Магнитоупругий датчик

Магнитоупругий датчик

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1 л .т<.:,тн; хничсояеЯ (к> .лнатвнат МБЯ, ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ (i1) 5О2246

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28.01.74 (21) 1990463/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 05.02.76, Бюллетень Ме 5

Дата опубликования оп иссиня 14.04.76 (51) М. Кл.- G 01L 1/12

Государствеииык комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 531.781(088.8) (72) Авторы изобретения

М. И. Белый, В. А. Мишин и А, Л. Шпади (71) Заявитель

Ульяновский политехнический институт (54) МАГНИТОУПРУГИЙ ДАТЧИК

Изобретение относится к измерительной технике и а втоматике и может быть использовано в качестве датчика цифровых систем контроля и регулирования.

Известны магнитоупругие датчики, состоя- 5 щие из входного механического и выходного магнитоупругого преобразователей. Недостаток таких датчиков заключается в аналоговом представлении выходной информации.

В предложенном датчике этот недостаток 10 устранен за счет того, что он снабжен нанесенной на,консольную балку многослойной тонкопленочной структурой в виде фе рромагнитной пленки, ось легкого намагничивания которой параллельна оси симметрии консольной балки, расположенной между изоляционными пленками, точечными контактами съемных зондов, прошивающих верхнюю изоляционную пленку, тонкопленочными проводниками, нанесенными поверх изоляционной пленки, 20 и источником переменного тока, соединенным с боковыми гранями консольной балки. Четные и нечетные точечные контакты соединены тонкопленочными проводниками, а расстояния между ними выбраны по определенной функ- 25 циональной зависимости.

Магнитоупругий датчик показан на чертеже.

На консольную балку 1 равного соп ротивления, выполненную из бериллиевой бронзы, напылены изоляционная пленка 2 из моноокиси ЗО кремния, ферромагнитная пленка 3 из пермаллоя и изоляционная пленка 4 из моноокиси кремния. Ось легкого намагничивания пленки

3 ориентирована вдоль оси симметрии консольной балки 1. Пленка 4 прошита точечными контактами 5 зондов, служащих для съема выходного сигнала. Тонкопленочные алюминиевые проводники 6 зондов, напыленные поверх пленки 4, обеспечивают раздельное электрическое соединение четных и нечетных контактов 5. Напряжние источника переменного тока, перемагничивающего пленку 3, подводится к клеммам 7, соединенным с се|ребряными проводниками 8, напыленными около боковых г р аней б ал ки.

Переменный, например синусоидальный, ток подводится через клеммы 7 к боковым граням балки при помощи проводников 8. Балка имеет клиновидную форму, поэтому плотность тока, текущего перпендикулярно оси ее симметрии, в каждый момент времени максимальна у ее вершины и минимальна у основания. Напряженность магнитного поля, создаваемая таким током перемагничивания вдоль оси симметрии балки, в один и тот же момент времени уменьшается от вершины балки к ее ocHQ ванию. При этом по мере увеличения тока в балке перемагничивание пермаллоевой пленки

3 в направлении оси легкого намагничивания происходит постепенно, по мере превышения

502246 лХс

Составитель А. Новиков

Редактор Л. Утехина

Техред 3.

Тараненко

Корректор О. Тюрина

Заказ 737/3 Изд, № 251 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4)5

Типография, пр. Сапунова, 2 напряженности внешнего магнитного поля коэрцитивной силы этой пленки. Таким образом, в пленке 3 перемещается управляемая внешним магнитным полем доменная граница. Так как в движущейся доменной границе происходит вращение вектора намагниченности, то изменяющееся магнитное поле создает вихревое элекцрическое поле, вызывающее появление сторонней э.д.с. В результате при прохождении доменной границы над контактами 5, 10 присоединенными к пленке 3, на выходных клеммах проводников б съемных зондов возникают импульсы напряжения, полярность которых зависит от направления перемагничивания, а число — от числа охваченных перемаг- 15 ниченной областью мест присоединения контактов 5 к пленке 3. Амплитуда синусоидального тока выбрана такой, чтобы при отсутствии входного сигнала магнитоупругого датчика величина амплитуды создаваемой им на- 20 пряженности магнитного поля была достаточной для перемагничивания всей пленки 3. Таким об разом, при отсутствии входного сигнала магнитоупругого датчика малых усилий на выходных клеммах проводников б возникает 25 последовательность положительных и отрицательных импульсов напряжения, число которых определяется общим числом контактов 5.

Малое усилие Р прикладывается к вершине балки и вызывает ее изгиб. Так как она выполнена с равным сопротивлением, то деформации всех точек ее поверхности одинаковы и пропорциональны прикладываемому усилию Р.

При этом в пленке 3, деформи рующейся вместе с поверхностью балки, возникают продольные растягивающие напряжения, параллельные оси ее симметрии и поперечные напряжения, значительно меньшие по,величине, чем продольное, так как они определяются разностью коэффициентов Пуассона пермаллоевой пленки 3 40 и изоляционных пленок 2 и 4. Таким образом, в пленке 3 практически возникают одноосные, параллельные оси легкого намагничивания, однородные растягивающие напряжения, вызывающие пропорционально прикладываемому 45 усилию Р увеличение ее коэрцитивной силы, поэтому при заданной амплитуде напряженности магнитного поля перемагничивается не вся пленка 3, а меньшая ее часть. При этом число импульсов напряжения на выходных 50 клеммах уменьшается, так как движущаяся доменная граница проходит не над всеми точечными контактами 5.

Таким образом, уменьшение числа импульсов напряжения на выходе магнитоупругого датчика определяется величиной малого усилия Р.

Заданная, например, линейная ха рактеристика преобразования достигается выбором расстояний ЛХ, между точечными контактами

4 по определенной функциональной зависимости.

Выходной сигнал магнитоупругого датчика малых усилий может подаваться после предварительного усилия на счетчик электрических импульсов либо использоваться в дискретных системах контроля и управления.

Предмет изобретения

Магнитоупругий датчик, содержащий механический преобразователь в виде консольной балки, отличающийся тем, что, с целью непосредственного п|реобразования усилия в последовательность электрических импульсов, он снабжен нанесенной на консольную балку многослойной тонкопленочной структурой в виде ферромагнитной пленки, ось легкого намагничивания которой параллельна оси симметрии консольной балки, расположенной между изоляционным и пленками, точечными контактами съемных зондов, прошивающих верхнюю изоляционную пленку, тонкопленочными проводниками, нанесенными поверх изоляционной пленки, и источником переменного тока, соединенным с боковыми гранями консольной балки; причем четные и нечетные точечные контакты соединены тонкопленочными проводниками, а расстояния между ними выб раны по определенной функциональной зависимости.