Устройство для измерения магнитных полей Советский патент 1984 года по МПК G01R33/02 

:о o

4

СО 00 ИчоПрГТЧ: IMC Ci :;;:; ri,;i: З: К. : :. Г i измеритоль-пй rev;;.;);;.: i: lip;.:,:.;: ::: ЧСИО, ji fiUiliccTi;,. ;и:я иямср; ::;5: ; ;., пряжси ;.;.-IM слабы:-: iiocTfUifiHhjx м лгги; МСНПЫХ МП ; lillTilhlX nO.-IOi;., lv:jjecr:io ycrpoikTHO цл.г ;;з;.1е)и: : i-j КсПлтггтло: ; поля, ,гтаз.; я;ог13 (мл 5(1Й .1 СЗ|ЛЛ ;Пи ОЛу10 ЛЛ.-лТИЛу ( :;Л;} ;.а ocHonnfcit; ло;ил)зл1-иу :(. буж/1аю1:и:мл элик-: ро,г:амм ., 1:л. л жата ieжлy феррол о 1Л:лт п,;ьл: ;Л;г питострикц;-1ол11Ыг И CTCfiMi-Я1 .л, (лгор/лл удержизаются с чомопл.м /ifipjsca 1члл; Возиуллтающиа элексродь сос:Д -:и;л:ы схемой кварцевого алзогеморагорл. обеспечиваюпсто самг зозбук:,ггелие л) соПстзенклй час-1отс ПТ.РЗОК::л-1рцс:пл1: пластины, Гри ьпллч -1И мппл-пллло ля ферромагнитные лгерж ;:- за магиитострикцкоино Гр эффекта м;л-1еи5л ют свою Д.ТИ11У с(здас: сн .pasiKMipi;:: на пьезок вартгевую дласгндул По.г; , cтвиe давления собстненная частота пьезокварцевой лластины H3MeKf;eTi3fy что приводит к изменению (енеокруемой частоты 1 1 j. Иппог;тлос; устройстг о oDJ;aд.-e малой чувст}л- те 3bii(K:Ti;fo к :.гапым i r7oля ; за счет едос-л;г-::глл т (ЗеЛИЧИЛЬ Иа ГЛ1ИТОСТ ;ИК1;НОЛлОЛО Зффг ; та и с1-гт{)ПО1 зазисимослгьл час: пть: ;: темпера1лф 11: HPJT этсгч прг мллстгио r:.Жителя R Риде слчобь д,пя кпкл:е 1слл(л; измег ЗныУ1 л;::. кварлской пластидь i.y: ткг-лу-р умд,: Требует Л1:д;лзидуал1; ил ледого устрой: глл . Ароме тогчт, ;лго;дя: ал1лл.л-:: -: элсмеигов :лллзокпао |.ллой :плн п и скобм аержагилей пркно/ал к :м:;л п: НИ10 тег.лтег;а-) когргтенгации, io этому, ле1:г. на .цгхлллгг лло лъ.лол;, тензолулс Л1Л1тсл1Л ослл с и спол--зт- нкем пьезоэлоктрическил т-J;a(Лг-лi г л несть и лузлтвитслыл;ггт. лкпзаало 3. устройст1л; окзтзызаю лл; ал л,ос г гл(.: jv,ми„FiaH6o;:ep ;Л1;31ч ;м .(ч Л3ч;клп-i :: ;;л;:: является узтр(лл-:лло ./.ujri , MarriirTTHoro ноля, голел;;лл лл квардевую пластiii y з лллзи1лзззиЗ на ее oCiiOBHi.ie 1л-лл;рл лплз-i ззл1л:л; , злектродами , В 1л-:ллс::- /-;л лзллгллз -, цевой пластн; Ы лри 1знепь; лч ;л-1лз. АТ -среза л инзооораз зой формы с и; щиннo--cдIiигoзь :и колзбаплззз-: - 1зсзл кварцевая длас131на :; лкага легкд- дт : мя маГНИтос1зл1КД)Г|Лл-ч;г,чг ет-гл кдямл которые уд:п)жилаи :- Л1 г зч: ллiл-iu ,;л-зл 1t h I ; I 1 ijj , j nt ,p ure, u LC iip -i11 езоp T. j,g ,тг-раi i i f( -tjJt-3 i i i м 1Ь-i ь i-чи-i «г а чни I I,, I Si ji-iT гав,, - - р тзую п i г i,f t j,, I ч j j - r-jp™ i in ,лво ,, ,,. 1 риIL едсI ьеэо( и |, а iit i ,ста, коii (, с4, - см „ iт .ii и t т ,j,, jg. м г i г , i i т ч о. и

автогенератора5 входы фазового детектора соединены с одним из возбуждающих и дополнительным электродами пьезоэлемента, а выход фазового детектора через усилитель соединен с входом индикатора.

Введение в устройство пьезоэлемента с дополнительным электродом позволяет перейти от частотного метода измерения к фазовому, а так как крутизна частотно-фазовой характеристики пьезоэлемента с дополнительньм электродом выше,чем в прототипе, а пьезоэлемент используется в пассивном режиме, то температурная погрешность значительно снижается. Кроме того, в цепь положительной обратной связи вместо частотного дискриминатора введен фазовый, вследствие чего оказывается существенно меньшей и температурная погрешность системы регулирования при сохранении высокой чувствительности, обеспечиваемой,как и в прототипе,цепью положительной обратной связи.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит автогенератор 1, пьезоэлемент 2, возбуждающие электроды 3 и 4, подключенные к цепи нагрузки автогенератора 1. ДополнительньЕЙ электрод 5 и один из возбуждающих электродов (например, 3) подключены к входу фазового детектора 6 выход которого соединен с усилителем 7. Пьезоэлемент 2 слегка зажат между двумя магнитострикционными стержнями 8, соединенными между собой с помощью держателя в виде скобы 9.

На магнитострикционньк стержнях 8 намотаны обмотки 10, подключенные к выходу усилителя 7. Индикатор 11 соединен с выходом усилителя 7.

Устройство работает следующим образом.

При отсуствии магнитного поля сигнал автогенератора 1 с частотой, равной частоте последовательного резонанса пьезоэлемента 2, подается на возбуждающие электроды 3 и 4 и возбуждает в пьезоэлементе сдвиговые колебания. Напряжения U и U2с возбуждающего электрода 3 и дополнительного электрода 5 подаются на входы фазового детектора 6. При этом сдвиг фаз между напряжениями U.и U равен 90 , и на выходе фазового детектора напряже {ие отсутствует. FIpi; воздействии на устройство магнитного поля магнитострикционные стержни 8 за счет магнитострикционного зф5 фекта изменяют свою д:п1ну.

Изменяется сила давления, действующая на пьезозлемент 2, что приводит к изменению частоты последовательного резонанса относительно частоты сигнала, вырабатываемого автогенерат.ором 1 , возникает сдвиг фаз между напряжениями U и U, на выходе фазового детектора 6 появляется напряжение, пропорциональное напряженности магнитного поля. Это напряжение через усилитель 7 подается на индикатор 11 и на обмотки 10, В последних появляется электрический ток, который создает дополнительное магнитное поле, под действием которого магнитострикционные стержни 8 еще сильнее стремятся изменить свои геометрические размеры, что приводит к еще большему изменению частоты последовательного резонанса пьезоэлемента. Предельная чувствительность измерения определяется коэффициентом усиления усилителя и конструкцией чувствительного элемента (скобы,

магнитострикционньк стержней, пьезоэлемента и катушек). Величина напряженности магнитного поля определяется по величине напряжения на выходе усилителя,

Таким образом, точность измерения магнитных полей устройства повышается благодаря ведению пьезоэлемента с доQ полнительным электродом и переходом к фазовому методу измерения. Поскольку крутизна частотно-фазовой характеристики такого пьезоэлемента по сравнению с пьезоэлементом, используемым

с в прототипе, существенно выше, а сам трехэлектродный пьезоэлемент работает в пассивном режиме, то значительно уменьшается погрешность измерения за счет изменения температуры окружающей среды, присущая прототипу, так как в фазовом детекторе отсутствуют избирательные элементы, и изменение температуры не влияет на выходное напряжение фазового детектора, а следовательно, не вносится дополнительная

погрешность в систему регулирования,

Техническое преимущество изобретения в сравнении с базовым объектом

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗЖРЕНИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, содержащее автогенератор, пьеэоэлемент с возбуждающими электродами, закрепленный между магнитострикционными стержнями с обмотками, подключенными к выходу усилителя, держатель и индикатор, о тличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений, в него введен фазовьш детектор, а пьезоэлемент снабжен дополнительным. электродом, причем возбуждающие электроды пьезоэлемента подключены в цепь нагрузки автогенератора, входы фазового детектора соединены с одним из возбуждающих и дополнительным электродами пьезоэлемента, а выход фазового детектора через усилитель соединен с входом индикатора.