Магнитоупругий преобразователь усилий и деформаций в число импульсный сигнал

ОПИСАНИЕИЗОЬееЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сотоэ СоветсиикСоциалистмчесиикРеслублии и 922500(23) Приоритет -9 еудлрстеенный комнтет СССР до делам изобретений и открытнй(53) УДК 621.313,82 т, 088.8) Дата опубликования описания 230482(72) Авторы изобретения Е. М. Белый и В. А. Голынский Ульяновский политехнический институт(54) МАГНИТОУПРУГИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УСИЛИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ В ЧИСЛО-ИМПУЛЬСНБЙ СИГНАЛ Изобретение относится к информаци- онно-измерительной технике, а именно к измерениям усилий, механических на- пряжений и деформаций, основанным на использовании явлений магнитоупругости. Оно может быть использовано в ин 5 формационно-измерительных системах ИИС, предполагающих обработку информации цифровыми ЭВМ.Известен магнитоупругий преобразователь механических напряжений и деформаций, который содержит ферромагнитный тонкий лист с ответвленным участком, наклеиваемый на контролируемое изделие, и съемный проводник, охватывающий ответвленный участок листа 1. Известный магнитоупругий преобразователь представляет информацию об измеряемой величине в аналоговой Форме 1 что позволяет его использовать в сложных ИИС, предполагающих обра" ботку информации на ЭВМ в цифровой форме, без дополнительного аналогоцифрового преобразователя.Известен магнитоупругий преобразователь усилий и деформаций.в число- импульсный .сигнал, который содержит упругий чувствительный элемент в виде плоской токопроводящей подложки с трапецеидальным контуром, На подложке размещена тонкопленочная структура в виде нанесенной на подложку Ферромагнитной пленки, ось легкого намагничивания которой направлена поперек оснований трапецеидального контура подложки. Поверх Ферромагнитной пленки. нанесена изоляционная пленка .с отверстиями, размещенными вдоль оси легкого намагничивания. В отверстиях размещены точечные кон" такты, электрически соединенные с по" верхностью ФерромаГнитной пленки. На изоляционную пленку нанесены два съемных проводника по обе стороны точечных контактов, Каждый из проводников электрически соединен со своими3 92250контактами, взятыми один с нечетными,другой с четными. Со съемными проводниками соединен входом счетчик импульсов.Такой преобразователь может исполь-зоваться в ИИС, предусматривающихпереработку информации в дискретнойформе 2 . Однако точность преобразования оказывается невысокой, поскольку на нее оказывают существенное влияние колебания амплитуды питающегопеременного тока, протекающего поподложке,Цель изобретения - повышение точности путем уменьшения влияния колебаний амплитуды питающего тока,Указанная цель достигается тем,что известный магнитоупругий преобразователь усилий и деформаций вчисло-импульсный сигнал, содержащийупругий чувствительный элемент в виде плоской токопроводящей подложкис трапецеидальным контуром, тонкопленочную структуру в виде нанесенной на подложку ферромагнитной пленки, ось легкого намагничивания которой направлена поперек оснований трапецеидального контура подложки, изоляционной пленки, нанесенной на фер"ромагнитную пленку, с отверстиями,размещенными вдоль ее оси легкого намагничивания, точечных контактов,размещенных в этих отверстиях, электрически соединенных с поверхностьюферромагнитной пленки, и двух съемных35проводников, нанесенных на изоляционную пленку по обе стороны от точечных контактов и электрически соединенных: один - с нечетными, другойс четными контактами, а также счетчик импульсов, соединенный входомсо съемными проводниками, снабженвторой тонкопленочной структурой,нанесенной с другой стороны упругого чувствительного элемента, у ко 4торой коэффициент магнитострикцииферромагнитной пленки равен, но противоположен по знаку, коэффициентумагнитострикции пленки в первой тонкопленочной структуре. Счетчик импульсов выполнен с дополнительнымреверсивным входом, соединенным сосъемными проводниками второй тонкопленочной структуры,При таком выполнении магнитоупру- Я гого преобразователя воздействие измеряемой величины, благодаря различиям в знаках коэффициентов магнито 1 О 4стрикции ферромагнитных пленок оЬойх структур, вызывает равные, но противоположные по знаку изменения числа импульсов их выходных сигналов. Колебания амплитуды питающего переменного тока, протекающего по подложке, вызывают одинаковые изменения числа импульсов в выходных сигналах обоих тонкопленочных структур. При поступлении двух выходных сигналов на счетчик импульсов с дополнительным реверсивным входом изменения сигналов, вызванные измеряемой величиной, скла" дываются, а изменения, вызванные колебаниями амплитуды, вычитаются, уменьшаясь в целом практически до нуля. В результате точность преобразования повышается.На фиг. 1 и 2 в двух проекциях показан магнитоупругий преобразова-тель усилий и деформаций в число- импульсный выходной сигнал.Преобразователь содержит упругий чувствительный элемент.в виде плоской токопроводящей подложки 1 с трапецеидальным контуром. На каждой стороне подложки размещена тонкопленочная структура. Она выполнена в виде ферромагнитной пленки 2, нанесенной на подложку осью легкого намагничивания поперек оснований трапецеидального контура подложки, Коэффициенты магнитострикции ферромагнитныхпленок 2 выбраны равными по величине,но противоположными по знаку. Такжепленки могут быть выполнены, например, из пермаллоев с содержанием никеля 77 и 833 Поверх ферромагнитной пленки 2 нанесена изоляционная пленка 3 с отверстиями, размещенными вдоль оси легкого намагничивания ферромагнитной пленки 2. В отверстиях изоляционной пленки 3 размещены точечные контактыэлектрически соединенные с поверх-. ностью ферромагнитной пленки 2. На изоляционную пленку 3 нанесены два съемных проводника 5 по обе стороны от точечных контактов 4. Каждый из съемных проводников 5 электрически соединен со своими точечными контактами 4, взятыми через один: первый проводник 5 - с нечетными, второйс четными. Съемные проводники 5 обеих. тонкопленочных структур подсоединены к счетчику б, одна " .к обычному, другая - к дополнительному реверсивному входу с помощью клемм 7. Токопроводя9225 Формула изобретения Иагнитоупругий преобразователь усилий и деформаций в число-импульсный сигнал содержащий упругий чувствительный элемент в виде плоской токопроводящей подложки с трапецеидальным контуром, тонкопленочную структуру в виде нанесенной на подложку ферромагнитной пленки 1 ось легкого намагничивания которой направлена поперек оснований трапецеидального контура подложки, изоляционной пленки, нанесенной на феррощая подложка 1, имеет на основанияхклеммы 8 для присоединения к источнику переменного тока.Преобразователь работает следующимобразом.5Клеммы 8 присоединяют к источникупеременного тока. В исходном состоянии, при отсутствии тока в подложке1, ферромагнитные пленки находятсяв состоянии остаточной намагниченно ости, т.е. на верхней или нижнейплоской части магнитной петли гистерезиса,материала плейок, Вектор намагниченности направлен по оси легкого намагничивания. 15При прохождении переменного токапо подложке 1 на ее поверхности возникает магнитное поле, которое действует на ферромагнитные пленки 2.За счет трапецеидальной формы контура плотность тока в подложке 1,а,следовательно, и напряженность магнитного поля, действующего на разныеучастки пленки 2, оказывается линейно зависящей в данный момент времени 25от положения участка.,Те участки, где напряженность магнитного поля .оказывается меньше коэрцитивной силы, остаются практически в исходном состоянии. Те жеучастки пленки, где напряженностьполя больше коэрцитивной силы, перемагнициваются до противоположной познаку намагниченности, т.е. переходят на противоположную ветвь петлигистерезиса, соотвутствующую состоянию насыщения материала пленки. Витоге часть пленки 2 находится в исходном, а другая ее часть -.в перемагниценном состоянии. Они разделяются доменной границей.,При изменении тока в подложке 1, по синусоидальной зависимости доменная граница между частями пленки 2 сразной намагниченностью будет перемещаться то в одну, то в другую стороны. Амплитуда переменного тока вподложке 1 выбрана так, цтобы перемагничивалась половина пленки 2 в каждой из двух тонкопленочных структур.50При прохождении доменной границымежду двумя соседними точечными контактами 11 съемных проводниках 5 возникает электрический импульс. За четверть периода переменного тока, про 55текающего по подложке 1, доменная гранича пробегает весь перемагнициваемыйучасток пленок 2. При этом в отсут"ствии усилий или деформаций, воздей 00 б3ствующих на подложку 1, число импульсов, поступающих на счетчик 6 с обоих тонкопленочных структур, одинаково.Так как один из входов счетчика является реверсивным, то счетчик зарегистрирует разность этих чисел импуль"сов, равную нулю.Воздействие усилий или деформацийна подложку 1 приведет к тому, чтокоэрцитивная сила ферромагнитных пленок 2 изменится: в одной из тонкопленочных структур она увеличится, а вдругой уменьшится. Это приведет ктому, что в одной из пленок 2 соответственно уменьшится, а в другойувеличится длина перемагнициваемогоуцастка. Число импульсов, поступающихна входы счетчика 6, окажется не одинаковым.,В соответствии с этим счетчик зарегистрирует разностное числоимпульсов, зависящее от велицины воздействующих усилий или деформаций.Если изменяется амплитуда питающе"го тока, протекающего по подложке 1,то изменяется длина перемагнициваемого участка пленки 2, прицем одинаково в обеих тонкопленочных структурах. Это вызывает одинаковое изменение числа импульсов, поступающих с тонкопленочных структур, которое за счет вычитания счетчиком 6 не будет регистрироваться. В результате точность преобразования усилий или деформаций в число импульсов не.будет зависеть от колебания амплитуды тока в подложке 1. Устойчивость предлагаемого уст"ройства к воздействиям колебанийамплитуды питающего тока позволяетснизить требования к стабильностиисточника питания и упростить егоустройство,922 0 Составитель Ю. ВостриковЛ. Гратилло Техред М. Надь Коррект иценко едак Зэка Тираж 614ударственного км изобретений исква, Ж, Рау Пмитета СССоткрытийская наб.,ное 555/52 ВНИИПИпо д 113035,П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 фили магнитную пленку, с отверстиями,размещенными вдоль ее оси легкогонамагничивания, точечных контактов,размещенных в этих отверстиях, электрически соединенных с поверхностьюферромагнитной пленки, и двух съемных проводников, нанесенных на изоляционную пленку по обе стороны отточечных контактов и электрическисоединенных: один - с нечетными,другой - с четными контактами, атакже счетчик импульсов, соединенный входом со съемными проводниками,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности, он снабжен второй аналогичной тонкопленочной структурой, нанесенной с другойстороны упругого чувствительного 500 8элемента, у которой коэффициентмагнитострикции ферромагнитной пленки равен, но противоположен по знаку, коэффициенту магнитострикции5 пленки первой тонкопленочной структуры, а счетик импульсов выполненс дополнительным реверсивным входом,соединенным со съемными проводниками второй тонкопленочной структуры.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Электрические измерения неэле"ктрических величин. Под ред.П. В. Новицкого, Л , "Энергия",1 ф 1975, с. 322, рис. 13-20, б.2. Авторское свидетельство СССРУ 492728, кл. О 01 В /24, 1973