Датчик угловых перемещений Советский патент 1986 года по МПК G01B21/22 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения углового положения в системах с большим диапазоном изменения угла и может быть использовано для передачи информации в системах дистанционного управления и командных устройствах.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей датчика и повышение его надежности путем увеличения диапазона измеряемого угла поворота, повышения Ътношения сигнал/шум и возможности использования частотных методов выделения сигнала.

На фиг. 1 схематически представлен датчик угловых перемеш.ений; на фиг. 2 - блок-схема датчика.

Датчик угловых перемеш,ений содержит постоянный магнит 1, ферромагнитную маг- нитострикционную пленку 2 с доменной структурой, закрепленную с возможностью враш,ения вокруг оси 3 вдоль силовых линий поля постоянного магнита. На поверхности пленки нанесены два встречно-штыревых преобразователя 4 и 5, подключенные к источнику 6 высокочастотного сигнала и блоку 7 измерения. Источник 6 и блок 7 электрически подключены к блоку 8 сравнения.

Датчик работает следующим образом.

В магнитострикционной ферромагнитной пленке 2 под действием однородного магнитного поля, создаваемого магнитом 1, происходит перераспределение магнитных моментов доменов, в результате образуются полосовые доменные структуры. При этом элементарные магнитные моменты выстроены в направлении силовых линий внешнего магнитного поля. Во встречно-штыревом преобразователе 4, работающем на основе пьезоэлектрического эффекта, под действием переменного электрического тока высокой частоты возбуждается направленная поверхностная акустическая волна. Энергия волны экспоненциально затухает вглубь материала и поэтому локализуется в слое ферромагнитной пленки 2.

Под действием направленных упругих акустических волн вследствие эффекта магнитной упругости в ферромагнитной пленке возникают направленные механические напряжения, что приводит к изменению намагниченности материала. Изменение намагниченности, вследствие эффекта магнитострик- ции приводит к возникновению механических деформаций и напряжений в ферромагнитной пластине. В результате возникают кристаллические дефекты, на которых происходят потери на распространение опорной акустической волны. При повороте ферромагнитной пленки 2 с полосовыми доменами относительно силовых линий поля постоянного магнита 1 происходит вращение доменных границ относительно направленной опорной акустичес

0

5

КОЙ волны в диапазоне углов от О до 360°. При ориентации доменной границы перпендикулярно линии распространения акустической волны (продольное направление) возникают продольные механические напряжения, что приводит к слабому изменению магнитных доменов и, следовательно, к незначительным механическим деформациям материала. В этом случае суммарные потери и распространение опорной акустической волны минимальные и составляют 10 дБ. Это соответствует положению датчика, показанному на фиг. 1. При повороте ферромагнитной пластины на угол 90° полосовые домены выстраиваются вдоль направления распространения возбуждаемых акустических волн. При этом направление продольных механических деформаций совпадает с направлением магнитных доменов, что приводит к резкому усилению магни- тоупорного взаимодействия в ферромагнитной пластине и, как следствие, к резкому изменению намагниченности материала, это, в свою очередь, обусловливает значительные механические деформации и напряжения. На возникающих кристаллических дефектах происходит затухание опорной акустической волны, потери на ее распространение максимальные и составляют 65 дБ. Приемником излучения упругой акустической волны служит второй встречно-щтыревой преобразователь 5, который преобразует энергию волны в пропорциональное ей на0 пряжение, которое регистрируется блоком 7 измерения. Напряжение с блоков 6 и 7 поступает на блок 8 сравнения, который выдает разностный сигнал.

Таким образом, меняя ориентацию полосовых доменных структур относительно направленной акустической волны, меняются суммарные потери на распространение упругих ультразвуковых волн. Зависимость суммарных потерь от угла поворота полосовой доменной структуры имеет резко выраженный экстремальный характер и изменяется по линейному закону.

Такая зависимость потерь на распространение акустической волны от угла поворота доменной структуры позволяет измерять угловое положение в интервале

5 с большой точностью. Разрешающая способность устройства составляла 0,01 град. Использование селективного блока измерения электрического напряжения и блока сравнения позволит резко повысить отнощение полезного сигнала к шуму, и оно

0 составляет 250, что значительно повышает надежность измерений.

Направленная упругая акустическая волна возбуждается во встречно-штыревом преобразователе, представляющем собой пьезоэлектрическую пленку из сернистого кадмия, нанесенную на ферромагнитную пластину способом ионно-плазменного распыления с однородным перекрытием штырей, и

5

0

5

работающем в согласованной передающей системе.

В качестве информационного носителя используют ферромагнитную (FeNi) магнито- стрикционную пленку с полосовой доменной структурой с осью анизотропии типа «легкая плоскость.

Формула изобретения

Датчик угловых перемещений, содержащий постоянный магнит, размещенную в его поле ферромагнитную пленку с доменной структурой, установленную с возможностью вращения на оси, источник питания и блок измерения,.отлычаюи{ыыся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей

датчика и повыщения его надежности, он снабжен нанесенными на поверхности пленки двумя встречно-щтыревыми преобразователями, представляющими собой пьезоэлектрическую пленку, один из которых подключен к блоку измерения, источником высокочастотного сигнала, подключенным к второму встречно-штыревому преобразователю, и блоком сравнения, к которому подключены блок измерения и источник высокочастотного сигнала, а ферромагнитная пленка выполнена из магнитострикционного материала с осью анизотропии типа «легкая плоскость с формированными в ней полосовыми доменными структурами и установлена с возможностью вращения вокруг оси вдоль силовых линий поля постоянного магнита на угол 360°.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения углового положения в системах с большим диапазоном изменения угла и может быть использовано для передачи информации в системах дистанционного управления и командных устройствах. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей датчика и повышение его надежности за счет увеличения диапазона измеряемого угла поворота, повышения отношения сигнал/шум и возможности использования частотных методов выделения сигнала. Датчик угловых перемещений содержит постоянный магнит, размещенную в поле магнита ферромагнитную пленку из магнито- стрикционного материала с осью анизотропии типа «легкая плоскость с формированными на ней полосовыми доменными структурами, установленную с возможностью вращения вокруг оси вдоль силовых линий поля постоянного магнита на угол 360°, два встречно-штыревых преобразователя в виде пьезоэлектрической пленки, нанесенные на поверхность ферромагнитной пленки, один из которых подключен к блоку измерения, а второй - к источнику высокочастотного сигнала. 2 ил. i СЛ IsS 4 4 4 а