一种双环互感测速装置
阅读说明：本技术 一种双环互感测速装置 (Double-ring mutual inductance speed measuring device ) 是由 罗胜年 王志远 曾小龙 张世伟 郭顺和 范端 于 2021-09-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种双环互感测速装置,涉及电流互感测速领域；装置外壳一侧装有端盖,端盖一侧装有限位环,缓冲环设置于装置内部；缓冲环外侧设有线架,线架两侧装有环形电路板,环形电路板两侧装有屏蔽垫片,环形电路板顶层和底层分别刻有交替环绕的内线圈和外线圈,通过位于顶层和底层的外线圈组成的第一回路,互感产生稳定的感应场,通过位于顶层和底层的内线圈组成的第二回路,进行感应电信号的输出,通过环形电路板两侧的屏蔽垫片组成屏蔽层,对外界电磁干扰起到屏蔽作用。能够避免飞行磁体的磁滞效应影响,稳定的测量弹丸飞行速度,而且设备维护方便、不易受损。(The invention discloses a double-ring mutual inductance speed measuring device, and relates to the field of current mutual inductance speed measurement; an end cover is arranged on one side of the device shell, a limiting ring is arranged on one side of the end cover, and a buffer ring is arranged in the device; the buffer ring outside is equipped with the line frame, the annular circuit board is equipped with to line frame both sides, the shielding gasket is equipped with to annular circuit board both sides, annular circuit board top layer and bottom are carved with interior coil and the outer coil that encircles in turn respectively, first return circuit through the outer coil constitution that is located top layer and bottom, mutual inductance produces stable induction field, second return circuit through the interior coil constitution that is located top layer and bottom, the output of faradic electric signal carries out, constitute the shielding layer through the shielding gasket of annular circuit board both sides, play the shielding effect to external electromagnetic interference. The influence of the hysteresis effect of the flying magnet can be avoided, the flying speed of the shot can be stably measured, and the device is convenient to maintain and not easy to damage.)
技术领域
本发明涉及电流互感测速技术领域，特别是涉及一种双环互感测速装置。
背景技术
磁感应测速是利用电磁感应定律研制的测速装置，其主要功能是采集从二级轻气炮中发出的高速弹丸在穿过磁场时产生的感应电信号，通过定距测时的方法准确的测量出高速弹丸的飞行速度。在二级轻气炮实验中，需要准确的测量发射弹丸岀炮口后的速度，由于气炮实验本身需要弹丸在超高速环境下飞行，弹丸自身的强度、重量必须满足高速飞行条件，传统采用感应磁体携带在弹丸中的方法，存在着弹丸飞行速度难以大幅度提升、飞行磁体的磁滞效应使测量误差较大、试验后回收效果较差等许多缺点，不适用于当前高速弹丸的测试。目前，使用的测速方法，通常为固定磁体感应测速方法，该方法通过在固定磁极上增加导磁片压缩原有的磁场结构，增大感应区域内磁场变化梯度，导体飞片在通过固定磁场时，会使安装在磁体附近的线圈中的磁通量发生改变，线圈输出端就会产生一个感应电信号，通过采集不同位置感应电信号出现的时间就可以计算出弹丸的飞行速度。但磁性材料通常硬度较高，测量过程中磁体装置磨损会产生大量金属粉尘粘在气炮的炮管表面，导致设备维护困难，并且导磁片容易受力发生断裂，导致装置的可靠性、耐用性变差，测量精度降低，使用寿命变短。
发明内容
本发明的目的是提供一种双环互感测速装置，以避免飞行导体的磁滞效应影响，提高测速精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种环形电路板，所述环形电路板的顶层和底层分别刻有内线圈和外线圈；
位于环形电路板顶层和底层的外线圈形成第一回路，用于产生感应场；
位于环形电路板顶层和底层的内线圈形成第二回路，用于当导体通过造成第一回路产生的感应场变化时，产生感应电信号。
可选的，位于环形电路板顶层的外线圈和内线圈交替环绕、位于环形电路板底层的外线圈和内线圈交替环绕；
位于环形电路板顶层的外线圈的一端与环形电路板上设置的第一焊盘连接，位于环形电路板顶层的外线圈的另一端通过环形电路板上设置的第一过孔与位于环形电路板底层的外线圈的一端连接，位于环形电路板底层的外线圈的另一端与环形电路板上设置的第二焊盘连接；所述第一焊盘与所述第二焊盘用于与电源连接；
位于环形电路板顶层的内线圈的一端与环形电路板上设置的第三焊盘连接，位于环形电路板顶层的内线圈的另一端通过环形电路板上设置的第二过孔与位于环形电路板底层的内线圈的一端连接，位于环形电路板底层的内线圈的另一端与环形电路板上设置的第四焊盘连接；所述第三焊盘与所述第四焊盘用于与感应电信号检测装置连接。
一种双环互感测速装置，所述双环互感测速装置包括环形电路板。
可选的，所述双环互感测速装置还包括：外壳和线架，所述环形电路板套设在所述线架上，并通过所述线架固定在所述外壳内。
可选的，所述线架的外侧开设有走线凹槽、所述外壳的外侧壁上设置有SMA电接口，所述第一回路的两端引出线通过所述走线凹槽与电源连接，所述第二回路的两端与所述SMA电接口连接。
可选的，所述双环互感测速装置还包括缓冲环和限位环，所述缓冲环设置在所述环形电路板的一侧，所述限位环设置在所述环形电路板的另一侧。
可选的，所述双环互感测速装置还包括缓冲环和限位环，所述环形电路板的数量为两个，两个所述环形电路板分别套设在所述线架的两端，所述缓冲环和所述限位环分别设置在两个所述环形电路板的外侧。
可选的，所述缓冲环和所述限位环与所述环形电路板之间设置有屏蔽垫片。
可选的，所述双环互感测速装置还包括端盖，所述端盖与所述限位环连接。
一种双环互感测速系统，所述双环互感测速系统包括一个或多个双环互感测速装置、电源和示波器，一个或多个所述双环互感测速装置中的环形电路板总数量至少为两个；
一个或多个所述双环互感测速装置布设在待测运动导体的运动路径上；
每个所述双环互感测速装置的第一回路的两端均与所述电源连接；
每个所述双环互感测速装置的第二回路的两端均与所述示波器连接。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种双环互感测速装置，双环互感测速装置中应用了环形电路板，所述环形电路板的顶层和底层分别刻有内线圈和外线圈；位于环形电路板顶层和底层的外线圈形成第一回路，用于产生感应场；位于环形电路板顶层和底层的内线圈形成第二回路，用于当导体通过造成第一回路产生的感应场变化时，产生感应电信号。本发明的环形电路板顶层和底层分别刻有内线圈和外线圈，利用位于顶层和底层的外线圈组成的第一回路，产生稳定的磁场，利用位于顶层和底层的内线圈进行感应电信号的输出，无需在弹丸上设置磁体，能够避免飞行磁体的磁滞效应影响，稳定的测量弹丸飞行速度，而且无需导磁片的使用，避免磁性材料磨损现象，及导磁片断裂现象，维护方便、不易受损。
同时可以根据需求灵活改变线圈的圈数，从而提高测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的一种环形电路板的顶层的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的一种环形电路板的底层的结构示意图；
图3为本发明实施例2提供的双环互感测速装置的外部结构的立体视图；
图4为本发明实施例2提供的双环互感测速装置的外部结构的平面视图；
图5为本发明实施例2提供的线架结构的立体视图；
图6为本发明实施例2提供的缓冲环结构的立体视图；
图7为本发明实施例2提供的屏蔽垫片结构的立体视图；
图8为本发明实施例2提供的限位环结构的立体视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种双环互感测速装置，以避免飞行磁体的磁滞效应影响，提高测速精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1和2所示，本发明提供了一种环形电路板，所述环形电路板的顶层和底层分别刻有内线圈和外线圈；位于环形电路板顶层和底层的外线圈形成第一回路，用于产生感应场；位于环形电路板顶层和底层的内线圈形成第二回路，用于当导体通过造成第一回路产生的感应场变化时，产生感应电信号。
具体的如图1和2所示，位于环形电路板顶层的外线圈和内线圈交替环绕、位于环形电路板底层的外线圈和内线圈交替环绕；环形电路板8顶层的外线圈9一端与第一焊盘13相连，环形电路板8顶层的外线圈9另一端通过第一过孔15与环形电路板8底层的外线圈11一端相连，环形电路板8底层的外线圈11的另一端与第二焊盘14相连，构成第一回路；环形电路板8顶层的内线圈10一端与第三焊盘17相连接，环形电路板8顶层的内线圈10的另一端通过第二过孔16与环形电路板8底层的内线圈12一端相连，环形电路板8底层的内线圈12的另一端与第四焊盘18相连，构成第二回路。第一回路与第二回路之间相互独立，分别单独工作。由于环形电路板顶层和底层的外线圈要产生较高的感应强度，因此第一回路需要第一焊盘13、第二焊盘14处接入较大电压的外部电源，使第一回路产生较大电流，起到增强感应信号的作用。其中，第一焊盘13接入外部电源正极，第二焊盘14接入外部电源负极；环形电路板顶层和底层的内线圈通过第三焊盘17、第四焊盘18与外部的SMA电接口连接，起到传递感应电信号的作用。其中，第三焊盘17接入正向信号输入端，第四焊盘18接入反向信号输入端。
环形电路板8内环直径为20～50mm；环形电路板8外环直径为50～100mm；环形电路板8内线圈和外线圈线距为0.2～2mm；环形电路板8顶层的外线圈9的直径为20～100mm,圈数为10～100圈；环形电路板8顶层的内线圈10的直径为10～50mm，圈数为10～100圈；环形电路板8底层的外线圈11的直径为20～100mm，圈数为10～100圈；环形电路板8底层的内线圈12的直径为10～50mm，圈数为10～100圈。
实施例2
如图3-8所示，本发明提供一种双环互感测速装置包括外壳1、端盖2、线架3、缓冲环4、屏蔽垫片5、限位环6、SMA电接口7、环形电路板8。其中，双环互感测速装置上设有外壳1，为双环互感测速装置的主体，外壳1内部装有缓冲环4，能够对弹丸产生的高速气流起到缓冲作用，缓冲环4与线架3右侧的环形电路板8相连，线架3左右两侧分别装有环形电路板8，线架3左侧的环形电路板8与限位环6相连接，缓冲环4、限位环6和环形电路板8之间设有屏蔽垫片5，限位环6外侧装有端盖2，外壳1外部顶层装有SMA电接口7，其中外壳1上设有螺孔，端盖2和SMA电接口7上设有通孔，螺钉穿过端盖2和SMA电接口7的通孔后拧至外壳1的螺孔中，SMA电接口7的信号输入端与环形电路板8的内部线圈相连，信号输出端则与示波器相连。环形电路板8为实施例1中的环形电路板。
实施例3
本发明还提供一种双环互感测速系统，包括：双环互感测速装置、电源和示波器。
双环互感测速装置为实施例2中的双环互感测速装置。
示波器通过接入双环互感测速装置SMA电接口7输出的感应电信号，对感应电信号进行分析，将分析后的信号波形显示出来，并将显示的结果进行存储。由于示波器有多个自动数据采集通道，可以实时的纪录多个感应电信号，通过对多个感应电信号波形进行数据分析，可以计算出感应电信号产生的平均时间间隔，利用平均速度法，就能计算出弹丸的飞行速度。
实验前将双环互感测速装置布置在一个水平轴线上，保证装置各部分之间中心线重合。将各双环互感中的环形电路板的顶层和底层的内线圈和SMA电接口的输入端相连，SMA电接口的输出端与示波器的数据采集通道连接。连接完毕后保证双环互感测速装置中心水平轴线与弹丸飞行弹道中心线重合。
实验过程中，通过环形电路板上焊盘13、焊盘14、对环形电路板的顶层和底层的外线圈通电，根据电磁感应原理，通电线圈周围会产生感应场，高速弹丸通过通电线圈时，会使顶层和底层的内线圈(第二回路)中产生感应涡流，在第二回路的输出端就会产生一个感应电信号。感应电信号经过外部的SMA电接口传递，输出到示波器中。高速弹丸通过双环互感测速装置时，产生的多个感应电信号会被示波器依次显示和记录。由于装置各部分之间的水平距离固定，根据读取示波器上两个相邻感应电信号之间的时间间隔，就可以计算出高速弹丸的飞行速度。
本发明有如下优点：
1、双环互感测速装置使用环形电路板产生稳定的感应电信号，避免了飞行导体的磁滞效应影响，测量结果更加精确。
2、双环互感测速装置使用的环形电路板采用内外线圈交替环绕的布线方式，提高了空间利用率，并且可以根据需求灵活改变线圈的圈数和线距，适用性强。并且装置结构稳定，不易损坏，设备维护方便，大大延长了装置的使用寿命。
3、本发明提供的双环互感测速装置在内部装有缓冲环，能够对弹丸产生的高速气流起到缓冲作用，在环形电路板两侧装有屏蔽垫片，能够屏蔽外部电磁干扰，提高了测量精度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。