Устройство для измерения динамической магнитострикции

 

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для исследования и контроля магнитострикционных свойств магнитных материалов в виде проката. Целью изобретения является повышение точности измерений динамической магнитострикции . Для достижения этой цели в устройство дополнительно введены стабилизированный источник 8 переменного напряжения и последовательно соединенные детектор 12 экстремальных значений., дискриминатор 13 и интегратор 14. Устройство также содержит исследуемьпЧ образец 1, обФиг . I

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (S1) 4 С 01 R 33 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 37126 16/24-21 (22) 21.03.84 (46) 07.10.86. Бюл. № 37 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения и Институт прецизионных сплавов Центрального научно-исследовательского института черной металлургии (72) С.В. Петровых, В.Б. Есиков, И.Г. Ястребов и В.В. Соснин (53) 621.317.44 (088.8) (56) Ефимов В,И., Савченко М.К. Измерение динамической магнитострикции фотометрическим методом. — Изв. высш. учеб. заведений. Физика, 1973, № 6, с. 7-11.

Гершгал Д.А, Фридман В.M. Ультразвуковая аппаратура. М.: Энергия, 1967.

Авторское свидетельство СССР

¹ 669339, 25.06.79.

Чураков A.Â. Импульсные устройства с диодными оптронами. M.: Энергия, 1980. зи 1262433 А 1

Гутников B.Ñ. Интегральная электроника в измерительных устройствах.

Л: Энергия, 1980, Там же, Вонсовский С.В. Магнетизм. М.:

Наука, 1971 ° (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ МАГНИТОСТРИКЦИИ (57) Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для исследования и контроля магнитострикционных свойств магнитных материалов в виде проката, Целью изобретения является повышение точности измерений динамической магнитострикции. Для достижения этой цели в устройство дополнительно введены стабилизированный источник 8 переменного напряжения и последовательно соединенные детектор 12 экстремальных значений, дискриминатор

13 и интегратор 14. Устройство также содержит исследуемьп образец 1, обмотку 2 перемагничивания, механизм

3 плавного перемещения, излучатель света фотоэлектрического датчика линейных перемещений, приемник 5 света От излучателя 4, фотоэлектрический датчик 6 линейных перемещений, стержневой пьезоэлектрический преобразователь 7, источник 9

1262433 переменного тока, широкополосный апе риодический усилитель 10, блок 11 регистрации, регулятор 15 тока. Детектор 12 экстремальных значений содержит два каскада на операционных усилителях. Первый каскад является активным амплитудным выпрями- телем с закрытым входом. 6 ил.

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для исследования и контроля магнитострикциснных свойств магнитных материалов в виде проката.

Цель изобретения — повышение точности измерения динамической магнитострикции.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 — принципиальная схема измерительной части устройства, на фиг.3 — график заВНсНМосТН выходного напряжения усили теля от перемещения свободного конца образца; на фиг.4 — эпюры напряжений детектора экстремальных значеню, на фиг.5 и 6 — диаграммы напряжений детек îðà экстремальных значений при различных амплитудах перемагничивающего поля и знаках магнитострикции.

Устройство содержит исследуемый образец 1, обмотку 2 перемагничивания, механизм 3 плавного перемещения, излучатель 4 света фотоэлектрического датчика линейных перемещений, приемник 5 света фотоэлектрического датчика линейных перемещений, фотоэлектрический датчик 6 линейных перемещений, стержневой пьезоэлектрический преобразователь .7, стабилизированный источник 8 переменного напряжения, источник 9 переменного тока, широкополосный апериодический усилитель 10, блок 11 регистрации, детектор 12 экстремаль" ных значений, дискриминатор 13, интегратор 14, регулятор 15 тока.

На фиг. 3-6 показаны зависимости

16-18 напряжения на выходе усилителя от положения свободного конца образца в оптическом канале фотоэлектрического датчика линейных перемещений при различных токах излучателя света (Т, > I, > I,), временная зависимость 19 положения свободного

5 конца образца в оптическом канале фотоэлектрического датчика линейных перемещений при перемагничивании образца с положительной магнитострикцией, временная зависимость 20 напряжения на выходе усилителя при измерении магнитострикции, напряжение 21 на входе детектора экстремальных значений, напряжение 22 на выходе детектора экстремальных значений при работе в режиме выделения минимальных значений входного сигнала, напряжение 23 на выходе детектора экстремальных значений при работе в режиме выделения максимальных значений входного сигнала, напряжение 24 на выходе первого каскада детектора экстремальных значений.

Исследуемый образец 1 расположен внутри обмотки 2 перемагничивания.

Один конец исследуемого образца 1 жестко прикреплен,.Например, при помощи эксцентрикового зажима к подвижной части механизма 3 плавного перемещения (например винтового типа).

ЗО Другой, свободный, конец образца 1 находится между излучателем 4 света и приемником 5 света фотоэлектрического датчика 6 линейных перемещений и частично перекрывает световой поток, идущий от излучателя 4 света к приемнику 5 света. Фотоэлектрический датчик 6 линейных перемещений прикреплен (например, приклеен) к подвижному концу стержневого пьезоэлекщ трического преобразователя 7. Другой конец стержневого преобразователя 7 закреплен на неподвижном основании, 1262433 (2) 4О (1) d-x

v v,— zI (— ),. (3) A

d õ (4) а его электроды подключены к выходу стабилизированного источника 8 переменного, напряжения. Обмотка 2 перемагничивания подключена к выходу источника 9 переменного тока. Выход 5 приемника света фотоэлектрического датчика 5 линейных перемещений соединен с входом усилителя 10, а выход усилителя 10 соединен с входами блока 11 регистрации и детектора 12 экстремальных значений. Выход детектора 12 экстремальных значений соединен с входом дискриминатора 13.

Выход дискриминатора 13 соединен с входом интегратора 14. Выход интегра- 15 тора 14 соединен с входом регулятора

15 тока, а выход регулятора тока— с входом излучателя 4 света фотоэлектрического датчика линейных перемещений. 20

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерений исследуемый образец 1 размещают внутри обмотки 2 перемагничивания и один 25 его конец жестко закреплен при помощи эксцентрикового зажима на подвижной части механизма 3 плавного перемещения, Величина выходного тока приемни- 3О ка S света фотоэлектрического датчика линейных перемещений и выходного напряжения усилителя 10 зависит от положения свободного конца образца в оптическом канале фотоэлектрического датчика 6 линейных перемещений. Эта зависимость показана на фиг .3 (эпюры 16-18) и может быть описана следующим выражением: где I — входной ток излучателя 4 света, Б — напряжение смещения на выходе усилителя 10 при I=O;

К вЂ” коэффициент преобразования входного тока излучателя

4 света в напряжение на вы" ходе усилителя 10 при полностью открытом оптическом канале

d — ширина оптического канала; х — расстояние от передней стенки оптического канала до у свободного конца образца.

Чувствительность устройства при фиксированной величине входного тока излучателя света А* находится из выражения (1) путем дифференцирования по х:

Постоянное напряжение с выхода усилителя 10 поступает на вход детектора 12 экстремальных значений.

При постоянном входном напряжении на выходе детектора экстремальных значений напряжение также постоянно и равно входному. Это напряжение подается на вход дискриминатора 13, где сравнивается с опорным напряжением, которое в частном случае может быть равно нулю. Сигнал с выхода дискриминатора поступает на вход интегратора 14. Напряжение с выхода интегратора 14 поступает на вход регулятора

15 тока, к выходу которого подключен излучатель 4 света. Под влиянием выходного напряжения интегратора 14 ток излучателя 4 света изменяется в направлении, соответствующем уменьшению абсолютной величины напряжения на выходе усилителя 10 до тех пор пока оно не станет равным нулю. Автоматическое управление током излучателя света позволяет компенсировать действие низкочастотных помех и температурного дрейфа параметров фотоэлектрического датчика 6 линейных перемещений.

Величина тока излучателя 4 света в этом случае определяется из выражения (1):

Чувствительность устройства к периодическим перемещенияи свободного конца- образца или фотоэлектрического датчика перемещений при автоматическом управлении током излучателя света А получим, подставив (3) в (2) Для точной установки образца в положение, соответствующее получению номинальной чувствительности устройства, включают стабилизированный источник 8 переменного напряжения (источник 9 переменного тока при этом

U = А д X,=—

Up dХк

d-x (5) С выхода усилителя 10 напряжение поступает на блок 11 регистрации, с помощью которого определяется величина U В качестве блока 11 регистрации может быть использован импульсный вольтметр или осциллограф.

По измеренной величине Бк расчитывается чувствительность устройства

Нк По (6) 35 д Х„d-х

При помощи механизма 3 плавного перемещения образец устанавливают в такое положение, в котором величина чувствительности устройства равна номинальной. Этим обеспечивается калибровка чувствительности устройства и ее одинаковая величина при смене образцов.

Поскольку стержневой пьезоэлектрический преобразователь выполнен из поляризованной керамики и прикладываемое переменное напряжение невелико, то спектр его колебаний не содержит постоянной составляющей, Поэтому перед калибровкой чувствительности устройства детектор экстремальных значений переключают в режим 55 выделения среднего значения входного напряжения. В этом случае включение и выключение стабилизированного ис5 12624 выключен). Переменное напряжение с постоянной амплитудой поступает на электроды стержневого пьезоэлектрического преобразователя 7 с известными характеристиками, Под влиянием этого напряжения стержневой пьезоэлектрический преобразователь периодически деформируется, прикрепленный к нему фотоэлектрический датчик 6 линейных перемещений получает колебательные перемещение относительно исходного положения с амплитудой

ЬХк. Колебательное перемещение фотоэлектрического датчика 6 относительно неподвижного конца исследуемого образца 1 приводит к модуляции светового потока, падающего на приемник

5 света. При этом амплитуда переменной составляющей напряжения U< на выходе усилителя 10 равна сЛедующей 20 величине:

33 точника переменного напряжения не изменяют величину постоянного напряжения на выходе детектора экстремальных значений и не нарушают установившийся режим работы контура автоматического управления током излуча еля 4 света.

После точной установки исследуемого образца 1 детектор экстремальных значений переключают в режим выделения минимальных или максимальных значений в зависимости от знака магнитострикции исследуемого образца и включает источник 9 переменного тока (стабилизированный источник переменного напряжения при этом выключен). Знак магнитострикции может быть определен по справочным данным, из результатов предыдущих измерений или непосредственно в процессе измерения магнитострикции по форме магнитострикционной петли гистерезиса.

При исследовании образцов с положительной магнитострикцией детектор экстремальных значений переключают в режим выделения минимальных значений входного напряжения, а при исследовании образцов с отрицательной магнитострикцией — в режим выделения максимальных значений входного напряжения. На фиг.3 показаны эпюры входного и выходных напряжений при работе дискриминатора экстремальных значений в указанных режимах. Переменный ток от источника 9 переменного тока, протекая по обмотке 2 перемагничивания, создает переменное магннтное поле, которое перемагничивает исследуемый образец 1. 3а счет магнитострикционного эффекта свободный конец образца 1 периодически смещается на величину ьХ в одном и том же направлении относительно исходного положения (фиг.2, эпю ра 19) и модулирует световой поток, падающий на приемник 5 света от излучателя 4 света. B результате выходной ток приемника 5 света и напряжение на выходе широкополосного усилителя 10 изменяются пропорционально смещению свободного конца образца 1 (фиг.2, эпюра 20).

С выхода усилителя 10 пульсирующее напряжение поступает на вход блока 11 регистрации, с помощью которого измеряется его амплитуда (Пк). Величина магнитострикции ис7 1262433 8 следуемого образца (5) определяется ф î р м у и а и з о 6 р е т е н и я по формуле где L — - длина исследуемого образца.Одновременно пульсирующее напряжение с выхода усилителя 10 поступает на вход детектора 12 экстремальных значений, который преобразует его в постоянное напряжение, равное минимальным значениям входного напряжения (в случае исследования образцов с положительной магнитострикцией), Величина этого напряжения не зависит от,амплитуды перемагничивающего поля и остается такой же, как при выключении источника переменного тока и, следовательно, чувствительность устройства остается постоянной в процессе измерения.

Дискриминатор 13 выполнен в виде дифференциального усилителя, на неинвертирующий вход которого подается напряжение с выхода детектора экст— ремальных значений, а на другой вход — постоянное напряжение, равное нулю. Регулятор 15 тока выполнен в виде эмиттерного повторителя. Детектор 12 экстремальных значений содержит два каскада на операционных усилителях, Первый каскад является активным амплитудным выпрямителем с закрытым входом. устройство для измерения динамической магнитострикции, содержащее

5.источник переменного тока, выход которого подключен к обмотке перемагничивания, фотоэлектрический датчик линейных перемещений с открытым оптическим каналом, усилитель, вход

1О которого соединен с выходом приемника света фотоэлектрического датчика, регулятор тока, выход которого подключен к входу излучателя света фотоэлектрического датчика, и блок

15 регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены стабилизированный источник переменного напряжения, подключенный к стержневому

20 пьезоэлектрическому преобразователю, последовательно соединенные детектор экстремальных значений, дискриминатор и интегратор, выход которого соединен с входом регулятора тока, 25 причем один конец стержневого пьезоэлектрического преобразователя закреплен неподвижно, а другой его конец жестко соединен с фотоэлектрическим датчиком линейных перемещеgg ний, усилитель выполнен в виде широкополосного апериодического усилителя, выход усилителя подключен к блоку регистрации и к входу детекто ра экстремальных значений.

1262433

1 262433

Редактор A. Козориз

Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5424/44

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

Ъи

Составитель А. Дивеев

Техред И.Попович Корректор В. Бутяга