Мгнитоупругий преобразователь деформаций в импульснуый код

О-э , .НИЕ ПИС 560 Союз Советских Социалистических Республик(51) М. Кл."- б 01 В 7/24 2) Заявлено 07.12.73 (21) 1977071/ гнением заявки ЛЪ присо(23 сурврствеииыи иомит света Мииистров ССС а долом изобретвиий орите иковано 30.06,77, Бюллетень М 2опубликования описания 20.07.77. И, Белый, В, А. Мишин и А, Л. Шпад Ульяновский политехнический институт(54) МАГНИТОУПРУГИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЕФОРМАВ ИМПУЛЬСНЫЙ КОД Изобретение относится к технике измерения деформаций деталей машин, конструкций и может применяться в качестве датчика деформаций в различных системах контроля и регулирования дискретного действия.Известен магнитоупругий датчик для преобразования деформаций в электрический сигнал. Он содержит плоский тонкий магнитопровод из магнитострикционного ферромагнитного материала замкнутой формы, наклеиваемый на деформируемую поверхность одной своей частью, и обмотки, охватывающие другую часть магнитопровода 1.В известном датчике информация об измеряемой деформации на его выходе представлена в аналоговой форме. В связи с этим он может использоваться в системах контроля и регулирования дискретного действия.Наиболее близким к предлагаемому является магнитоупругий датчик для преобразования деформаций в импульсный код. Он содержит подложку из диэлектрика, наклепваемую на деформирующуюся поверхность, плоскую трапецеидальную ферромагнитную пленку, закрепленную на подложке, которая выполнена из материала с отрицательной магнитострикцией и осью легкого намагничивания, направленной поперек оснований. Поверхность пленки покрыта изоляционным слоем с отверстиями, расположенными в один ряд по направлению оси легкого намагничивания. В отверстиях изоляционного слоя расположены электрические контакты, присоединенные к поверхности пленки. На изоляционном слое, покрывающем ферромагнитную пленку, размещены две параллельные съемные шины, одна из которых соединена с четными, а другая - с нечетными электрическими контактамц в ряду.Между ферромагнитной пленкой и подложкой 10 расположен плоский проводник, который имеет такую же треугольную форму, что и ферромагнитная пленка, и снабжен зажимами, размещенными у вершины и основания, лежащих на осп легкого намагниченпя для присо единения к источнику переменного тока 2,Недостатком этого датчика является низкая точность преобразования быстро меняющихся деформаций, особенно сравнимых по скорости со скоростью изменения переменного 20 тока, протекающего через плоский треугольный проводник.Целью изобретения является повышениеточности измерения быстропеременных деформаций.25 Указанная цель достигается тем, что известный магнитоупругий преобразователь деформаций в импульсный код снабжен изоляционными прокладками, размещенными между подложкой и ферромагнитной пленкой у ее 30 оснований и закрепляющими пленку на под 563560ложке, а проводник выполнен в виде полосы, шего основания и мшпгмальны у большего осрасположенной между прокладками под уг- нования,лом к оси легкого намагничивания пленки и Наличие рассмотренных растягивающих наимеющей толщину, меньшую толщины изоля- пряжсний приводит к тому, что вектор намагционных прокладок. ниченности пленки 2 будет поворачиваться вНа фиг. 1 изображен магнитоупругий пре- сторону от первоначального направления пообразователь в разрезе; на фиг. 2 - то же, вид оси легкого ьамагничивания на некоторыйв плане; на фиг. 3 - картина перемагничива- угол, что объясняется отрицательной велпчиния плоской трапецеидальной ферромагнитной ной коэффициента магнитострикции материапленки; а фиг. 4 - графики переменных де о ла пленки 2. Величина этого угла, согласноформаций и соответствующих импульсов на основным положениям формы ферромагнивыходе датчика. тизма, с ростом растягивающих напряженийМагнитоупругий преобразователь деформа- измсняег,"ск;чкообразно - вначале возраций в импульсный код представляет собой стает медленно, а затем, начиная с некоторомногослойную тонкопленочную структуру, ко го порогового значения, быстро достигает преторая изготовлена методом напыления в ва- дельного значения, равного 90 к вектору раскууме. Основой датчика (фиг. 1) является тягиваюшпх напряжений.подложка 1 из полиэтилентерефталата. На Таким образом, пленка 2 окажется раздеподложке 1 размещена плоская пленка 2, из- ленной на две части 10 и 11 (фиг, 3). В частиготовленная из пермаллоя с отрицательным 2 О 10 пленки, где растягиваюгцие напряжениякоэффициентом магнитострикций в форме тра- меньше порогового значения, вектор намагнп.пеции, причем ось легкого намагничивания ченности будет близок по направлению к оситрапецеидальной пленки 2 направлена попе- легкого нама ничивания, а в части 11 пленки,рек ее оснований. Пленка 2 закреплена на гдс напряжения выше порогового, он будетподложке 1 своими основаниями через изоля направлен под углом, близким к 90 по отноционные прокладки 3 из моноокиси кремния. шению и гектору растягивающих напряжеМежду подложкой 1 и пленкой 2 в свобод- ний. Части 10 и 11 ферромагнитной пленкином промежутке между изоляционными про- разделены границей 12, представляющей сокладками 3 размещен алюминиевый провод- бою сравнительно узкую область, где векторник 4, выполненный в форме полосы, располо намагниченности имеет промежуточные знаженной под углом к оси легкого намагничи- чения угла поворота.вания пленки 2. Толщина проводника 4 мень- Граница 12 при переменном характере ис.ше, чем толщина изоляционных прокладок 3. следуемых деформаций будет перемещатьсяПроводник 4 снабжен зажимами 5 для при- по пленке между ее основаниями, При ростесоединения к источнику постоянного тока, 35 растягива,оших деформаций она будет переПоверх пленки 2 нанесен изоляционный слой мешаться к большему основанию, а при умень 6 из моноокиси кремния. В слое б имеются шенин - к меньшему основанию. При сжимаотверстия, расположенные в ряд по оси легко- ющих деформациях граница 12 как бы ухого намагничивания, в которых находятся кон- дит за меньшес основание, поскольку напрятакты 7, связанные с поверхностью пленки 2. 40 жечия сжатия не могут возникать в пленке изКонтакты, расположенные в ряд, присоедине- за ее свободного изгиба, Величина и скоростьны к двум съемным шинам 8, причем четные перемещения границы 12 будут пропорциоконтакты присоединены к одной, а нечетные нальны величине и скорости исследуемых расконтакты - присоединены к другой шине. тягивающих деформаций.Шины 8 снабжены присоединительными заки При перемещении границы 12 вектор намами 9. магниченности приграничных участков пленкибыстро поворачивается из одного в другоеПреобразователь наклеивают на деформи- положение, которые соответствуют направлерующуюся поверхность подложкой 1, зажимы нию намагниченности частей 10 и 11 ферромаг 5 присоединяют к источнику постоянного то о нитной пленки. Этот поворот осуществляетсяка, а зажимы 9 - ко вторичной аппаратуре. во всех заменах приграничных участков пленПеременные деформации исследуемой по- ки в одну сторону благодаря наличию ориенверхности воспринимаются подложкой 1 тирующего магнитного поля 13, созданного(фиг. 2) и передаются трапецеидальной пер- постоянным током, протекающим по проводмаллоевой пленке 2 через изоляционные про пику 4 (фиг. 1 и 2).кладки 3. В результате в пленке 2 будут воз- Описанное перемагничивание ферромагнитникать механические напряжения, причем ной пленки приводит к тому, что в соответстлишь растягивающие, так как при деформа- вии с законом электромагнитной индукции, нациях сжатия тонкая пленка 2 может свобод- ее поверхности возникает электрическое поле,но изгибаться без сжатия, Поскольку площадь 50 Так, если граница 12 (фиг, 3) между частяпоперечного сечения пленки 2 различна на ми пленки 2 (фиг, 2) с разным направлениемразличных ее участках за счет трапецеидаль- вектора намагниченности перемещается межной формы, то растягивающие напряжения в ду двумя смежными контактами 7, то на нихкаждом сечении в один и тот же момент вре- возникнет электродвижущая сила, пропорциомени будут различны: максимальны у мень нальная скорости перемещения гранипы 12(фиг. 3), Ее полярность зависит от направления движения границы 12. При переходе границы 1 в следующий промежуток между другой парой контактов 7 (фиг. 2) также возникает электродвижущая сила, но другой полярности, которая изменится за счет иного взаимного положения новой пары контактов.Таким образом, на зажимах 9 съемных шин 8 будут возникать пачки импульсов. Амплитуда импульса пропорциональна скорости исследуемой деформации, число импульсов пропорционально амплитуде деформации, а частота следования пачек импульсов равна частоте деформаций.На фиг. 3 приведен график синусоидальных исследуемых деформаций, и график выходного сигнала на зажимах 9 магнитоупругого преобразователя.Применение предложенного магнитоупругого преобразователя деформаций в импульсный код в системах контроля и регулирования дискретного действия позволит исключить сложные аналого-цифровые преобразователи, необходимые при использовании известных преобразователей деформации с аналоговым выходным сигналом. Формула изобретения Магнитоупругий преобразователь деформаций в импульсный код, содержащий подложку из диэлектрика, наклеиваемую на деформирующуюся поверхность, плоскую трапецеидальную ферромагнитную пленку, закрепленную иа подложк и выполненн;ю из материала с отрицательной магнигосрикцией с осью ч.гкого намагничивания, направленной 5 поперек оснований пленки, изоляционныйслой, покрывающий пленку, с отверстиями, расположечпыми в один ряд по направлению оси легкого намагничивания, электрические контакты, расположенные в отверстиях изо ляционного слоя и присоединенные к поверхности пленки, две съемные шины, размещенные ьа изоляционном слое, одна из которых соединена с четными, а другая - с нечетными контактами в ряду, плоский проводник, 15 расположенный между пленкой и подложкой,отлпи ак щийся тем, что, с целью повышения точности измерения быстропеременных деформаций, преобразователь снабжен изоляционными прокладками, размещенными меж ду подло.ккой и ферромагнитной пленкой у ееоснований и закрепляющими пленку на подложке, а проводник выполнен в виде полосы, расположец 11 ой между прокладками под углом к оси легкого намагничивания пленки и 25 имеющей толщину, меньшую толщины изоляционных прокладок.Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе1. Гуманюк М. Н. Магнитоупругие датчики 30 в автоматике. 1 Ьев, Техника, 1972, с, 159,рис, 89.2. Авторское свидетельство СССР492758,кл. 6 01 В 7/24, 1975.иг.ставитель Ю ВострикТехред М. Семено Подписи в СС Типография, пр, Сапунова,едактор Н. Суханова аказ 1622/9ЦНИИП Изд.570осударственного ко го делам изобрет035, Москва, Ж,Тираж 907итета Совета Мининий и открытийРаушская наб., д. 4 орректор Н, Аук