Устройство для измерения механических величин

1 И 27/8 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪЙ БРЕТЕНИСТВУ ОПИСАНИЕ ИЗ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ 32/25",83.Бютин, Слов икий ме79.14(ефекто ционн четч ем, и, о динен Ферен ером л., 9 18Б.Машкович,В.В.Кочневханический институт88.8)копия", 1973, 9 .5,9 3706028,1972.(прототип) .ВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯЧИН, содержащее поедииенные источникнакладной индукговым поро выход а выхвход выход(21) 3 3867 (22) 27. 01 (46) 15.ОЬ (72) А.А.Ш С.П.Нерепе (71) Ижевс (53) 620 .1 (56) 1. "д с.30-33,2. Патен кл, О 01 й (54) (57) УС МЕХАНИЧЕСКИследователь переменного ый преобразователь, усилитель и к, отличающееся то, с целью повыаения точносо снабжено последовательно соеыми детектором, Фильтром, диФ" циатором, Формирователем, триги аналоговым ключом, включенным усилителем и счетчиком, пороэлементом и нуль-органом, вход ового элемента соединен с вторым ом источника переменного тока, д -. с вторым входом триггера, уль-органа соединен с вторым ом усилителя, а его выход - рым входом аналогового ключа.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах для измерения усилий и различных физико-механических величин, определяемых механическими напряжениями.Известны устройства для измерения механических величин, основанные на методе вихревых токов. Такие устройства обычно содержат последовательно соединенные источник переменного О тока, индукционный преобразователь накладного типа и блок регистрации. Индукционный преобразователь устанавливается на поверхности образца или какой-либо детали. Принцип действия 15 описанных устройств основан на том, что выходной сигнал индукционного преобразователя зависит от удельного сопротивления материала детали, которое, в свою очередь, определяет-, ся механическими напряжениями(.1 3.Недостатком подобных устройств является малая чувствительность, так как относительное изменение удельного сопротивления при механическом нагружении металлов мало.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения механических величин, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока, накладной индукционный преобразователь, усилитель и счетчик. Накладной преобразователь устанавливается на поверхности ферромагнит 5 нОго иэделия, Источник переменного тока создает переменное магнитное поле в объеме ферромагнетика, расположенном в зоне накладного преобразователя. Этот объем перемагничивается, вследствие чего на выходе преобразо вателя возникает характерный случайный сигнал - ЭДС от скачков Баркгаузева, Эта ЭДС усиливается и далее Поступает на счетчик, который регистрирует среднее число выбросов ЭДС д за некоторый уровень селекции. Поскольку интенсивность выходного сигнала индукционного преобразователя сильно зависит от механических напряжений в ферромагнетике, то и:показания счетчика также зависят от приложенного усилия или от внутренних напряжений в иэделии(2 .Недостатком этого устройства является низкая точность измерения из-за влияния зазора. 5.;юЦель изобретения - повыщение точности измерения.Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено последовательно соединенными детектором,фильт ром, дифференциатором, формирователем, триггером и аналоговым ключом, включенными между усилителем и счетчиком, пороговым элементом и нуль- органом, вход порогового элемента соединен с вторым вьиодом источника переменного тока, а выход - с вторым входом триггера, вход нуль-органа соединен с вторым выходом усилителя, а его выход - с вторым входоманалогового ключа.На фиг,1 представлена блок-схемапредлагаемого устройства на Фиг.2временные диаграммы, поясняющиепринцип его работы,Устройство содержит источник 1переменного тока, пороговый элемент 2,накладной индукционный преобразователь 3, дифференциатор 4, формирователь 5, триггер 6, усилитель 7, де"тектор 8, фильтр 9, нуль-орган 10,аналоговый ключ 11 и счетчик 12.Источник 1, преобразователь 3 иусилитель 7 соединены последовательно, а между усилителем 7 и счетчиком 12 включены последовательно соединенные нуль-орган 10 и аналоговыйключ 11. Последовательно соединенныедетектор 8, фильтр 9, дифференциатор4, Формирователь 5 и триггер 6 образуют блок управления, включенный между усилителем 7 и управляющим вхо-"дом ключа 11, Кроме того, блок управления включает пороговый элемент 2, вход которого подключен к выходу источника тока а выход - квторому входу триггера 6.Временные диаграммы включают утрированный сигнал 0 О, снимаемый свыхода индукционного преобразователя 3; выходной сигнал 0214 с выходакуль-органа 10; выходной сигнал О(строб-импульс ) 15 с триггера 6; сигнал О 16 с выхода ключа 11 выходной сигнал 0 17 источника переменного тока 1; сигнал 0618 с выходапорогового элемента 2; сигнал О 19ЭДС от скачков Баркгаузена, снимаемый с выхода усилителя 7 выходнойсигнал О 20 с фильтра 9, выходной сигнал О 21 с дифференциатоЭра 4, выходной сигнал О 22 с формирователя 5.Принцип действия устройства основан на том Факте, что ср днее число пересечений центрированного нормального случайного процесса ( каковым практически является выходнойсигнал индукционного преобразователя в данном случае) с нулевым уровнем не зависит от дисперсии или,другими словами, от мощности процесса.Устройство работает следующим образом.Источник 1 переменного тока создает ток, который, протекая по перемагничивающей обмотке индукционногопреобразователя 3, перемагничиваетнекоторый ограниченный объем ферромагнитного изделия (не показан) .Вследствие этого в измерительнойобмотке преобразователя индуциру1018003 илиал ППП фПатентф, ,Ужгородул, Проек ется ЭДС от скачков Баркгаузена,поступающая на усилитель 7, Сигнал13 с выхода усилителя 7 поступает нануль-орган 10 и затем сигнал 14 черезаналоговый ключ 11 - на счетчик 12,который регистрирует среднюю частоту ограниченного сигнала 1 б.Структура блока управления, вырабатывающего строб-импульс, определяется следующим. 01 раничение выходного сигнала индукционного преобразователя приводит к тому, что наизменение мощности сигнала; вызванного изменением измеряемой величины,счетчик не реагирует так же, как ина изменение, например, зазора между индукционным преобразователем ииэделием, Это во многих случаях приводит к уменьшению точности измерения, так как среднее число пересечений сигнала с нулевым уровнемзависит лишь от спектральных характеристик этого сигнала, а последниев некоторых материалах слабо связаныс механическими напряжениями. В уст- .ройстве формируется строб-импульс,длительность которого зависит от временного сдвига выходного сигнала индукционного преобразователя относительно выходного сигнала источника переменного тока. При этом учитывается также то, что мгновенная частота ЗОпересечений ЭДС от скачков Баркгауэена с нулевым уровнем в течение полупериода перемагничивания не является постоянной,ВНИИПИ Заказ 3529/42тираж 873 Подписное На вход порогового элемента 2 по" ступает сигнал 17 с выхода источни- ка 1 переменного тока. Уровень сра-батывания порогового элемента 2 определяется постоянным заданным уров.нем О . Выходной сигнал 18 порогового элемента 2 поступает на первый вход триггера б, который Формирует передний Фронт сигнала 15 (строб-импульса), Этот импульс открывает ана.логовый ключ 11 и ограниченный сигнал с выхода нуль-органа 10 регистрируется счетчиком 12. Второй фронт строб-импульса синхронизировав с характерной точкой ЭДС от скачков Баркгаузена в частности с ее максимумом. Усиленный сигнал 19 ЭДС детектируется детектором 8 и сглаживается фиды" ром 9. Выходной сигнал 20 Фильтра. поступает на дифференциатор 4, который выделяет момент .времени, соответствующий максимуму ЭДС от скачков Баркгаузена. Выходной сигнал 21 дифФеренциатора поступает на Формирователь 5 и далее (сигнал 22) на другой вход триггера 6. Последний перебрасывается, формируя задний фронт сигнала 15.строб-импульса ). аналоговый ключ 11 закрывается и прохождение импульсов на счетчик прекращаетСяеТаким образом, в устройстве устранено влияние на результат измерения колебаний уровня селекции (зазора) при измерении ЭДС от скачков Баркгауэена.