Способ измерения усилий

СОЮЗ СОВЕТСКИХОВИЗИРПНепжимРЕСПУБЛИН 09) (10 4(51) 0 БРЕТЕНИЯ ОПИСАН ВТОРСКОМУ С СТВ(72) А.И.Соколик и А,А.Шти (71) Всесоюзный заочный ма тельный институт и Ижевск ческий институт(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 1603856, кл. С 01 Ь 1/12, 1962.2. Авторское свидетельство СССР В 717571, кл. С 01 Ь 1/12, 1978 (прототип).(54)(57) 1. СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ УСИЛИЙ,ючающийся в том, что измеряемоеие прикладывают к ферромагнитному сердечнику, перемагничивают сердечник периодически изменяющимся полем и регистрируют число выбросов ЭДС от скачков Баркгаузена в течение заданного временного интервала, о тн шиностроиий механием ог ре закл усил ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ личающиися тем, что, сцелью повышения чувствительности,начало временного интервала совмещают с началом одного из полупериодов перемагничивающего поля, а конец временного интервала формируют в момент максимума ЭДС от скачков Баркгаузена, соответствующего половине верхнего предела диапазона измерений.2. Способ по п.1, о т л-и ч а ющ и й с я тем, что конец вр енн о интервала формируют посредством в менной задержки.3. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что конец временного интервала формируют посредством огра-е ничения амплитуды напряженности перемагничивающего поля на полупериоде, в течение которого осуществляется регистрация ЭДС от скачков Баркгаузе 1137347Изобретение относится к способуизмерений неэлектрических величини может быть использовано в приборахдля измерения усилий с цифровой обработкой или представлением результатов измерения в цифровом виде.Известен способ для измерения усилий,состоящий в том, что измеряемоеусилие прикладывают к ферромагнитномусердечнику, перемагничивают сердечник 1 Опериодически изменяющимся полем ирегистрируют число выбросов ЭДСот скачков Баркгаузена (СБ). Сутьспособа заключается в том, что усилие, приложенное к ферромагнитному 15сердечнику, приводит к изменению величины внутренних напряжений в сердечнике, непосредственно влияющихна параметры СВ (11.Недостатком способа является зна Очительная нелинейность характеристики.Наиболее близок к предлагаемомупо технической сущности способ измерения усилий, заключающийся в том, что 25измеряемое усилие прикладывают к ферромагнитному сердечнику, перемагничивают сердечник периодически изменяющимся полем и регистрируют число выбросов ЭДС от СБ в течение задан-,ного временного интервала. Способ ос"нован на однозначной зависимости параметров СБ и величиной внутреннихнапряжений, создаваемых усилием, приложенным к ферромагнитному сердечнику 21,Недостаток известного способа заключается в его сравнительно невысокой чувствительности, ограниченной коэффициентом магнитострикции мате О риала сердечника.Цель изобретения - повышение чувствительности.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения 45 усилий, заключающемуся в том, что измеряемое усилие прикладывают к ферромагнитному сердечнику, перемагничивают сердечник периодически изменяющимся полем и регистрируют число 50 выбросов ЭДС от скачков Баркгаузена а течение заданного .временного интервала, начало временного интервала совмещают с началом одного из полу- периодов перемагничивающего поля, а 55 конец временного интервала формируют в момент максимума ЭДС от скачков Баркгауэена, соответствующего половине верхнего предела диапазона изме.рений,Конец временного интервала может формироваться посредством временной задержки.Кроме того, конец временного интервала может формироваться посредством ограничения амплитуды напряженности перемагничивающего поля на полупериоде, в течение которого осуществляется регистрация ЭДС отскачков Баркгаузена.На фиг.1 представлены временныедиаграммы, иллюстрирующие принцип измерения усилия, на фиг.2 и 3 - блоксхемы устройств, реализующих способ.На временных диаграммах фиг.1О(1)- сигнал, пропорциональный переменному току, имеющму пилообразнуюформу; О Щ ОЗ И) и О 4 , - вид ЭДС отСБ соответственно для нулевой, сред -ней и максимальной величин измеряемого усилия; 0(1) - управляющий сигнал, длительность 1 которого равна длительности заданного временногоинтервала; О, О., и Озвид ЭДС от СБ внутри временного ин,тервала ХИзмерение усилия производится следующим образом.Ферромагнитный сердечник, к которому прикладывается измеряемое усилие; перемагничивают полем,периодически изменяющимся в соответствии ссигналом О 1(11 . ЭДС от СБ имеетвид шумовой пачки, Воздействие измеряемого усилия на сердечник приводитк изменению внутренних напряженийв сердечнике, и как следствие, к изменению величины ЭДС от СБ. Поскольку среднее число выбросов случайного процесса пропорционально дисперсии процесса, то показания аппаратуры, регистрирующей среднее числовыбросов ЭДС от СБ будут пропорциональны измеряемому усилию. Для повышения чувствительности в предлагаемом способе использован тот факт,что усилие, приложенное к ферромагнитному сердечнику, изменяет не только величину ЭДС, но и временное положение шумовой пачки относительно перемагичивающего. поля. В подавляющем большинстве ферромагнитных материалов при увеличении ЭДСшумовая пачка смещается в сторонуменьших значений перемагничивающего поля, а при уменьшении - в сторо3 13 ну больших значений, как показано на графиках О И),О Ци О(Ч фиг.1,В отличие от прототипа положение временного интервала, в течение которого регистрируют среднее число зыбросов, фиксировано. В частности, начало его совмещают с началом одного из полупериодов перемагничивающего поля (момент 1 ), а конец формируют в момент максимума ЭДС от СБ на 1 р вышеуказанном полупериоде, соответствующем средней величине измеряемого усилия (момент 1 ), При этом регистрируемая ЭДС будет иметь вид, показанный на графиках О(1), 07(Ц Оа Й) фиг. 1 . Число выбросов ЭДС от СБ (регистрируемое, например, счетчиком) зависит не только от изменения величины ЭДС,но и от изменения временного положения шумовой пачки. Совмещение начала временного интервала с, началом одного из полупериодов необходимо для получения минимальной продолжительности временного интервала, способствующей повышению помехоустойчивости, так как уменьшается вероятность регистрации помех, снижающих чувствительность. Конец временного интервала необходимо формировать в мрмент максимума ЭДС от СБ для пре 30 дотвращения сужения рабочего диапазона. Объясняется это тем, что при других положениях конца временного интервала шумовая пачка может смещаться : за его пределы,что ограничивает рабочий диапазон измеряемых усилий.35Конец временного интервала может формироваться двумя методами.Первый метод основан на временной задержке начала временного интервала (например, с помощью ждущего мультивибратора), при этом среднее число выбросов можно регистрировать на обоих полупериодах перемагничивающего поля.Второй метод основан на ограничении амплитуды напряженности перемаг" ничивающего поля на полупериоде, в течение которого осуществляется регистрация ЭДС от СБ. При этом в момент времени 1 напряженность поля начинают уменьшать (сигнал ц, Н 1 на фиг,1, показанный пунктиром). При изменении частоты перемагничивания заданное положение конца временного интервала сохраняется, однако ЭДС может регистрироваться только в течение одного полупериода. Объяс 7347 4гоняется это тем, что предот. ращениянестабильности, обусловленной перемагничиванием сердечника по частнымциклам, амплитуда напряженности поляво время второго полупериода должнабыть достаточной для насыщения сердечника.На фиг.2 и 3 показаны блок в схемы устройств, реализующих способизмерения усилий.Устройство по фиг.2 содержит источник 1 переменного тока, индукционный преобразователь 2 с ферромагнитным сердечником, блок 3 регистра.ции, нуль-орган 4 и ждущий мультивибратор 5.Источник 1 перемагничивает сердечник посредством индукционного преобразователя 2. ЗДС от СБ усиливается в блоке 3 регистрации, который одновременно осуществляет измерениесреднего числа выбросов, Нуль-орган 4 формирует перепад уровня выходчогосигнала в момент начала полупериодаЭтот перепад запускает ждущий мультивибратор 5, который формирует вре;менной интервал длительностью Т(фиг. 1). Выходной сигнал ждущегомультивибратора 5 управляет работойблока регистрации 3.Блок-схема устройства на фиг.3 реализует второй метод формирования конца временного интервала. Схема содержит источник 6 переменного тока,индукционный преобразователь 7 с ферромагнитным сердечником, блок 8 регистрации и нуль- орган 9, Источник 6перемагничивает сердечник посредством,индукционного преобразователя 7,ЭДС усиливается в блоке 8 регистрации, который одновременно осуществляет измерение среднего числа выбросов, Нуль-орган 9 -формирует прямоугольный сигнал, фронты которого совпадают с моментом перехода переменноготока через нуль. Этот сигнал поступает в блок 8 регистрации, управляяего работой. При этом конец временного интервала формируется автоматически за счет прекращения СБ в момент 12 (фиг.1).Повышение чувствительности при измерении усилий позволяет в конечномсчете уменьшить погрешность измерения и повысить достоверность контроля в приборах для контроля механических свойств тонких проволок и тонкопленочных изделий1337347 иап ППП нгоро ВНИИ ПИ Тираж В Фи Заказ 10512/30Подднсное тент", . Проектнам,