Устройство для измерения силы Абрагама Советский патент 1984 года по МПК G01R29/08 

Изобретение относится к области измерений, а именно к устройствам для измерения механического воздейст вия электромагнитного поля на вещест во, и может найти применение как для выяснения природы механического воздействия поля на прозрачные среды так и для регистрации электромагнитного поля и измерения его параметров Известно устройство для измерения механического воздействия электромаг нитного поля, содержащее установлен ную в волноводе тонкую проводящую пластину, подвешенную на упругой .кварцевой нити l . Однако известное Устройство не позволяет измерять дийамйческую силу Абрагама вследствие низкой чувствительности устройства. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения силы Абрагама, содержащее датчик силы Абрагама, подвешенный на упругой нити и образующий с ней механический колебательный контур, блок управления и стабилизации источника электро магнитной волны, узел возбуждения датчика- силы Лбрагама электромагнитной волной и индикатор угла поворота датчика силы Абрагама вокруг упругой нити 2 . .. Недостатком такого устройства является ограниченный диапазон частот и низкая точность измерений из-за возникновения кулоновского. взаимодей ствия, которое приводит к появлению значительной помехи по частоте подве са (резонансного шума), а также помех и вихревых токов, наводящихся в обкладках конденсатора магнитным полем. Цель-изобретения - расширение диа пазона частот в область высоких частот и повышение точности измерений. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения силы Абрагама, содержащем датчик силы Абрагама, подвешенный на упругой нити и образующий с ней механический коле бательный контур, блок управления и стабилизации источника электромагнит ной волны, узел возбуждения датчика силы Абрагама электромагнитной волно и и ндикатор угла поворота датчика силы Абрагама вокруг упругой нити, датчик силы Абрагама выполнен в виде резонатора бегущей волнь, образованного отрезком свернутой в кольцо цилиндрической щелейой линии, заполненной диэлектриком, узел возбуждения датчика силы Абрагама электромаг нитной волной выполнен в виде отрезка линии передачи поверхностной волны, который электромагнитно связан с указанным резонатором бегущей волны и соединен с выходом блока управления и стабилизации источника элёкт ромагнитной волны через введенный амплитудный модулятор с частотой амплитудной модуляции, равной частоте собственных колебаний механического колебательного контура. На фиг. 1 представлена конструкция датчика силы Абрагама на основе цилиндрической линии и структурная электрическая схема устройства для измерения силы Абрагама; на фиг.2 спектр амплитудно-модулированного поля; и спектр силы Абрагс1ма при амплитудной модуляции электромагнитного поля. Устройство для измерения силы Абрагама содержит.датчик силы Абрагама, выполненный в виде резонатора бегущей волны (РБВ), образованного заполненным диэлектриком с диэлектрической проницаемостью.отрезком свернутой в кольцо цилиндрической щелевой линий 1, щель 2 которой проходит вдоль ее периметра. Датчик силы Абра ;гама подвешен на упругой нити 3 при помощи жесткого стержня 4 и поперечных спиц Ь и образует совместно с упругой нитью 3 механический колебательный контур. Упругая нить 3натянута между жесткими массивными опорами 6. Зеркало 7, жестко закрепленное на стержне 4 совместно с источником 8 света (например, лазером) и неподвижной шкалой 9, образует инди катор угла поворота датчика вокруг упругой нити 3. В состав устройства для измерения силы Лбрагама входит источник 10 электромагнитной волны, блок 11 управления и стабилизации сигнала источника 10, электромагнитной волны амплитудный модулятор 12 и узел 13 возбуждения в виде отрезка 14 линии передачи поверхностной волны для врз буждения датчика силы Абрагама, образованного отрезком свернутой в кольцо цилиндрической щелевой линии 1. Причем частота модуляции амплитудного модулятора 12 должна совпадать с частотой собстйенньк колебаний механического колебательного контура, образованного датчиком силы Абрагама и упругой нитью 3 так, чтобы выполнялось следующее соотношение:где Ццод частота амплитудной модуляции модулятором 12; г - радиус упругой нити 3 подвеса;1 - длина упругой нити 3 от жесткого стержня 4 до жестких массивных опор 6; G - модуль сдвига материала упругой нити 3; М - полная масса резонатора бегущей волны датчика силы Абрагама; К - радиус кольца резонатора бегущей волны датчика силы Абрагама.

Фотодетектор 15, расположенный на неподвижной шкале 9, и усилитель 16 позволяют проводить автоматическую подстройку частоты модуляции на частоту собственных механических колебаний механического колебательного контура, состоящего из датчика силы Абрагама и упругой нити 3.

Устройство работает следующим образом.

При измерении силы Абрагама электрическое поле, вызывающее силу Абрагама, возбуждается источником 10, проходит обработку и стабилизации в блоке 11 и модулируется поамплитуде амплитудным модулятором 12.

Далее спектр электромагнитных колебаний через отрезок 14 линии передачи поверхностной волны повадает в датчик силы Абрагама. Под действием спектра электромагнитных солебаний в диэлектрике резонатора бегущей вол ны датчика силы Абрагама возникает. спектр силы Абрагама. Механический колебательный контур, состоящий из датчика силы Абрагама -и упругой нити 3, настроенный на частоту модуляции, выделяет низкочастотную огибающую спектра -сил и.начинает колебаться вокруг упругой нити 3 с частотой, равной частоте модуляции, и амплитудой, пропорциональной величине силы Абрагама.

Колебания датчикаосилы Абрагама приводят к отклонению луча источника 8 света, отраженного от зеркала 7, и перемещению светового пятна источ0ника 8. света вдодь неподвижной шкалы 9. По величину этого перемещения судят о величине силы. Фотодетектор 15, регистрируя частоту отклонений луча источника 8 света, вырабатывает сигнал рассогласования, который

5 через усилитель 16- поступает на амплитудный модулятор 12 для автоматической подстройки частоты модуляции.

Предлагаемое устройство обладает большей точностью из 4ерения и позволяет проводить измерение силы практи ески на любых Частотах вплоть до . световых за счет применения-в качестве датчика резонатора бегущей волны и возбуждения его амплитудно-модулированным электромагнитным полем через отрезок 13 линии передачи поверхностных волн.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ АБРАГАМА, содержащее датчики силы. Абрагама, подвешенный на упругой нити и образующий с ней механический колебательный контур, блок управления и стабилизации источника электромагнитной волны, узел возбуждения датчика силы Абрагама электромагнитной волной и индикатор угла поворота датчика силы Абрагама вокруг упругой нити, отличающееся тем, что, с целью расши рения диапазона частот в область высоких частот и повышения точности измерений, датчик силы Абрагама выполнен в виде резонатора бегущей волны, образованного отрезком свернутой, в кольцо цилиндрической щелевой линии, заполненной диэлектриком, узел возбуждения датчика силы Абрагама электромагнитной волной выполнен в виде отрезка линии передачи поверхностной волны, который электромагнитно связан с .указанным резонатором бегущей волны и соединен с выходом блока управления и стабилиза- g ции источника электромагнитной вол- (Л ны через введенный амплитудный модулятор с частотой амплитудной модуляции, равной частоте собственных колебаний механического колебательного контура, .

дТЯ Ц, 0 ,5Я ti)

ь : /«, lf(,)

4

. 2 «

Сп(тр CU/tbt ,Й)7

f ff/ffi.;;

I Т . Ф1К.2