Датчик малых угловых перемещений Советский патент 1983 года по МПК G01B7/30 G01B21/22 

Изобретение относится к контрольно-измери тельной технике и может быть испбльзовано для гочнь1Х 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 подвнжнь1н контакт, закрепленный на оси вращения в центре дорожки 1. Недостатком таких датчиков являются мала точность (порядка 1°) и невозможность измерений малых углов, ступенчатый характер xl рактеристики преобразования и значительные габариты. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик маль1Х угловь1х перемещений, содержаищй постоянный Магнит и 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, присоединенные к противолежащим парам. кошактов, закрепленных .на концах пластины 2. Недостатком известного датчика является ограниченная разрешающая способность, не позволяющая измерять малые изменения угла из-за низкого отношения сигнала к шуму и не возможности применения частотно-селективных .методов выделения сигнала из шума, так как датчик работает на постоянном-токе.Целью изобретения является повышение разрешающей способности датчика. Поставленная цель достигается тем, что датчик малых угаовых перемещений, содержащий постоянный магнит, размещенную в его поле с)ерромагнитную пластину с доменной структурой, закрепленную с возможностью вращения на оси, перпендикулярной к направлению силовых линий поля постоянного магнита, источник питания и блрк измерения, снабжен закрепленiftiM на поверхности пластины пьезопреобразова телем подключенным к блоку измерения, и закрепленной по периметру пластины катушкой подкл19ченной к источнику питания, а ферромагнитная пластина расположена вдоль силовых линий поля постоянного магнита выполнена из магнитоодиоосного материала с осью легкбго намагничивания, проходящей под углом 30 - 40 к плоскости пластины. На фиг. 1 показано схематично конструктив ное выполнение датчика; на фиг. 2 - злектрическая схема подключения источника питания и блока измерения; на фиг. 3 - зависимость и меряемого электрического напряжения U на вы ходе датчика от угла поворота. Датчик малых угловых перемещений содержит ферромагнитную пластину 1 с доменной структурой, помещенную в поле постоянного магнита 2 и закрепленну1о с возможностью вращения относительно оси 3, которая кинематически связывается с контролируемым объектом в процессе измерения. На одной из поверхностей пластины 1 закреплен пьезопреобразователь 4 е Цзакрепление обеспечивает акустический контакт между ними), а по периметру ее закреп-, лена катушка 5, подключенная к источнику 6 питания переменного тока повышенной частоты (100-500 кГц). Блок 7 измерения электрического напряжения гюдключен к пьезопреобразователю 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 бъпъ использован, например, феррит-гранат, имеющий открытую доменную структуру с вектором намагниченности, составляющим с плоскостью пластины УГОЛ более . Датчик работает следующим образом. При подведении напряжения переменного тока от источника 6 питания к катушке 5 на ферромагнитную пластину Ij находящуюся в поле постоянного магнита 2, начинает воздействовать высокочастотное магнитное поле. Под действием переменного магнитного поля, вследствие зффекта магнитострикции, в ферромагнитной пластине l возбуждаются упругие колебания, воспринимаемые пьезопреобразователем 4, на-.. ходящимся с нею в акустическом контакте. Эти колебания преобразуются пьезопреобразова- . телем 4 в электрическое напряжение, измеряемое блоком 7. Заивисмость напряжения U : на входе датчика от угла V поворота плас:пшы 11 вокруг оси 3 имеет резко выраженный экстремальный характер. Значение 4 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 анизотрогши ферромагнитной пластины. Резкий подъем на зависимость и.Ч (фиг. 3) в даапазоне -З Ч +3 обусловён тем, что при ориентации постоянного магнитного поля в указанном интервале углов в окресности перпендИку.лярэ к оси Легкого, намагничивания ферромагнитной пластины (соответствующего-f 0°) при указанной выше величине постоянного магнитного поля в- ферромагнитной пластине (при уеловии расположения оси легкого намагничивания под углом к ее плоскости, составляющим более 30-40°) существует доменная структура. При этом движение границ доменов иод действием переменного магнитного поля, . создаваемого катушкой 5; приводит к резкому .усилению магнйтоупругоговзаимодействия в; ферромагнитно1г пластине и, как следствие, к резкому увеличению амплитуда упругих колебаний, регистрируемых пьезрлрёобразователем 4 Вне уксэанногб выще ттервзяа углов .4 йо.меиная структура в вррэмагнитае пластине Готсут ;твует, ManuttoynjpyFpe взанМоДе{ твйе явля eti;a крайне ф{Иби%вспе)|с;т;1 чего упругие коле , банш я Л{кню{4йа1онш1Шн.11м налряясшие на лье. эопреобразователе, регистрн{ емое блоком 7 изме рбаяя электрического напряжения, мало. Для яолучеяв лкцейнойзависимости выхсУдного ианрйжения тчика от угла начальное значение угла должно выбофаться вблизи сере;диныл{шейного участка KptCBoif зависимости и(), например при Ч ±1,5°. При этом, как :вйдно из фиг. 3, из1 {еиейие угла f . {{ределах +1,5° вызывает изменение выходного .напряжения датчика в 4 раза. Такая окльная зависимость выхбдного напряжения от угла поворота пластшы позволяет измерять углы ;&ило гь до десятых; долей градуса (и менее), ;т.е. разрешающая способность датчика существенно увеличивается. Сооветственно точность измерения также составлйет десятые доли ipa Л дуса (и менее). Использование ч стотно-сёяек(тивного блока измереню электрического напряжения позволяет резке повысить огаошшие полезного сигнала к шуму. В пракгаческй реализованной конструкции датчика угла при частоте переменного поля 240 кГц и аЕнр1ше полось1 пропуск9Ш(я бл(жа 7 измерения, 5Q кГц, otHomeHue сигнала к шуму составляет 200,.причем при изменении ynjia на 1° выходное напряжение, реп стриру е1йое блоком 7, изменяется в 40 раз, что (шяет /регистрировать углы, составляющие несколько минут. В качестве ферромагнитной imactwibi. использована Ш10{ка фе;р{ ггагграната составА (VGdVbB,3(FeA) с полем анизотропии 1700 Э. этом постоянное магнитное иоле, создаваемое магнитом 2, составляет Г; . 1500 Э. Угловая протяженность линейного участка кривой и (У) (фиг. ЗУ в зависимости от состава пленки и Величины постойшюго магнитного поля может меняться в предела от |0,5 до 20°. Датчнк имеет такжг небольшие . габа1Н1ты 10 X 10 X 10 (мм ). Бвагодаря повышению разреша оЕцей способI ности датчика оказывается возможным рёгист- рировать очень небооыш1е изменения-угла пЬрядаса нескольких минут с высокой тоздостьк.

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