Антиплагиат (1220518), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Известны также программы, в которых используется метод интегральных уравнений.[8]Конечно-элементные[24]программыможно разбить на две группы: программы, специально предназначенныедля расчета магнитных полей, и программы общего назначения, в которых метод конечных элементов используетсядля решения многих научно-технических задач, описываемых дифференциальными уравнениями в частныхпроизводных.В [8]качестве программного комплекса для компьютерного моделирования магнитного поля катушки выбрана программа FEMM,http://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.12976309&repNumb=111/2026.05.2015позволяющ аяАнтиплагиатсдостаточнойточностьюпроизвестимоделированиеэ лектромагнитнойсистемыснеобходимымипараметрами. Одним из наиболее важ ных достоинств выбранной программы является её доступность и отсутствиенеобходимости покупки дистрибутива, так как она бесплатна и находится в открытом доступе для скачивания в сетиInternet.Согласно алгоритму работы программы FEMM первоначально выполняется постановка задачи и установление её свойств.
Вданном случае используется осесимметричная модель постоянного магнитного поля катушки из медного провода смагнитопроводом, выполненным из стали и пермаллоя. Далее устанавливаются геометрические размеры ипространственное полож ение катушки и магнитопровода на рабочем поле программы.Рисунок 3.4 – Модель катушкиСледующ им э тапом является ввод данных о материалах нагрузках и граничных условиях. В качестве материалов в моделииспользованы материалы встроенной библиотеки программы FEMM. Для торц евых частей катушек используется 416Stainless Steel, для ц илиндрической части магнитопровода - 78 Permalloy. В качестве токопроводящ его материалавыбран медный обмоточный провод диаметром 0.2 мм.
Указаны следующ ие параметры э лектрической ц епи катушки: ток0,7 А, количество витков 2000. Все обозначенные параметры, а так ж е размеры тропец евидной катушки отображ ены насоставленной модели (рисунок 3.4). На представленном рисунке ствол (5), малая шайба (2), большая шайба (3), пермаллой(4), обмоточный провод (5). Модель обычной катушки имеет такие ж е габаритные размеры, однако у неё отсутствуютмалые шайбы и большая шайба имеет меньший внутренний диаметр и прилегает к стволу.
На конечном э тапепроизводится разбиение модели на треугольные э лементы и рассчитывается модель магнитного поля. Результатымоделирования двух катушек представлены на рисунке 3.5.Рисунок 3.5 – Моделирование магнитных полей катушекПри анализе полученных моделей установлено, что при одинаковом количестве витков, величине протекающ его тока, идругих параметров, за исключением формы магнитопровода, величина магнитной индукц ии в ц ентре катушкитрапец иевидной формы составила 0,10158 T, тогда как у катушки обычной формы э тот показатель равен 0,0901889 T, тоесть на один порядок меньше.
Кроме того, из рисунка 3.5 следует, что форма магнитного полятрапец иевидной катушкиизменилась согласно выдвинутой гипотезе. А именно, ширина магнитного поля внутри катушки сузилась, относительнокатушки обычной формы. Таким образом повышается э ффективность перемещ ения дроби. Это объясняется тем, что вкатушках обычной конструкц ии магнитное поле большой напряж енности распределено по всей внутренней частикатушки и при подходе дроби к её ц ентру и одновременном прохож дения импульса напряж ения, дробь уж е находится вполе катушки. Тогда как использование трапец иевидных катушек позволяет уменьшить ширину внутренней частикатушки с большой напряж енностью и одновременно повысить напряж енность в её ц ентре.
При проходе дроби к ц ентрукатушки и одновременном прохож дении импульса напряж ения в ней, дробь ускоряется ещ ё больше, так как ещ ё недостиг точки максимального напряж ения магнитного поля.Проведённое математическое моделирование показывает, что выдвинутая гипотеза полностью соответствует реальностии полож ительно сказывается на э ффективности э кспериментальной установки в ц елом.3.2.2 Конструкц ия катушкиСогласно проведённым исследованиям, катушки для э кспериментальной установки в количестве шести штук выполненыследующ им образом. Каж даякатушка снабж ена индивидуальным магнитопроводом, конструкц ия которого представленана рисунке 3.6.
Магнитопровод катушки, располож енного вокруг диэ лектрического ствола (1), состоит из двухсоставляющ их, в качестве материалов торц евых частей использованы шайбы из оц инкованной стали (2) двух диаметров, ац илиндрическая поверхность катушки обмотана лентой из пермаллоя (3) в несколько слоёв и стянута хомутом.Обмоточные провода (4) отделены от ствола э лектроизоляц ионной лентой (5) и надёж но закреплены ей внутримагнитопровода. Так как внутренний диаметр катушки незначительно больше чем диаметр ствола, имеется возмож ностьперемещ ения катушки вдоль него.Используется медный обмоточный провод ПЭТВ-2 диаметром по меди 0,2 мм. Среднее количество витков в катушкахсоставляет 2000.
Среднее сопротивление катушек составляет 100 Ом.Рисунок 3.6 – Конструкц ия катушки3.3 Разработка датчика скоростиВаж ной задачей при проведении э кспериментов является определение скорости полёта ферромагнитного тела после егоразгона в установке. Эта задача мож ет быть решена несколькими способами, среди них метод баллистического маятника,метод определения скорости дроби по вмятине, оставляемойим в мишени и другие. Однако наиболее технологичным иудобным является использование датчика скорости на основе полупроводниковых светочувствительных э лементов имикроконтроллера (МК). Этот метод позволяет, в отличие от вышеописанных, получить значение скорости дроби почтимоментально после его выхода из ствола, не прибегая при э том к каким-либо математическим расчётам или измерениям,так как все они производятся автоматически и с большой точностью.Принц ип измерения скорости движ ущ егося объекта с помощ ьюэ лементов, изображ ённый на рисунке 3.7, предельно прост.основеполупроводниковых светочувствительныхРисунок 3.7 – Принц ип измерения скорости движ ущ егося объекта с помощ ью фотодатчиковДве пары источник-приёмник (ИС1, ПР1 и ИС2, ПР2) расположены друг напротив друга таким образом, что излучение от[29]источника, показанное заштрихованными стрелками, падает на соответствующ ий приёмник.
В дальнейшем пары ИС1, ПР1и ИС2, ПР2 именуются первым и вторым датчиком соответственно. Расстояние L меж ду лучами двух датчиков строгофиксировано и называется базой измерения. На рисунке 3.8 показана диаграмма токов ПР1 и ПР2. В момент времени 0-t1до прохож дения дроби через первый датчик уровень сигнала через ПР1 постоянен. В момент времени t1 при пересечениидробью луча источника, сигнал ПР1 падает, так как свет перестаёт падать на его фотоприёмник.
После прохож дениядроби первого датчика, луч ИС1 снова попадает на ПР1, что отображ ается восстановлением постоянного уровня сигналана диаграмме. Кода дробь пересекает луч второго источника в момент времени t2, сигнал второго датчика так ж е падаети восстанавливается после прохож дения дробью датчика.Рисунок 3.8 – Диаграмма сигналов приёмниковИзмерив промеж уток времени ∆t меж ду прохож дением дробью двух датчиков и зная расстояние меж ду ними, мож ноопределить скорость движ ения дроби по формулеυ = L / t.
(3.1)Конструктивно датчик скорости мож но разделить на двеhttp://dvgups.antiplagiat.ru/ReportPage.aspx?docId=427.12976309&repNumb=112/2026.05.2015Антиплагиатчасти: сенсорный блок на основе полупроводниковых фотоэлементов, который вырабатывает первичный сигнал, исчётный блок, который обрабатывает данные, полученные от сенсорного блока, и отображает результаты этойобработки на[29]индикаторе.
Принц ипиальная схема датчика скорости изображ ена на рисунке 3.9.Источником питания (ИП) для датчика скорости является батарея из трёх гальванических э лементов АА соединённыхпоследовательно. Номинальное напряж ение каж дого э лемента 1,5 В, а суммарно напряж ение всей батареи составляет 4,5В. Данный выбор обусловлен тем, что всё э лементы датчика скорости являются низковольтными и не требуют напряж енияпитания больше 5 вольт. Так как обеспечить напряж ение 5 В использованием гальванических э лементов АА не возмож но,уровень напряж ения блока питания установлен кратным их номинальному напряж ению, то есть= 4,5 В.Рисунок 3.9 – Принц ипиальная схема датчика скорости3.3.1 Разработка сенсорного блокаСенсорный блок состоит из источника и приёмника излучения. В качестве источника используется светодиод.
Светодиодыразличаются по длине волны излучения, мощ ности излучения, прямом напряж ении и другим параметрам. Диапазон диныизлучаемой волны светодиода является важ ным параметром, обеспечивающ им надёж ное срабатывание датчика приусловиях засветки приёмника излучением видимого спектра. Во избеж ание засветки приёмника на пути полёта дробимож но поставить затемнённую камеру,внутри которой разместятся датчики. Однако рац иональным решением являетсяиспользование светодиода, длина излучаемой волны которого находится вне видимого спектра. Исходя извышесказанного, выбран светодиод инфракрасного диапазона АЛ165Б. Его характеристики представлены в таблиц е 3.1.Таблиц а 3.1 – Фотометрические и э лектрические параметры ИК-диода АЛ165БМощ ность излучения, Ре, , мВт,не менеетипичное значениемаксимальное значение15,019,020,0Полная мощ ность излучения, Ре25,0Прямое напряж ение, UD, Вне болеетипичное значение1,81,5Длина волны излучения, мах, нм870±20Рабочий ток светодиодов, мА20,0Максимальный прямой ток, мА100,0ЦокольКДИ-12После выхода из ствола, дробь мож ет откланяться от своего первоначального направления движ ения в разные сторонывследствие своего вращ ения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
