Магнитоупругий преобразователь усилий и деформаций в число- импульсный сигнал

Магнитоупругий преобразователь усилий и деформаций в число- импульсный сигнал

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

И306ееЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сотоэ Советсиик

Социалистмчесиик

Реслублии iii922500 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено 030180 (21)2863319/25-28 (5! )М. Кл, G О1 В 7/24//

G 01 L 1/12 с присоединением заявки №1 (23) Приоритет—

5Ьеуддрстеенный комнтет

СССР да делам изобретений и открытнй

Опубликовано 2304„82. Бюллетень №15 (53) Уд К 621. 313 ° .82(088.8) Дата опубликования описания 2304Я2 (72) Авторы изобретения

Е. M. Белый и В. А. Голынский

Ульяновский политехнический институт (7!) Заявитель (54) МАГНИТОУПРУГИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УСИЛИЙ

И ДЕФОРМАЦИЙ В ЧИСЛО-ИМПУЛЬСНБ!Й СИГНАЛ

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, а именно к измерениям усилий, механических на- пряжений и деформаций, основанным на использовании явлений магнитоупругости. Оно может быть использовано в ин5 формационно-измерительных системах

ИИС, предполагающих обработку информации цифровыми ЭВМ.

Известен магнитоупругий преобразователь механических напряжений и деформаций, который содержит ферромагнитный тонкий лист с ответвленным участком, наклеиваемый на контролируемое изделие, и съемный проводник, охватывающий ответвленный участок листа (1).

Известный магнитоупругий преобразователь представляет информацию об измеряемой величине в аналоговой фор,ме, что позволяет его использовать в сложных ИИС, предполагающих обработку информации на ЭВМ в цифровой форме, без дополнительного аналогоцифрового преобразователя.

Известен магнитоупругий преобразователь усилий и деформаций.в числоимпульсный .сигнал, который содержит упругий чувствительный элемент в виде плоской токопроводящей подложки с трапецеидальным контуром. На подложке размещена тонкопленочная структура в виде нанесенной на подложку ферромагнитной пленки, ось легкого намагничивания которой направлена поперек оснований трапецеидального контура подложки. Поверх ферромагнитной пленки. нанесена изоляционная пленка .с отверстиями, размещенными вдоль оси легкого намагничивания.

В отверстиях размещены точечные контакты, электрически соединенные с поверхностью ферромаГнитной пленки.

На изоляционную пленку нанесены два съемных проводника по о6е стороны точечных контактов. Каждый из проводников электрически соединен со своими

3 92250 контактами, взятыми один с нечетными, другой с четными. Со съемными проводниками соединен входом счетчик импульсов.

Такой преобразователь может исполь- зоваться в ИИС, предусматривающих переработку информации в дискретной форме (2) . Однако точность преобразования оказывается невысокой, поскольку на нее оказывают существенное вли- 1я яние колебания амплитуды питающего переменного тока, протекающего по подложке.

Цель изобретения - повышение точности путем уменьшения влияния колебаний амплитуды питающего тока.

Указанная цель достигается тем, что известный магнитоупругий преобразователь усилий и деформаций в число-импульсный сигнал, содержащий упругий чувствительный элемент в виде плоской токопроводящей подложки с трапецеидальным контуром, тонкопленочную структуру в виде нанесенной на подложку ферромагнитной ленки, ось легкого намагничивания которой направлена поперек оснований трапецеидального контура подложки, изоляционной пленки, нанесенной на ферромагнитную пленку, с отверстиями, размещенными вдоль ее оси легкого намагничивания, точечных контактов, размещенных в этих отверстиях, электрически соединенных с поверхностью ферромагнитной пленки, и двух съемных

35 проводников, нанесенных на изоляционную пленку по обе стороны от точечных контактов и электрически соединенных: один - с нечетными, другойс четными контактами, а также счетчик импульсов, соединенный входом со съемными проводниками, снабжен второй тонкопленочной структурой, нанесенной с другой стороны упругого чувствительного элемента, у ко43 торой коэффициент магнитострикции ферромагнитной пленки равен, но противоположен по знаку, коэффициенту магнитострикции пленки в первой тонкопленочной структуре. Счетчик импульсов выполнен с дополнительным реверсивным входом, соединенным со съемными проводниками второй тонкопленочной структуры.

При таком выполнении магнитоупру- М гого преобразователя воздействие измеряемой величины, благодаря различиям в знаках коэффициентов магнито

0 4 стрикции ферромагнитных пленок оЬойх структур, вызывает равные, но противоположные по знаку изменения числа импульсов их выходных сигналов. Колебания амплитуды питающего переменного тока, протекающего по подложке, вызывают одинаковые изменения числа импульсов в выходных сигналах обоих тонкопленочных структур. При поступлении двух выходных сигналов на счетчик импульсов с дополнительным реверсивным входом изменения сигналов, вызванные измеряемой величиной, складываются, а изменения, вызванные колебаниями амплитуды, вычитаются, уменьшаясь в целом практически до нуля. 8 результате точность преобразования повышается.

На фиг. 1 и 2 в двух проекциях показан магнитоупругий преобразователь усилий и деформаций в числоимпульсный выходной сигнал.

Преобразователь содержит упругий чувствительный элемент.в виде плоской токопроводящей подложки 1 с трапецеидальным контуром. На каждой стороне подложки размещена тонкопленочная структура. Она выполнена в виде ферромагнитной пленки 2, нанесенной на подложку осью легкого намагничивания поперек оснований трапецеидального контура подложки. Коэффициенты магнитострикции ферромагнитных пленок 2 выбраны равными по величине, но противоположными по знаку. Также пленки могут быть выполнены, например, из пермаллоев с содержанием никеля 77 и 83 .

Поверх ферромагнитной пленки 2 нанесена изоляционная пленка 3 с отверстиями, размещенными вдоль оси легкого намагничивания ферромагнитной пленки 2. В отверстиях изоляционной пленки 3 размещены точечные контакты

4, электрически соединенные с поверх-. ностью ферромагнитной пленки 2. На изоляционную пленку 3 нанесены два съемных проводника 5 по обе стороны от точечных контактов 4. Каждый из съемных проводников 5 электрически соединен со своими точечными контактами 4, взятыми через один: первый проводник 5 - с нечетными, второйс четными. Съемные проводники 5 обеихтонкопленочных структур подсоединены к счетчику б, одна - .к обычному, другая - к дополнительному реверсивному входу с помощью клемм 7. Токопроводя9225

Формула изобретения

Иагнитоупругий преобразователь усилий и деформаций в число-импульсный сигнал„ содержащий упругий чувствительный элемент в виде плоской токопроводящей подложки с трапецеидальным контуром, тонкопленочную структуру в виде нанесенной на подложку ферромагнитной пленки1 ось легкого намагничивания которой направлена поперек оснований трапецеидальнОГО кОнтура подложки изОляци анной пленки, нанесенной на феррощая подложка 1, имеет на основаниях клеммы 8 для присоединения к источнику переменного тока.

Преобразователь работает следующим образом.

Клеммы 8 присоединяют к источнику переменного тока. В исходном состоянии, при отсутствии тока в подложке

1, ферромагнитные пленки находятся в состоянии остаточной намагниченно- !о сти, т.е. на верхней или нижней плоской части магнитной петли гистерезиса,материала плейок. Вектор намагниченности направлен по оси легко/ го намагничивания. 15

При прохождении переменного тока по подложке 1 на ее поверхности возникает магнитное поле, которое действует на ферромагнитные пленки 2.

3а счет трапецеидальной формы кон- г0 тура плотность тока в подложке I, а,следовательно, и напряженность магнитного поля, действующего на разные участки пленки 2, оказывается линейно зависящей в данный момент времени 25 от положения участка.

Те участки, где напряженность магнитного поля .Оказывается меньше коэрцитивной силы, остаются практически в исходном состоянии. Те же участки пленки, где напряженность поля больше коэрцитивной силы, перемагничиваются до противоположной по знаку намагниченности, т.е. переходят на противоположную ветвь петли гистерезиса, соотвутствующую состоянию насыщения материала пленки. В итоге часть пленки 2 находится в исходном, а другая ее часть -.в перемагниченном состоянии. Они разделяются доменной границей..

При изменении тока в подложке 1 . по синусоидальной зависимости доменная граница между частями пленки 2 с разной намагниченностью будет перемещаться то в одну, то в другую стороны. Амплитуда переменного тока в подложке 1 выбрана так, чтобы перемагничивалась половина пленки 2 в каждой из двух тонкопленочных структур.

При прохождении доменной границы между двумя соседними точечными контактами 4 съемных проводниках 5 возникает электрический импульс. За четВЕРтЬ ПЕРиОДа ПЕРЕМЕННОГО тОКа, ПРО„55 текающего по подложке 1, доменная граница пробегает весь перемагничиваемый участок пленок 2. При этом в отсут" ствии усилий или деформаций, воздей00 б б ствующих на подложку 1, число импульсов, поступающих на счетчик 6 с обоих тонкопленочных структур, одинаково.

Так как один из входов счетчика является реверсивным, то счетчик зарегистрирует разность этих чисел импульсов, равную нулю.

Воздействие усилий или деформаций на подложку 1 приведет к тому, что коэрцитивная сила ферромагнитных пленок 2 изменится: в одной из тонкопленочных структур она увеличится, а в другой уменьшится. Это приведет к тому, что в одной из пленок 2 соответственно уменьшится, а в другой увеличится длина перемагничиваемого участка. Число импульсов, поступающих на входы счетчика 6, окажется не одинаковым.,В соответствии с этим счетчик зарегистрирует разностное число импульсов, зависящее от величины воздействующих усилий или деформаций.

Если изменяется амплитуда питающего тока, протекающего по подложке 1, то изменяется длина перемагничиваемого участка пленки 2, причем одинаково в обеих тонкопленочных структурах. Это вызывает одинаковое изменение числа импульсов, поступающих с тонкопленочных структур, которое за счет вычитания счетчиком 6 не будет регистрироваться. В результате точность преобразования усилий или деформаций в число импульсов не.будет зависеть от колебания амплитуды тока в подложке 1.

Устойчивость предлагаемого устройства к воздействиям колебаний амплитуды питающего тока позволяет снизить требования к стабильности источника питания и упростить его устройство.

922

Составитель Ю. Востриков

Редактор Л. Гратилло Техред М. Надь Корректор А. Гриценко

Заказ 2555/52 Тираж 614 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

1 магнитную пленку, с отверстиями, размещенными вдоль ее оси легкого намагничивания, точечных контактов, размещенных в этих отверстиях, электрически соединенных с поверхностью ферромагнитной пленки, и двух съемных проводников, нанесенных на изоляционную пленку по обе стороны от точечных контактов и электрически соединенных: один - с нечетными, другой — с четными контактами, а также счетчик импульсов, соединенный входом со съемными проводниками, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен второй аналогичной тонкопленочной структурой, нанесенной с другой стороны упругого чувствительного

500 8 элемента, у которой коэффициент магнитострикции ферромагнитной пленки равен, но противоположен по знаку, коэффициенту магнитострикции

5 пленки первой тонкопленочной структуры, а счетик импульсов выполнен с дополнительным реверсивным входом, соединенным со съемными проводниками второй тонкопленочной структуры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Электрические измерения неэле" ктрических величин. Под ред.

П. В. Новицкого, Л, "Энергия", 1975, с. 322, рис. 13-20, б.

2. Авторское свидетельство СССР

У 492728, кл. G 01 В 7/24, 1973 .(прототип).