Преобразователь электроакустического импедансного твердомера

Преобразователь электроакустического импедансного твердомера

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам элект роакустического контроля твердос.ти материалов. Цель изобретения - повышение чувствительности и стабильности возбуждающего стержня на собственной частоте в режиме свободных колебаний. Устройство содержит магнитострикционный стержень 1 с индентором 2 на одном конце и инерционной массой 3 на другом, последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик 6, закрепленный на магнитострикционном стержне 1, полосовой фильтр 8, усилитель-ограничитель 16 с антилогарифмической АЧХ и катушку 7 возбуждения , охватывающую магнитострикционный стержень 1. Обратная связь, выполненная таким образом, обеспечивает импульсное возбуждение магнитострикционного стержня 2, что приводит к его колебаниям на собственной частоте, обеспечивая при тех же параметрах магнитострикционного стержня повьш1ение чувствительности и стабильности . 1 ил. 027 с S ел с д со РО СП сд .

СС103 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111

А1 (59 4 G 01 N 3/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 6

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3879801/25-28 (22) 05.04.85 (46) 28.02.87. Бюл. 11- 8

{72) В.А.Клименко, Ш.Х.Кашаев, О.В.Торопцов и Г.В,Лопатин (53) 620,173.152.3(088;8) (56) Лугвин В.Г. Элементы современной низкочастотной электроники.

Энергия, 1964 °

Дорофеев А.А., Рожков В.И, Неразрушающие физические методы измерения твердости. Машиностроение, 1979, с. 15-17 °

Авторское свидетельство СССР

II 1040382, кл. С О1 Ж 3/48, 1980.

Авторское свидетельство СССР

11- 297900, кл. 6 01 N 3/48, 1969. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКОГО ИМПЕДАНСНОГО ТВЕРДОМЕРА (57) Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам электроакустического контроля твердости материалов. Цель изобретения — повышение чувствительности и стабильности возбуждающего стержня на собственной частоте в режиме свободных колебаний. Устройство содержит магннтострикционный стержень I с индентором 2 на одном конце и инерционной массой 3 на другом, последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик 6, закрепленный на магнитострикционном стержне 1, полосовой фильтр

8, усилитель-ограничитель 16 с антилогарифмической АЧХ и катушку 7 возбуждения, охватывающую магнитострикционный стержень 1. Обратная связь, выполненная таким образом, обеспечиCl вает импульсное возбуждение магннто стрикционного стержня 2, что приводит к его колебаниям на собственной С, частоте, обеспечивая при тех же параметрах магнитострикционного стержня повышение чувствительности и стабильности. 1 ил.

1293554

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в устройствах для контроля твердости материалов.

Цель изобретения — повьппение чувствительности и стабильности за счет того, что преобразователь работает в режиме ударного воЗбуждения на собственной чаетоте резонатора, На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Преобразователь электроакустического импедансного твердомера содержит магнитострикционный стержень 1 с жестко закрепленным индентором 2 на одном конце и инертной массой 3 на другом, калибровочную пружину 4, взаимодействующую с корпусом 5 и инертной массой 3, пьезоэлектрический датчик 6, закрепленный на магнитострикционном стержне 1, катушку 7 возбуждения, охватывающую магнитострикционный стержень I полосовой фильтр 8, выполненный на первом операционном усилителе 9, неинвертирующий вход которого соединен с первым выводом пьезоэлектрического датчика

6 и через первый резистор 10 с общей шиной, к которой также подключен второй вывод пьезоэлектрического датчика б, На инвертирующий вход первого операционного усилителя 9 с его выхода подается частотно-зависимая отрицательная обратная связь, формирующая характеристику полосового фильтра 8. Цепь обратной связи образована соединенными последовательно вторым резистором ll третьим резистором l2, соединяющими неинвертирующий вход первого операционного усилителя 9 с его выходом, и первым конденсатором 13, соединяющим точку соединения резисторов ll и 12 с общей шиной. Кроме этого, неинвертирующий вход первого операционного усилителя

9 соединен с общей шиной через последовательно соединенные второй конденсатор 14 и четвертый резистор 15, Выход полосового фильтра 8, которым является выход первого операционного усилителя 9, соединен с входом усилителя 16, выполненного на втором операционном усилителе 17. Вход дифференцирующей цепи, состоящей из третьего конденсатора 18 и пятого резистора 19 выход которой подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя 17, является входом

f0

55 усилителя 16. Антилогарифмическая характеристика усилителя 16 формируется цепью обратной связи, соединяющей выход второго операционного усилителя с инвертирующим входом, соединенным через шестой резистор 20 с общей шиной. Цепь обратной связи образована соединенными последовательно седьмым 21 и восьмым 22 резисторами и первым диодом 23, анод которого соединен с общей точкой седьмого 21 и восьмого 22 резисторов, а его катод - с общей шиной, Выход второго операционного усилителя 17 через девятый резистор 24 соединен с базой транзистора 25, включенного по схеме эмиттерного повторителя, нагрузкой которого в цепи эмиттера является второй диод 26, своим анодом подключенный к эмиттеру транзистора 25.

Эмиттерный вывод транзистора 25 является одновременно выходом усилителя

I6 и соединен с первым выводом катушки 7 возбуждения и выходом всего преобразователя. Питание устройства осуществляется от двухполярного источника питания (не показан). С положительной шиной 27 источника питания соединены соответствующие выводы операционных усилителей, катодный вывод второго диода 26 и второй вывод катушки 7 возбуждения, с отрицательной шиной 28 — выводы операционных усилителей и коллектор транзистора 25, Устройство работает следующим образом, Магнитострикционный стержень 1 с жестко закрепленным индентором 2 на . одном конце и инерционной массой 3 на другом, пьезоэлектрический датчик 6, укрепленный на стержне 1 вблизи пучности его напряженного состояния, второй вывод которого подключен к входу полосового фильтра 8, выход которого соединен с входом усилителя 16, выход которого подключен к катушке 7, составляют резонансную колебательную систему.

При подаче электрического питания по шинам 27 и 28 в контуре, охваченном положительной обратной связью через катушку 7, возникают свободные колебания частотой Р

При применении обычного логарифмического усилителя, что имеет место в известном устройстве, частота и фаза колебаний во многом зависит от пара1293554

ВНИИПИ Заказ 376/45 ТиРаж 777 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 метров выходного контура (индуктивность катушки возбуждения, а также выходная и монтажная емкости усилителя и катушки). Усилитель при этом обеспечивает амплитудное и фазовое условия самовозбуждения в системе, охваченной положительной обратной связью. Магнитострикционный стержень является промежуточным звеном со свойствами элемента связи. Его влияние также сказывается на обеспечении выполнения фазового и амплитудного условий самовозбуждения, т.е. он выполняет роль полосового фильтра с довольно низкой добротностью, Но поскольку в электроакустических импедансных твердомерах единственным информационным параметром является частота колебаний магнитострикционного стержня, то характеристики (чувствительность, стабильность и т.д,) преобразователей,с логарифмическим усилителем будут довольно низкими.

Можно существенно улучшить характеристики преобразователей, использовав режим свободных колебаний магнитострикционного стержня 1 (контур ударного возбуждения) с импульсным возбуждением и поддержанием незатухающих колебаний. При этом максимальная передача энергии возбуждения происходит при равенстве длительности импульса возбуждения -имп.е,в полупериоду частоты свободных колебаний „„„„ gp g c5

1 2 — 2F, и при их жесткой синхронизации.

Такой режим можно обеспечить при использовании в преобразователе усилителя-ограничителя с антилогарифмической выходной характеристикой, Когда Бп„с U nop. вх, обратная положительная связь в системе оказывается слабой из-за малого коэффициента усиления, что позволяет отстроиться от множества других резонансных частот, в том числе кратных частоте свободных колебаний Р. обусловленных монтажными и выходными емкостями усилителя и катушки.

Во время, когда скорость нарастания входного сигнала dUex усиI,1 литель оказывается насыщенным, и изза ограничения выходного напряжения связь катушки 7 возбуждения со стержнем 1 также будет слабой. Импульс возбуждения при этом имеет длительность с „ несколько меньше длительности положительного полупериода колебания магнитострикционного стержня 1, а его фаза и частота определяются длительностью отрицательного полуперйода свободных колебаний в стержне 1. Для улучшения отношения сигнал в цепь обратной связи вклюпомеха чен полосовой фильтр 8.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным обладает более высокой чувствительностью и стабильностью работы, обусловленной использованием двухкаскадного усилителя с антилогарифмической выходной характеристикой, Формула изобретения

Преобразователь электроакустического импедансного твердомера, содержащий корпус, магнитострикционный стержень с идентором на конце, инертную массу, закрепленную на другом конце магнитострикционного стержня, 35 калиброванную пружину, взаимодействующую с инертной массой и корпусом, пьезоэлектрический датчик, закрепленный на магнитострикционном стержне, электромагнитную катушку возбуж4О дения, охватывающую магнитострикционный стержень, и усилитель, выход которого соединен с электромагнитной катушкой возбуждения, о т л и ч а ющ и и с и тем, что, с целью повьппе45 ния чувствительности и стабильности, он снабжен полосовым фильтром, вход которого соединен с пьезоэлектрическим датчиком, а выход с входом усилителя, и усилитель представляет

50 собой усилитель-ограничитель с антилогарифмической амплитудной характеристикой.