Датчик малых угловых перемещений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 19 1 Я) 6 01 В 7/30; 6 01 В 21/ ЫЙ КОМИТЕТ СССР ТЕНИЙ И ОТКРЫТ ГОСУДАРСТ О ДЕЛАП М ИЗОБРЕ ИИОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИЩ ЬСТ(71). ОрденаТрудового Красного Знамениинститут радиотехники и электроники АН СС(56) 1, Ложнов В, Н. Электрические измерения механических величин. М"Энергия",1976, с. 7-92.,Авторское свидетельство СССР 80 85980кл, 6. 01 В 7/30, 1979 (прототип),54) (57) ДАТЧИК МАЛЫХ УГЛОВЫХ ПЕРЕ -МЕЩЕНИЙ, содержащий постоянный магнит,размещенную в его поле ферромагнитную пластину с доменной структурой, закрепленнуюс возможностью вращения на оси, перпенди.кулярной к направлению силовых линий поля постоянного магнита, источник питания ибпок измерения, о т л .и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения разрешающейспособности; он снабжен закрепленйым наповерхности пластины пьезопреобразователем,подключенным к блоку измерения, и закрепленной по периметру пластины катушкой,подключенной к источнику питания, а ферро,магнитная пластина расположена вдоль силовыхлиний поля постоянного магнита и вьполнела: из магнитоодноосного материала с осью легкого намагничивания, проходящей под угломболее 30-40 к плоскости пластины,Изобретение относится к контрольно иэмери.тельной технике и может быть испбльзованодля точных измерений малых угловых пере.мещений, например, в машиностроении, натранспорте, при научных исследованиях ив других областях.Известны резистивные датчики угла, содержащие кольцевую дорожку из высокоомногоматериала и перемещающийся.по ней подвиж.ный контакт, закрепленный на оси вращения0в центре дорожки 13,Недостатком таких датчиков являются малаяточность (порядка 1) и невозможность измерений малых углов, ступенчатый характер характеристики преобразования и значительныегабариты,Наиболее близким по технической сущностик предлагаемому является датчик малых угло.вых перемещений, содержащий постоянныймагнит и размещенную в его поле ферромаг. 20нитную пластину с доменной. структурой, закрепленную с возможностью вращения на оси,перпендикулярной к направлению силовых ли.ний поля постоянного магнита, источник питания и блок измерения, присоединенные к .про. 25тиволежащим парам кощактов, закрепленныхна концах пластины 2).Недостатком известного датчика являетсяограниченная разрешающая способность, непозволяющая измерять малые изменения угла 30из-за низкого отношения сигнала к шуму и невозможности применения частотно-селективныхметодов вьщеления сигнала иэ шума, так какдатчик работает на постоянном токе,Целью изобретения является повышениеразрешающей способности датчика.Поставленная цель достигается тем, что дат.чик малых угловых перемещений, содержащийпостоянный магнит, размещенную в его полеферромагнитную пластину с деменной струк.турой, закрепленную с возможностью вращенйяна оси, перпендикулярной к направлению сидо.вых линий поля постоянного магнита, источникпитания и блок измерения, снабжен закрепленным на поверхности пластины пьезопреобразователем подключенным к блоку измерения, изакрепленной по периметру пластины катушкой,подклщченной к источнику питания, а ферро.магнитная пластина расположена вдоль силовыхлиний поля постоянного магнита и выполнена150из магнитоодноосного материала с осью легкогонамагничивания, проходящей под углом 30 -40 к плоскости пластины,На фиг, 1 показано схематично конструктивное выполнение датчика; на фиг. 2 - электри ческая схема подключения источника питания и блока измерения; . на фиг,. 3 - зависимость из меряемого электрического напряжения О на вы. ходе датчика от угла поворота. Датчик малых угловых перемещений содержит ферромагнитнуюпластину 1 с доменной структурой, помещенную в поле постоянного магнита 2 н закрепленную с возможностью вра. щения относительно оси 3, которая кинематически связывается с контролируемым объектом в процессе измерения. На одной из поверхнос. тей пластины 1 закреплен пьезопреобразователь 4 Изакрепление обеспечивает акустический кон. такт между ними), а по периметру ее закреп:. лена катушка 5, подключенная к источнику 6мипитания переменного тока повышеннои частоты (100-500 кГц), Блок 7 измерения электричес. кого напряжения 1 юдключен к пьеэолреобразователю 4.Ферромагнитная пластина 1 выполнена из магнитоодноосного материала с осью легкого нанамагничивания, проходящей. под углом не ме. нее 30 - 40 к плоскости пластины.В качестве материала пластины может быть использован, например, феррит - гранат, имею. щий открытую доменную структуру с вектором намагниченности, составляющим с плоскостью пластины угол более 30 - 40,Датчик работает следующим образом.При подведении напряжения переменного тока от источника б питания к катушке 5 на ферро. магнитную пластину 1 находящуюся в поле постоянного магнита 2, начинает воздействовать высокочастотное магнитное поле. Под действием переменного магнитного ноля, вследствие эф. фекта магнитострикции, в ферромагнитной пластине 1 возбуждаются упругие колебания, воспринимаемые пьезопреобразователем 4, на; ходящнмся с нею в акустическом контакте.Эти колебания преобразуются пьеэопреобразователем 4 в электрическое напряжение, измеряемое блоком 7. Заивисмость напряжения О на входе датчика от угла У поворота плас.тины 1, вокруг оси 3 имеет резко выраженный экстремальный характер. Значение Ч = 0 соответствует аочной ориентации оси легкого . намагничивания ферромагнитной пластины 1 перпендикулярно направлению постоянного магнитного поля, создаваемого, магнитом 2; При этом величина поля постоянного магнита должна быть на 20 30% ниже поля анизотро. пии ферромагнитной пластины. Резкий подъем на зависимость О.М (фиг, 3) в диапазоне - 3 (Ч (+3 обусловен тем, что при ориентации постоянного магнитного поля в указанном интервале углов в окресности перпендику.-. ляра к оси легкого намагничивания ферромаг. нитной пластины (соответствующего Ч= 0 ) при указанной выше величине постоянного магнитногополя в ферромагнитной пластине (при условии расположения оси легкого намагничивания под углом к ее плоскости, составляю. щим более 30 - 40). существует доменная ..Проектная,4 3-021937 4структура. При этом движение границ доменов дуса (и менее). Использование частотно селек.лод действием переменного магнитного поля, . аивного блока измерения электрического насоэдаваемого катушкой 5 пуиводит к резкому .пряжения позволяет резкь повысить отношение.усиленюо магннтоулругого взанмоденствиянн о Другого взанмоденствия полезного сигнала к шуму; В практическив:фе магнитной пластине и, как следствие, к 5 реализованйой конструкции датчика углаприрезкому увеличению амплитуды упругих колечастоте переменного ол 240 к ц ррро абаний регистрируемых пьезопреобразователем 4.полосы пропускания блока 7 измерения, рав 1еВне указанного выше интервала углов Ч до-: нои 59 кГц, отношенйе сигйала к.шу у,;менная структура в ферромагнитной пластине . составляет,200,.причем при изменении угла, отсутствует,магнитоупругое взаимодействие явля 1 О на 1 выходное напряжение, регистрируемоеется краййе слабым, вследствМе чего упругие коле-, блоком 7, изменяется в 40 раз, что позволяет,, банияи пропорцйональное.им напряжение на пье регистрировать углы, составляющие несколькозонреобразователе, регистрйруемое блоком 7 изме- минут. В качестве ферромагнитной пластийы.рення электрического напряжения, мало, для. использована пленка феррита-граната. составаиолучеваа линейной зависимости выходного . 15 РЙЙч ЬВ) з(ГвА 1) аО,с полем анизотропиииайряжения датчика от угла Ч начальное .1700 Э. При этом постоянное магнитное нолязначение угла:должно выбираться вблизи сере .создаваемое магнитом 2,. составляетдинй линейного участка кривой зависимости 1500 Э. Угловая протяженность линейного участ.О (Ю), йапример при ф -"ф 1,5. При этом, ка кривой О (Ч) (фиг. Зу в зависимости откак видно из фиг. 3, иэмененйе углаг в . 2 О состава пленки й величины постоянного.маг"пределах +1,5 вызывает. изменение выходного нитного поля-может меняться в пределах от , напряжения датчика в 4 раза. Такая сильная .0,5 до 20. Датчик имеет также небольшиезависимость выходного напряжения от угла . габариты 10 х 10 х 10 (ммз).поворота пластины . позволяет измерять .углывплоть до десятых долей градуса (и менее),. 25 Благодаря повышению разрешающей способ-те, разрешающая способность датчика сущест- ности датчика оказывается возмажным регист:- венно увеличивается; Сооветственно точность . Рировать очень неболыпне иэмейения угла поизмерения также составляет десятые дола тра. рядка нескольких минут с высокой точностью,