Датчик малых угловых перемещений

 

ДАТЧИК МАЛЫХ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ , содержащий постоянный магнит, размещенную в его поле ферромагнитную пластину с доменной структурой, закрепленную с возможностью вращения на оси, перпендикулярной к направлению силовых линий поля постоянного магнита, источник питания и блок измерения,, отличающийся, тем, что, с целью повышения разрешающей СПОСО&10СТИ, он снабжен закрепленным на гюверхности пластины пьезопреобразователем, подключенным к блоку измерения, и закреплённой по периметру пластины катушкой, подключенной к источнику питания, а ферро .магнитная пластина расположена вдоль силовых поля постоянного магнита и в шолнена из магнитоодноосного материала с осью лёгкого намагничивания, проходящей под углом более 30-40 к плоскости пластины. IND со 00 vl

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

; SU„, 10219

3(д) G 01 В 7/30; 6 01 В 21/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ :;-::;. :::; ;,.: -:, Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) (57) ДАТЧИК МАЛЫХ УГЛОВЫХ ПЕРЕ—

МЕЩЕНИЙ, содержащий постоянный магнит,,размещенную в его поле ферромагнитную

Ю

ЬД с©

СФ

1, (21) 3383076/25-28

:(22) 19.01;82 .(46) 07.0ф.83. Бюл. М 21 (72} Ф. В. Лисовский и В. И. Щеглов (71). Ордена. Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР (53) 621.317;ЗЯ:531.41 (088.8) (56) 1. Ложнов В. Н. Электрические измерения механических величин. М., "Энергия", 1976, с. 7-9

2.,Авторское свидетельство СССР N 859805, кл. G 01 В 7/30, 1979 (прототип). пластину с доменной структурой, закрепленную с возможностью вращения на оси, перпендикулярной к направлению силовых линий поля постоянного магнита, источник питания и бпок измерения, о т л .и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности; он снабжен закрепленйым на поверхности пластины пьезопреобразователем, подключенным к блоку измерения, и закрепленной по периметру пластины катушкой, подключенной к источнику питания, а ферро,магнитная пластина расположена вдоль силовых линий поля постоянного магнита и вьшолнена

: из магнитоодноосного материала с осью легкого намагничивания, проходящей под углом более 30-40 к плоскости пластины.

102 В37

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть испОльзовано для точных измерений малых угловых перемещений, например, в машиностроении, на транспорте, при научных исследованиях и в других областях.

Известны резистивные датчики угла, содержащие кольцевую дорожку из высокоомного материала и перемещающийся.по ней подвижный контакт, закрепленный на оси вращения

10 в центре дорожки (1).

Недостатком таких датчиков являются малая точность (порядка 1 ) и невозможность измерений малых углов, ступенчатый характер ха» рактеристики преобразования и значительные габариты, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик малых угло- . вых перемещений, содержащий постоянный магнит и размещенную в его поле ферромаг- 20 нитную пластину с доменной. структурой, закрепленную с возможностью вращения на оси, перпендикулярной к направлению силовых линий поля постоянного магнита, источник питания и блок измерения, присоединенные к .про- 25 тиволежащим парам коиэактов, закрепленных на концах пластины (2).

Недостатком известного датчика является ограниченная разрешающая способность, не позволяющая измерять малые изменения угла 30 из -за низкого отношения сигнала к шуму и невозможности применения частотно-селективных методов вьщеления сигнала из шума, так как датчик работает на постоянном токе.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности датчика.

Поставленная цель достигается тем, что дат«ик малых угловых перемещений, содержащий постоянный магнит, размещенную в его поле ферромагнитную пластину с деменной структурой, закрепленную с возможностью вращенйя на оси, перпендикулярной к направлению силовых линий поля постоянного магнита, источник питания и блок измерения, снабжен закрепленным на поверхности пластины пьезопреобразователем подключенным к блоку измерения, и закрепленной по периметру пластины катушкой, подклщченной к источнику питания, а ферромагнитная пластина расположена вдоль силовых линий поля постоянного магнита и выполнена 50 из магнитоодноосного материала с осью легкого намагничивания, проходящей под углом 30—

40 к плоскости пластины.

На фиг. 1 показано схематично конструктивное выполнение датчика; на фиг. 2 — электри- 55 ческая схема подключения источника питания и блока измерения; . на фиг.. 3 — зависимость из меряемого электрического напряжения 0 на выходе датчика от угла поворота.

Датчик малых угловых перемещений содержит ферромагнитную пластину 1 с доменной структурой, помещенную в поле постоянного магнита 2 н закрепленную с возможностью вращения относительно оси 3, которая кинематически связывается с контролируемым объектом в процессе измерения. На одной из поверхностей пластины 1 закреплен пьезопреобразователь

4 Ф(закрепление обеспечивает акустический контакт между ними), а по периметру ее закреп: лена катушка 5, подключенная к источнику 6

1 питания переменного тока повышеннои частоты (100-500 кГц), Блок 7 измерения электрического напряжения (юдключен к пьеэолреобраэователю 4.

Ферромагнитная пластина 1 выполнена из магнитоодноосного материала с осью легкого нанамагничивания, проходящей. под углом не менее 30 — 40 к плоскости пластины.

В качестве материала пластины может быть использован, например, феррит — гранат, имеющий 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 ферромагнитную пластину 1 находящуюся в поле постоянного магнита 2, начинает воздействовать высокочастотное магнитное поле. Под действием переменного магнитного ноля, вследствие эффекта магнитострикции, B ферромагнитной пластине.1 возбуждаются упругие колебания, воспринимаемые пьезопреобразователем 4, на; ходящнмся с нею в акустическом контакте.

Эти колебания преобразуются пьеэопреобраэователем 4 в электрическое напряжение, измеряемое блоком 7. Заивисмость напряжения U на входе датчика от угла г поворота пластины 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 анизотропии ферромагнитной пластины. Резкий подъем на зависимость U.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 ферромагнитной пластины (соответствующего Ч= 0 ) при указанной выше величине постоянного магнитного поля в ферромагнитной пластине (при условии расположения оси. легкого намагничивания под углом к ее плоскости, составляющим более 30 — 40 ). существует доменная .,3 ... - -)021937 4 структура. При этом движение границ доменов дуса (и менее). Использование частотно.селеклод действием переменного магнитного поля, . аивного блока измерения электрического насоэдаваемого катушкой 5 приводит к резкому .пряжения позволяет резкь новысргь отношение .усилению магннтоулругого вэанмодеиствия нн о лругого вэанмодеиствия полезного сигнала к шуму; В практически в: фе магнитнон пластине и, как следствие, к 5 реализованйой конструкции датчика угла при резкому увеличению амплитуды упругих коле- частоте переменного ол 240 к ц р рро а баний регистрируемых пьезолреобраэавателем 4. . «M пропусквния блока 7 измерения, рав1

Вне указанного выше интервала углов Q до-: нои Ж кГц, отношенйе сигйала к.шу у, менная структура в- ферромагнитной пластине . составляет,200,.причем при изменении угла ,отсутствует,мягнитоупругоевзаимодействиеявля.gg на 1 выходное напряжение, регистрируемое .. ется крайне слабым, вследствие чего упругие коле-, блоком 7, изменяется в 40 раз, что позволяет,,банияипропорциональиоеим:напряжение папье- .. регистрировать углы, составляющие несколько эонрвобразователе, регистрйруемое блоком 7 изме- минут. В качестве ферромагнитной пластийы ренин электрического напряжения, мало. для использована пленка феррита-граната. состава получения линейной зависимости выходного . <> (VGd ЬВ„) а (FeA1) >0» с полем анизотропии ивйряжения датчика от угла Ч начальное 1700 Э. При этом постоянное магнитное поля,, значение угла:должно выбираться вблизи сере- .создаваемое магнитом 2,. составляет ,динй линейного участка кривой зависимости 1500 Э. Угловая нротяженность линейного участU (М), йапример при Г - " 1,5 . При этом, ка кривой О (Ч) (фиг. 3) в зависимости" от как:видно нз фиг. 3, иэь1ененйе угла V в . 2О состава пленки и величины постоянного. маг1 ределах +1,5 вызывает. изменение выходного нитного поля-может меняться в пределах от . напряжения датчика в 4раза. Такая сильная I0,5 до 20 . Датчик имеет также небольшие зависимость выходного напряжения от угда .. габариты 10 х 10 х 10 (ммэ). поворота пластины . позволяет измерять .углы внлоть до десятых долей градуса (и менее), 25 Благодаря повышению разрешающей способт.:е. разрешающая способность датчика сущест- !ности датчика оказывается возмажлым регист:, веино увеличивается; Сооветственно точность рировать очень неболыпие иэмейения угла по-. измерения также составляет десятые доли тра-: рядка нескольких минут с высокой точностыв.

ВНИИПИ Заказ 4022/30 Тираж 602 Подписное

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул.Проектная,4