RU2778628C1 - Магнитный индукционный датчик ударных волн - Google Patents
Магнитный индукционный датчик ударных волн Download PDFInfo
- Publication number
- RU2778628C1 RU2778628C1 RU2021136134A RU2021136134A RU2778628C1 RU 2778628 C1 RU2778628 C1 RU 2778628C1 RU 2021136134 A RU2021136134 A RU 2021136134A RU 2021136134 A RU2021136134 A RU 2021136134A RU 2778628 C1 RU2778628 C1 RU 2778628C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnet
- sensor
- magnetic circuit
- rod
- shock
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic Effects 0.000 title claims abstract description 38
- 230000035939 shock Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 title claims abstract description 6
- 230000035485 pulse pressure Effects 0.000 claims abstract 4
- 230000005294 ferromagnetic Effects 0.000 claims description 4
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 2
- 238000005474 detonation Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 7
- 230000002028 premature Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- 239000002889 diamagnetic material Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004429 atoms Chemical group 0.000 description 2
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 neodymium-iron-boron Chemical compound 0.000 description 2
- 239000002907 paramagnetic material Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000005298 paramagnetic Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники. Датчик содержит средство, чувствительное к импульсному давлению, создаваемому источником ударных волн, выполненное в виде магнита, находящееся вблизи магнитопровода, на котором расположена соединенная с электрическими выводами катушка индуктивности (соленоид) с возможностью наведения ЭДС, магнит расположен на торце датчика непосредственно в зоне воздействия импульсного давления. Технический результат – расширение функциональных возможностей средства измерения, а именно возможность проводить измерения в местах столкновений давления ударных или детонационных волн, где высока вероятность преждевременного выхода чувствительного элемента датчика из строя, а также возможность осуществлять измерения при установке датчика через «прозрачные» для электромагнитного поля преграды. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля времени прохождения ударных или детонационных волн во взрывных устройствах при их срабатывании, в частности, для измерения моментов прихода давлений ударных или детонационных волн, в том числе в условиях высоких температур и сильных электромагнитных наводок.
Особенностью измерения давления ударных или детонационных волн, особенно в местах их столкновений, является высокая вероятность преждевременного вывода чувствительного элемента датчика из строя (разрушение чувствительного элемента или его закорачивание). Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание датчика, работающего на принципе размагничивания сильного ферромагнетика, обеспечивающего возможность проведения измерений в условиях, указанных выше, а также через конструктивные элементы из пара- и диамагнитных материалов.
Известен ряд способов и, соответственно, реализующих их устройств, для измерения моментов прихода давлений ударных или детонационных волн. Например, датчик ударной волны по патенту RU 2658080 (опублик. 19.06.2018). Датчик сдержит предварительно намагниченный измерительный стержень, на котором расположена обмотка для намагничивания, с возможностью временного подключения се концов к источнику постоянного напряжения. Для обеспечения линейного перемещения по стержню обмотка размешена на катушке, внутренний диаметр которой равен диаметру измерительного стержня. Измерительный стержень помещен в защитный кожух. Для защиты от воздействий ударной волны и продуктов взрыва нагружаемого торца измерительного стержня перед ними размещена плотно прилегающая экранирующая прокладка из тонкой фольги. Данный датчик базируется на эффекте Виллари или магнитоупругом эффекте, заключающемся в изменении намагниченности магнетика под действием механических деформации. При импульсном нагружении его с торца ударной волной в стержне генерируется волна напряжений, вызывающая при прохождении вдоль его оси локальные упругие деформации. В зоне упругих деформаций происходит некоторая переориентация магнитных доменов, вследствие чего здесь изменяются магнитные характеристики и соответственно - магнитный поток, проходящий через сечение стержня и витки расположенной на нем обмотки.
Недостатками известного устройства являются низкая эффективность и точность измерения, зависящая от возникающих электромагнитных помех в широком диапазоне давлений из-за взаимного положения частей магнитной цепи, а их изменение вносит дополнительные погрешности в измерения.
Наиболее близким аналогичным решением является датчик ударных волн по патенту RU 2472553 (опублик. 20.01.2013). Датчик ударных волн содержит кожух, скрепленный с пластиной, силовой спусковой элемент, шток, выполненный с возможностью перемещения под воздействием силового спускового элемента, и оснащенного фиксатором его исходного положения, средство, чувствительное к импульсному давлению, создаваемому источником ударных волн, выполненное в виде магнита, который закреплен на штоке, и соединенную с электрическими выводами катушку индуктивности, с возможностью наведения ЭДС при взаимодействии с магнитом при его перемещении. При восприятии пластиной ударной волны, возникающей в контролируемом пространстве, она передает контактное усилие на концевой участок фиксатора, в результате чего освобожденный шток под воздействием своей пружины движется в направлении катушки индуктивности. Закрепленный на штоке магнит проходит через катушку индуктивности и вырабатывает в ней импульс.
Недостаток ближайшего аналога связан с инерционностью в работе, много передающих элементов, задействованных в передаче импульса, отсутствием надежной электрической связи с измерительным прибором, в конструкцию входят перемещаемые элементы, что накладывает ограничения на область применения датчика.
Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей средства измерения: возможность проводить измерения в местах столкновений давления ударных или детонационных волн, где высока вероятность преждевременного выхода чувствительного элемента датчика из строя, а также возможность осуществлять измерения при установке датчика через «прозрачные» для электромагнитного поля преграды.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в конструкции магнитного датчика ударных волн, содержащею средство, чувствительное к импульсному давлению, создаваемому источником ударных волн, выполненное в виде магнита, и соединенную с электрическими выводами катушку индуктивности, с возможностью наведения в ней ЭДС при воздействии на магнит импульсным давлением, новым является то. что в конструкцию датчика дополнительно введен магнитопровод, выполненный из ферромагнетика в виде стержня, на одном из конечных участков которого размещена обмотка катушки индуктивности, со стороны другого конца стержня, непосредственно в золе воздействия импульсного давления, расположен магнит, находящийся во взаимодействии с магнитопроводом.
Магнит может быть непосредственно примагничен к магнитопроводу, при этом пустоты, образованные при контакте торнов стержня и магнита друг с другом, заполнены эпоксидным компаундом с добавлением ферромагнитного наполнителя.
Магнит может быть размещен по отношению к магнитопроводу с зазором.
Наличие в конструкции датчика магнитопровода, передающего магнитное поле от магнита к катушке, позволяет защитить ее от преждевременного разрушения продуктами взрыва, что обеспечивает работоспособность датчика повышает эффективность измерений.
Наличие магнита - чувствительного элемента на торце датчика непосредственно в зоне воздействия измеряемых величин устраняет временную инерционность в работе датчика и позволяем устанавливать датчик как на проводящую, так и на диэлектрическую поверхности.
Использование чувствительного элемента, связанного собственным магнитным полем с магнитопроводом, позволяет создавать как монолитную, так и разнесенную конструкцию датчика, способную работать в широком диапазоне температур, в том числе при наличии зазора между магнитом и магнитопроводом, заполненного пара- и диамагнитными материалами.
На фиг. 1, 2 изображен внешний вид заявляемого датчика (фиг. 1 - монолитное исполнение, фиг. 2 - разнесенное исполнение), где: 1 - магнит, 2 - соленоид, 3 - магнитопровод, 4 - электрические выводы, 5 - зазор.
Примером конкретного выполнения заявляемого устройства служит магнитный датчик измерения импульсных быстропеременных давлений, предназначенный для измерения моментов прихода ударных или детонационных волн при проведении исследований быстропротекающих процессов. Магнитный датчик содержит: чувствительный элемент - магнит на основе сплава неодим-железо-бор (Nd2Fe14B), магнитопровод в виде стержня из с nun и соленоид, расположенный на магнитопроводе. Соленоид находится вне зоны разрушения. Магнит расположен непосредственно в зоне воздействия импульсного давления и взаимосвязан с магнитопроводом. Магнит может быть непосредственно примагничен к магнитопроводу, при этом пустоты, образованные при контакте торцов стержня и магнита друг с другом, заполнены эпоксидным компаундом, с добавлением ферромагнитного наполнителя. Магнит может быть размешен по отношению к магнитопроводу с зазором, заполненным парамагнитным (алюминий, платина, натрий и др.) или диамагнитным материалом (воздух, полимеры, медь, вода и др.).
Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом.
При воздействии на датчик импульсного давления, создаваемого источником ударных волн, происходит размагничивание постоянного магнита 1 и появления тока в соленоиде 2, т.е. преобразование энергии магнитного поля в электрическую энергию. При этом магнит 1 может быть как примагничен к магнитопроводу, также размешен и через зазор. Импульсы через электрические выводы 4 передают на устройство регистрации (измерительную систему).
Опишем подробнее процессы, происходящие в датчике при воздействии импульсного давления. Известно, что у ферромагнетиков ниже определенной критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов пли ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Начальный магнитный поток ФН в таком преобразователе сцеплен с соленоидом 2, обмотки которого установлены на магнитопроводе 3. При прохождении ударной волны порядок атомов нарушается, происходит размагничивание материала магнита 1 и изменение величины магнитного потока, сцепленного с соленоидом 2, на величину dФ. В результате этого согласно закону электромагнитной индукции Фарадея в контуре соленоида 2 с числом витков N генерируется электродвижущая сила 
:
Магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром, равен:
где
- электродвижущая сада,. N - число витков,
- магнитный поток через один виток, S - площадь витка
Из этого уравнения следует, что эффективность работы устройства возрастает при использовании магнитов с сильными магнитными свойствами, например таких, как магниты на основе сплава неодим-железо-бор (Nd2Fe14B). Это позволяет при размагничивании такого магнита получить наибольшее изменение магнитного потока ΔФ и, следовательно, наибольшую выходную энергию, что позволяет проводить измерения, в том числе, в местах столкновений давления ударных или детонационных волн, где высока вероятность преждевременного вывода чувствительного элемента датчика из строя (разрушение чувствительного элемента или его закорачивание), а также позволяет устанавливать чувствительный элемент датчика через «прозрачные» для электромагнитного поля преграды.
Проведенные испытания датчика показали его работоспособность.
Claims (3)
1. Магнитный индукционный датчик ударных волн, содержащий элемент, чувствительный к импульсному давлению, создаваемому источником ударных волн, выполненный из магнита, и соединенную с электрическими выводами катушку индуктивности с возможностью наведения в ней ЭДС при воздействии на магнит импульсным давлением, отличающийся тем, что дополнительно содержит магнитопровод, выполненный из ферромагнетика в виде стержня, на который с одного из концов намотаны витки катушки индуктивности, со стороны другого конца стержня, непосредственно в зоне воздействия импульсного давления, расположен магнит, находящийся во взаимодействии с магнитопроводом.
2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что магнит непосредственно примагничен к магнитопроводу, при этом пустоты, образованные при контакте торцов стержня и магнита друг с другом, заполнены эпоксидным компаундом с добавлением ферромагнитного наполнителя.
3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что магнит размещен по отношению к магнитопроводу с зазором.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2778628C1 true RU2778628C1 (ru) | 2022-08-22 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU573753A1 (ru) * | 1976-05-04 | 1977-09-25 | Особое Конструторское Бюро Ордена Ленина Института Физики Земли Имени О.Ю.Шмидта | Датчик регистрации ударных волн |
| RU23981U1 (ru) * | 2000-06-06 | 2002-07-20 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Датчик ударных волн |
| RU2472553C2 (ru) * | 2011-01-21 | 2013-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Система промышленной безопасности" | Датчик ударной волны (варианты) |
| CN110068410A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-07-30 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于动量块的无源冲击波冲量测量传感器 |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU573753A1 (ru) * | 1976-05-04 | 1977-09-25 | Особое Конструторское Бюро Ордена Ленина Института Физики Земли Имени О.Ю.Шмидта | Датчик регистрации ударных волн |
| RU23981U1 (ru) * | 2000-06-06 | 2002-07-20 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Датчик ударных волн |
| RU2472553C2 (ru) * | 2011-01-21 | 2013-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Система промышленной безопасности" | Датчик ударной волны (варианты) |
| CN110068410A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-07-30 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于动量块的无源冲击波冲量测量传感器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5196791A (en) | Magnetostrictive linear position detector and a dual pole position magnet therefor | |
| US5412316A (en) | Magnetostrictive linear position detector with axial coil torsional strain transducer | |
| Ou et al. | Self-biased magnetoelectric current sensor based on SrFe12O19/FeCuNbSiB/PZT composite | |
| RU2778628C1 (ru) | Магнитный индукционный датчик ударных волн | |
| US9995715B2 (en) | Electromagnetic transducer for exciting and sensing vibrations of resonant structures | |
| US5998992A (en) | Length measuring apparatus employing magnetostrictive delay line | |
| CN111103039B (zh) | 油箱油位传感器 | |
| Petrov et al. | The crankshaft position sensor based on magnetoelectric materials | |
| JP2015126559A (ja) | エネルギ変換装置 | |
| Affanni et al. | Design and characterization of magnetostrictive linear displacement sensors | |
| JP6623518B2 (ja) | 距離測定システム及び距離測定方法 | |
| Behera et al. | Magnetostrictive materials | |
| JP5914827B2 (ja) | 力センサ及びそれを用いた力検知装置、並びに力検知方法 | |
| RU2497797C2 (ru) | Детонатор с электронным замедлением для ударно-волновой трубки (увт) | |
| DE60023627D1 (de) | Elektrische Stromwandler basierend auf mechanischen Wellen | |
| JP4251346B2 (ja) | 校正機能付き変位センサ | |
| Staruch et al. | Magnetoelectric vibrational energy harvester utilizing a phase transitional approach | |
| Meydan et al. | Displacement transducers using magnetostrictive delay line principle in amorphous materials | |
| Son et al. | Under water sonar transducer using terfenol-D magnetostrictive material | |
| CN219142069U (zh) | 电磁超声传感器 | |
| Sun et al. | Experimental investigation on impact phenomena in a permanent magnetic actuator of a 126kV vacuum circuit breaker | |
| CA3098170C (en) | Sensor, method and system for detecting one or more properties of a magnetic field | |
| US20220085272A1 (en) | Power generating element and apparatus including power generating element | |
| CN110268611B (zh) | 电压发生器 | |
| RU189910U1 (ru) | Уровнемер |