Способ измерения усилий

ОП ИСАНИНА ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКЬМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциапистииескикРеспублик а 922544(7) Заявитель авиационный институт им. ОрджоцикидФе4 Ж) СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ УСИЛИЙ 0 9 Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано при измерении силы и упругих напряжений в ферромагнитныхматериалах и других механических величин, которые могут быть в них преобразованы (давление, вес, момент,деформация и т,п.),По основному авт. св. В 504944известен способ измерения усилия,закпючающийся в изменении микроструктуры чувствительного элемента, имекщего доменную структуру, и преобразовании изменений микроструктурыв электрический сигнал, при этомрегистрируют число скачкообразныхизменений микроструктуры элемента,по которому и определяют измеряемое усилиеОднако имеются два вида скачков,соответствунщие двум видам смещенияграниц 180-градусные, когда направления намагниченности соседних, доме"нов антипараллельны, т.е, составля" ют угол 180 ф, и 90-градусные, когда они взаимно перпендикулярны, причем влияние упругих напряжений на ннх различны. Так магнитное поле вызывает смещение обоих видов границ, причем для слабых полей происходят преимущественно 180-.градусные смещения, как энергетически более выгодные, в то время как упругие напряжения могут вызвать только 0-градусные смещения. Таким образом, при регистрации всех скачкообразных изменений магнитной структуры измерение усилия связано с погрешностью от нестабиль- ности напряженности поля, которую трудно стабилизировать, и с нелинейностью характеристики преобразования, что исключает прямое преобразование измеряемой величины в дискретный вид, Существенно различны числа скачков при сжимакщих и растягивакщих усилиях.2544 4 3 92Цель изобретения - обеспечениевозможности измерения одним элементом сжимающих и растягивакщих усилий,Эта цель достигается тем, что внем из числа всех зафиксированныхскачков изменения микроструктурычувствительного элемента, выделяютскачки, соответствующие 90-градусФным смещениям границ межДу доменами, и по разности чисел скачков нагруженного и ненагруженного чувствительного элемента определяют величину усилия и его знак.При заданном переменном напряжении на входе, т.е. при заданном значении намагниченности и при одинаковом направлении поля и сжимающего усилия, последнее смещает 90-градусные границы, снимая число доменов с направлением намагниченностипараллельно полю, а за счет поляпроисходит обратное смещение этихграниц. Поэтому число дополнительных90-градусных смещений в течение каждого цикла будет равно числу такихсмещений, однократно произведенныхизмеряемым усилием, если последнееостается постоянным в течение принятого числа циклов. Это в свою очередь означает, что число дополнительных 90-градусных смещений за циклпропорционально измеряемому усилию.Для преобразования последнего в число импульсов необходимо из общегочисла 90-градусных смещений за циклвычесть те, которые вызваны магнитным полем, при отсутствии усилия, чтоне представляет трудностей, поскольку это число для данного магнитопровода и режима намагничивания должнобыть постоянным,5 1 О 15 20 25 ЗО 35 40 Для растягивающего усилия число 90-градусных смещений снижается,.поскольку они ориентируют домены в направлении поля. В этом случае зна 45 чение усилия можно определить, если вычесть из первоначального числа 90- градусных смещений то число, которое зарегистрировано при измеряемом усилии. Таким образом, возможно измерение не только величины, но и направления знака измеряемого усилия.В предлагаемом способе начальное число 90-градусных смещений может регулироваться в достаточно широких пределах за счет выбора соответствудцей текстуры материала в направлении измеряемого усилия и в более узких пределах - величинои намагниченностивозбуждения, т,е. питающего напряжения.Общее число счетных импульсов может быть увеличено до сколь угоднобольшой величины простым увеличениемчисла циклов перемагничивания на одно измерение. Это особенно важно приизмерении малых усилий, когда чувствительный элемент имеет малые размеры и, следовательно, малое число доменов .На чертеже приведена функциональная схема устройства для реализацииспособа,Схема включает в себя магнитоупругий чувствительный элемент 1,магнитное поле в котором образуетсяобмоткой 2 возбуждения, питаемой переменным напряжением Цп . Снаружичувствительньш элемент охвачен измерительной обмоткой 3, в которой в момент скачков микроструктуры возбуж -даются импульсы ЭДС, Ось обмотки 3перпендикулярна направлению усилияи магнитного поля, Выход обмотки 3включен .на вход усилителя 4, на выходе которого подключен активныйфильтр 5, пропускающий только импульсы, соответствущяие 90-градусным смещениям границ, Выход 5 подключен к1входу реверсивного счетчика б, к другим входам которого подключены схема 7 управления реверсом и отводобмотки 2, На выходе последнего каскада счетчика б включен вход триггера 8, другой вход которого подключен к отводу обмотки 2. На выходытриггеров счетчика б включен дешифратор 9, один из входов которого подключен к выходу 0 триггера 8 и обеспечивает индикацию знака усилия. Выход 1 триггера 8 присоединен к входусхемы 7 управления реверсом,Схема работает следующим образом.Благодаря поперечному расположению обмотки 3, 90-градусные смещенияграниц вызывают в ней импульс ЭДСотносительно большой амплитуды и длительности, и одной полярности, тогда как импульсы от 180-градусных смещений должны быть значительно меньшейамплитуды и длительности, и разнойполярности - по два разнополярныхимпульса на одно смещение. После усиления в усилителе 4 такие разные импульсы могут быть относительно легкоселектированы фильтром 5, на выходекоторого формируются только импульсы922544 формула изобретения 1. Авторское свидетельство СССРо Р 504944, кл. С 01 1. 1/2, 04.04.73 63 5 Подписное Зака Н ираж Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4,илиа от 90-градусных смещений, которые и подаются на счетный вход счетчика 6.В начале каждого цикла перемагничивания сигналом с обмотки 2 счетчик 6 устанавливается в положение, соот ветствунзцее числу 90-градусных смещений при отсутствии измеряемого усилия. Тем же сигналом триггер 8 устанавливается в положение 1 и своим выходным сигналом устанавливает счет чик 6 через схему 7 в положение ре -: версивного счета, Знаковый сигнал на дешифраторе отсутствует, что соответствует знаку + или растягивающему усилию, По мере увеличения чис ла счетных импульсов отсчет снижается, что находится в полном соответствии с физическим принципом перемагничивания: с увеличением растягивающего усилия число 90-градусных 26 смещений границ уменьшается.При отсчете 0 с последнего каскада счетчика подается сигнал переброса на вход триггера 8 и он устанавливается в положение О. На дешифра торе появляется знаковый сигнал . что соответствует знаку - или сжимающему усилию. Одновременно сигнал 1 на входе схемы 7 отключается, и счетчик 6 переключается на прямой 30 счет. В этом случае увеличение числа импульсов, как и отсчета, соответ ствует увеличению сжимающего усилия. После окончания счета на дешифраторе образуется код, соответствую- у щий измеряемому усилию. С началом следующего цикла перемагничивания , счетчик 6 и триггер 8 переводятся в исходное состояние и отсчет начинается вновь,При необходимости расширения диапазона отсчета вместо триггера 8 в схему вводится счетчик числа циклов, который переключает счетчик 6 на реверс по достижении заданного числа циклов перемагничивания.Предлагаемый способ обеспечивает линейное преобразование как сжимающих, так и растягивающих усилий в число импульсов с минимальной погрешностью от нестабильности напряженности поля, а в слабых полях для сжимающих усилий - и от напряжения питания, полную независимость от.частоты перемагничивания, отсутствие других источников погрешности,Способ измерения усилий по авт,св, 9504944, о т л и ч.а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспечения возможности измерения одним элементом сжимающих и расхягивающих усилий, в нем из числа всех зафиксированных скачков изменения микроструктуры чувствительного элемента выделяют скачки, соответствующие 90-градусным смещениям границ между доменами, и по разности чисел скачков нагруженного и ненагруженного чувствительного элемента определяют величину усилия и его знак. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе