Аннотация: В статье рассмотрено моделирование в магнитострикционных угломерах возможных расстояний от постоянного магнита формы прямоугольного параллелепипеда до волновода, необходимого для уверенного формирования ультразвуковой волны кручения.
Ключевые слова: магнитострикционный угломер, расчет напряженности, рекомендуемое расстояние.
Технические науки
УДК 519.711.3
Слесарев Юрий Николаевич
доктор технических наук, доцент,
профессор кафедры “Вычислительные машины и системы”
Пензенского государственного технологического университета
Воронцов Александр Анатольевич
кандидат технических наук, доцент кафедры
“Вычислительные машины и системы”
Пензенского государственного технологического университета
Власюк Игорь Игоревич
студент
Пензенского государственного технологического университета
Slesarev Yuriy Nikolaevich
Doctor of Engineering, associate professor,
professor of "Computers and Systems" department of the
Penza state technological university
Vorontsov Aleksandr Anatolievich
Candidate of Technical Sciences,
associate professor "Computers and systems"
Penza state technological university
Vlasyuk Igor Igorevich
student of the Penza state technological university
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕКОМЕНДУЕМОГО РАССТОЯНИЯ ОТ ПОСТОЯННОГО МАГНИТА ФОРМЫ ПРЯМОУГОЛЬНОГО ПАРАЛЛЕЛЕПИПЕДА ДО ВОЛНОВОДА В МАГНИТОСТРИКЦИОННЫХ УГЛОМЕРАХ
RESEARCH OF THE RECOMMENDED DISTANCE FROM THE PERMANENT MAGNET OF THE FORM OF THE RECTANGULAR PARALLELEPIPED TO THE WAVE GUIDE IN MAGNETOSTRICTION GONIOMETERS
Аннотация: В статье рассмотрено моделирование в магнитострикционных угломерах возможных расстояний от постоянного магнита формы прямоугольного параллелепипеда до волновода, необходимого для уверенного формирования ультразвуковой волны кручения.
Ключевые слова: магнитострикционный угломер, расчет напряженности, рекомендуемое расстояние.
Summary: In article modeling in magnetostriction goniometers of possible distances from a permanent magnet of a form of a rectangular parallelepiped to the wave guide necessary for sure formation of an ultrasonic wave of torsion is considered.
Key words: magnetostriction goniometer, tension calculation, the recommended distance.
Одним из важных этапов при проектировании магнитострикционных приборов является моделирование магнитных полей [1-14]. Основным фактором, определяющим в магнитострикционных угломерах (МУ) распределение магнитных является расстояние от постоянного магнита (ПМ) до волновода (ВЛ) r, определяющее значение результирующей напряженности магнитного поля Hr на поверхности волновода[10-14]. Указанное расстояние определяется минимальным и максимальным значениями результирующей напряженности магнитного поля на поверхности ВЛ в месте возбуждения ультразвуковой волны кручения, определяемыми в соответствии с предлагаемой авторами моделью согласно выражениям HMAX =HS, и HMIN =HC, где HMAX и HMIN - максимально и минимально допустимые значения результирующей напряженности магнитного поля, соответствующие удаленности ПМ от ВЛ на расстояния rMIN и rMAX соответственно, HC и HS - коэрцитивная сила и напряженность насыщения ПМ, определяемые справочно. Оптимальное значение расстояния r согласно предложенной математической модели определяется удалением от боковой поверхности ПМ до ближайшей к нему точки на поверхности ВЛ с значением напряженности Hr=(HS +HC)/2=HОПТ. Это значение результирующей напряженности желательно задавать в качестве основного при работе МУ. Значение результирующей напряженности Hr также зависит от формы ПМ.
Для эксперимента по определению возможных значений расстояний rMIN , rОПТ и rMAX в качестве базовых элементов конструкции МУ были выбраны ППМ с размерами aM×bM×hM=40×40×5мм, значением остаточной индукции Br =0,21Тл (марка 8БИ230), ВЛ марки 42НХТЮ диаметром dВЛ=1мм и токовый импульс прямоугольной формы с амплитудным значением Im=50мА.
Результаты эксперимента по определению возможных значений расстояний rMIN , rОПТ и rMAX при изменении высоты ПМ, приведенные на рисунке 1 показали, что изменение высоты ППМ является эффективным методом, как изменения указанных расстояний, так и изменения значения результирующей напряженности магнитного поля ППМ Hr.
Рисунок 1 – Результаты исследования расстояний rMIN , rОПТ и rMAX при изменении высоты ППМ
Так, согласно полученным результатам при высоте ППМ hM =1мм при указанных параметрах ПМ и ВЛ оптимальное расстояние rОПТ составляет 12мм. Этого значения достаточно для задания необходимых значений тепловых зазоров внутри корпуса МУ, а также создания необходимой толщины корпуса. Оптимальное расстояние согласно представленных результатов увеличивается при увеличении высоты ППМ. Это позволяет подобрать необходимое значение результирующей напряженности магнитного поля на этапе моделирования.
Проведенный вычислительный эксперимент показал, что длина ПМ, марка ВЛ и ПМ МУ с использованием ППМ, как это показано на рисунках 2-4 также существенно влияет на расстояния rMIN , rОПТ и rMAX и способна изменить их значения в несколько раз, что необходимо учитывать при расчете будущих конструкций МУ.
Так изменение длины и ширины ППМ с 5мм до 30 мм согласно результатам моделирования, приведенным на рисунке 2 способствует изменению оптимального расстояния rОПТ с 10 мм до 37 мм, что соответствует увеличению указанного значения почти в 4 раза.
Изменение марки ВЛ также является эффективным способом изменения оптимального расстояния rОПТ и результирующих значений напряженности. Так, согласно результатам моделирования, приведенным на рисунке 3, замена ВЛ марки 49К2Ф на 42НХТЮ способствует изменению расстояния rОПТ более чем в 2 раза с 10мм до 26 мм.
Таким образом, на основании изложенного в статье материала можно сделать вывод, что напряженность результирующего магнитного поля в МУ зависит от расстояния между ВЛ и ПМ. Его возможное значение определяется исходя из размеров и свойств ПМ и ВЛ и значения токового импульса. Это необходимо учитывать на этапе моделирования магнитострикционных приборов и устройств, в частности двухкоординатных магнитострикционных наклономеров.
Рисунок 2 – Результаты исследования расстояний rMIN , rОПТ и rMAX при изменении длины ППМ, 1 - aM = bM =5мм, 2 - aM = bM =10мм, 3 - aM = bM= =20мм, 4 - aM = bM =30мм, 5 - aM = bM =50мм.
Рисунок 3 – Результаты исследования в МУ с ППМ значений rMIN , rОПТ и rMAX при изменении марки ВЛ
Литература:
