Способ измерения усилий Советский патент 1985 года по МПК G01L1/12 

сс |

со Изобретение относится к способу измерений неэлектрических величин и может быть использовано в приборах для измерения усилий с цифровой обра боткой или представлением результатов измерения в цифровом виде. Известен способ для измерения уси лий, состоящий в том, что измеряемое усилие прикладывают к ферромагнитном сердечнику, перемагничивают сердечни периодически изменяющимся полем и регистрируют число выбросов ЭДС от скачков Баркгаузена (СБ). Суть способа заключается в том, что усилие, п| иложенное к ферромагнитному сердечнику, приводит к изменению величины внутренних напряжений, в сердечнике, непосредственно влияющих на параметры СБ 11. Недостатком способа является значительная нелинейность характеристики. Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности способ измер ния усилий, заключающийся в том, что измеряемое усилие прикладывают к фер ромагнитному сердечнику, перемагничивают сердечник периодически изменяющимся полем и регистрируют чис ло выбросов ЭДС от СБ в течение заданного временного интервала. Способ ос нован на однозначной зависимости па раметров СБ и величиной внутренних напряжений, создаваемых усилием, при ложенным к ферромагнитному сердечни ку 2. Недостаток известного способа заключается в его сравнительно невысокой чувствительности, ограниченной коэффициентом магнитострикции материала сердечника. Цель изобретения - повышение чувс вительности. Поставленная цель достигается тем, что согласно с пособу измерения усилий, заключающемуся в том, что измеряемое усилие прикладьшают к фер ромагнитному сердечнику, перемагничивают сердечник периодически изменяющимся полем и регистрируют число выбросов ЭДС от скачков Баркгаузена в течение заданного временного интервала, цачало временного интервала совмещают с началом одного из полупериодов перемагничивающего поля, а конец временного интервала формируют в момент максимума ЭДС от скачков Баркгаузена, соответствующего полови не верхнего предела диапазона измерений. Конец временного интервала может формироваться посредством временной задержки. Кроме того, конец временного интервала может формироваться посредством ограничения амплитуды напряженности перемагничивающего поля на полупериоде, в течение которого осуществляется регистрация ЭДС от скачков Баркгаузена. На фиг.1 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие принцип измерения усилия; на фиг.2 и 3 - блоксхемы устройств, реализующих способ. На временных диаграммах фиг.1 U(t|- сигнал, пропорциональный переменному току, имеющму пилообразную форму;и2й/,из(/и Ll4(i:j. - вид ЭДС от СБ соответственно для нулевой, средней и максимальной величин измеряемого усилия-, Ujlt) - управляющий сигнал, длительность t которого равна длительности заданного временного интервалаj Ll(t|, и Ug(tj вид ЭДС от СБ внутри временного ин:Тервала t Измерение усилия производится следующим образом. ( Ферромагнитный сердечник, к которому прикладывается измеряемое усилие,- перемагничивают полем,периодически изменяющимся в соответствии с сигналом и (t) . ЭДС от СБ имеет вид шумовой пачки. Воздействие измеряемого усилия на сердечник приводит к изменению внутренних напряжений в сердечнике, и как следствие, к изменению величины ЭДС от СБ. Поскольку среднее число выбросов случайного процесса пропорционально дисперсии процесса, то показания аппаратуры, регистрирующей среднее число выбросов ЭДС от СБ будут пропорциональны измеряемому усилию. Для повышения чувствительности в предлагаемом способе использован тот факт, что усилие, приложенное к ферромагнитному сердечнику, изменяет не только величину ЭДС, но и временное положение шумовой пачки относительно перемагничивающего.поля. В подавляющем большинстве ферромагнитных материалов при увеличении ЭДС шумовая пачка смещается в сторону меньших значений перемагничивающего поля, а при уменьшении - в сторону больших значений, как показано на графиках UjltljUjlilH U4 и/ фиг.1. В отличие от прототипа положение временного интервала, в течение которого регистрируют среднее число выбросов, фиксировано. В частности, начало его совмещают с началом одного из полупериодов перемагничивающего поля (момент t ), а конец форми руют в момент максимума ЭДС от СБ на вышеуказанном полупериоде, соответствующем средней величине измеряемого усилия (момент i2 ). При зтом регистрируемая ЭДС будет иметь вид, показанньй на графиках (J(-t) , U (t/, Ug (t| фиг.1 . Число выбросов ЭДС от СБ (регистрируемое, например, счетчиком) зависит не только от изменения величи ны ЭДС,но и от изменения временного положения шумовой пачки. Совмещение начала временного интервала с, началом одного из полупериодов необходимо для получения минимальной продолжительности временного интервала, способствукицей повьпиению помехоустойчивости, так как уменьшается вероятность регистрации помех, снижающих чувствительность. Конец временного интервала необходимо формировать в мрмент максимума ЭДС от СБ для пр - дотвращения сужения рабочего диапазона. Объясняется это тем, что при других положениях конца временного интервала шумовая пачка может смещать : за его пределы,что ограничивает рабочи диапазон измеряемых усилий. Конец временного интервала может формироваться двумя методами. Первый метод основан на временной задержке начала временного интервала (например, с помощью жчущего мультивибратора), при этом среднее число выбросов можно регистрировать на обоих полупериодах перемагничивакнцег поля. Второй метод основан на ограничении амплитуды напряженности перемагничивающего поля на полупериоде, в течение Которого осуществляется регистрация ЭДС от СБ. При этом в момент времени t2 напряженность поля начинают уменьшать (сигнал U (tl на фиг.1, показанньй пунктиром). При изменении частоты перемагничивания заданное положение конца временного интервала сохраняется, однако ЭДС может регистрироваться только в течение одного полупериода. Объяс1474 няется это тем, что предот::ращения нестабильности, обусловленной перемагничиванием сердечника по частным циклам, амплитуда напряженности поля во время второго полупериода должна быть достаточной для насыщения сердечника. На фиг.2 и 3 показаны блок-схе- мы устройств, реализующих способ измерения усилий. Устройство по фиг.2 содержит источник 1 переменного тока, индукционный преобразователь 2 с ферромагнитным сердечником, блок 3 регистрации, нуль-орган 4 и ждущий мультивибратор 5. Источник 1 перемагничивает сердечник посредством индукционного преобразователя 2. ЭДС от СБ усиливается в блоке 3 регистрации, который одновременно осуществляет измерение среднего числа выбросов. Нуль-орган 4 формирует перепад уровня выходного сигнала в момент начала полупериода. Этот перепад запускает ждущий мультивибратор 5, которьй формирует вре1менной интервал длительностью .f (фиг. Г). Выходной сигнал ждущего мультивибратора 5 управляет работой блока регистрации 3. „ Блок-схема устройства на 4иг.З реализует второй метод формирования конца временного интервала. Схема содержит источник 6 переменного тока, , индукционный преобразователь 7 с ферромагнитным сердечником, блок 8 регистрации и нуль- орган 9. Источник 6 перемагничивает сердечник посредством, индукционного преобразователя 7. ЭДС усиливается в блоке 8 регистрации, который одновременно осуществляет измерение среднего числа выбросов. Нуль-орган 9-формирует прямоугольный сигнал,фронты которого совпадают с моментом перехода переменного тока через нуль. Этот сигнал поступает в блок 8 фегистрации, управляя его работой. При этом конец временного интервала формируется автоматически за счет прекращения СБ в момент 2 (фиг.1). Повьш1ение чувствительности при измерении усилий позволяет в конечном счете уменьшить погрешность измерения и повысить достоверность контроля в приборах дпя контроля механических свойств тонких проволок и тонкопленочных изделий.

i, t. VtM I 1

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ, заключающийся в том, что измеряемое усилие прикладывают к ферромагнитному сердечнику, перемагничивают сердечник периодически изменяющимся полем и регистрируют число выбросов ЭДС от скачков Ба.ркгаузена в течение заданного временного интервала, о тfc;;: личающийся тем, что, с целью повьшения чувствительности, начало временного интервала совмещают с началом одного из полупериодов перемагничивающего поля, а конец временного интервала формируют в момент максимума ЭДС от скачков Баркгаузена, соответствующего половине верхнего предела диапазона измерений. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что конец временного интервала формируют посредством временной задержки. 3.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что конец временного интервала формируют посредством ограничения амплитуды напряженности перемагничивающего поля на полупериоде, ГЛ в течение которого осуществляется регистрация ЭДС от скачков Баркгаузена.

t«

MJ

f/

UsM