Устройство для измерения динамической магнитострикции Советский патент 1986 года по МПК G01R33/18 

мотку 2 перемагничивания5 механизм

3плавного перемещения, излучатель

4света фотоэлектрического датчика линейных перемещений, приемник 5 света от излучателя 4, фотоэлектрический датчик 6 линейных перемещений р стержневой пьезоэлектрический преобразователь 7, источник 9

1262433

переменного тока, широкополосный апе риодический усилитель 10, блок 11 регистрации, регулятор 15 тока. Детектор 12 экстремальных значений содержит два каскада на операционных усилителях. Первый каскад является активным амплитудным выпрямителем с закрытым входом. 6 ил.

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для исследования и контроля магнитострикционных свойств магнитных материалов в виде проката. Целью изобретения является повышение точности измерений динамической магнитострикции. Для достижения этой цели в устройство дополнительно введены стабилизированный источник 8 переменного напряжения и последовательно соединенные детектор 12 экстремальных значений., дискриминатор 13 и интегратор 14. Устройство также содержит исследуемьпЧ образец 1, обФиг. I

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для исследования и контроля магнитострикциснных свойств магнитных материалов в виде проката.

Цель изобретения - повышение точности измерения динамической магни,ТОСТрИКЦИИо

На фиг.1 изображена структурная

схема устройства г на фиг,2 - принципиальная схема измерительной части устройства на фиг.З - график зависимости выходного напряя ения усилителя от перемеш;ения свободного конца образцаI на - эпюры напряжений детектора экстремальных значений; на фиг о 5 и 6 - диаграг шы напряжений детектора экстремальных значений при различных амплитудах перемагничивающего поля и знаках магнитострикциИо

Устройство содержит,исследуемый образец 15 обмотку 2 перемагничивания , механизм 3 плавного перемещения j излучатель 4 света фотоэлектрического датчика линейных перемещений, приемник 5 света фотоэлектрического датчика линейных перемещений , фотоэлектрический датчик б линейных перемещен™ 5 стержневой пьезэлектрический преобразователь . 7j стабилизированный источник 8 переменного напряжения, источник 9 переменного тока5 широкополосный апериодический усилитель 10, блок 11 регистрации, детектор 12 экстремальных значений, дискриминатор 13, интегратор 14, регулятор 15 тока.

На фиг. 3-6 показаны зависимости 16-18 напряжения на выходе усилителя от положения свободного конца образца в оптическом канале фотоэлетрического датчика линейных перемещений при различных токах излучателя света (1, 12 Ij ) временная зависимость 19 положения свободного

конца образца в оптическом канале фотоэлектрического датчика линейных перемещений при перемагничивании образца с положительной магнитострикцией, временная зависимость 20 напряжения на выходе усилителя прИ измерении магнитострикции, напряжение 21 на входе детектора экстремальных значений, напряжение 22 на выходе детектора экстремальных значеНИИ при работе в режиме выделения минимальны.х значений входного сигнала, напряжение 23 на выходе детектора экстремальных значений при работе в режиме выделения максим.альных значений входного сигнала, напряжение 24 на выходе первого каскада детектора экстремальных значений. Исследуемый образец 1 расположен внутри обмотки 2 перемагничивания,

Один конец исследуемого образца 1 жестко прикреплен,.йапример, при помощи эксцентрикового зажима к подвижной части механизма 3 плавного перемещения (например винтового типа).

Другой,свободный, конец образца 1 находится между излучателем 4 света и приемником 5 света фотоэлектрического датчика 6 линейных перемещений и частично перекрывает световой поток, идущий от излучателя 4 света к приемнику 5 света. Фотоэлектрический датчик 6 линейных перемещений прикреплен (например, приклеен) к подвижному концу стержневого пьезоэлектрического преоёразователя 7. Другой конец стержневого преобразователя 7 закреплен на неподвижном основании. 3 а его электроды подключены к выходу стабилизированного источника 8 пере менного-, напряжения. Обмотка 2 перемагничивания подключена к выходу ис точника 9 переменного тока. Выход приемника света фотоэлектрического датчика 5 линейных перемещений соед ней с входом усилителя 10, а выход усилителя 10 соединен с входами бло ка 11 регистрации и детектора 12 экстремальных значений. Выход детек тора 12 экстремальных значений соединен с входом дискриминатора 13. Выход дискриминатора 13 соединен с входом интегратора 14. Выход интегр тора 14 соединен с входом регулятор 15 тока, а выход регулятора тока с входом излучателя 4 света фотоэлектрического датчика линейных перемещений . Устройство работает следующим об разом. Перед началом измерений исследуе мый образец 1 размещают внутри обмотки 2 перемагничивания и один его конец жестко закреплен при помощи эксцентрикового зажима на подвижной части механизма 3 плавного перемещения. Величина выходного тока приемника 5 света фотоэлектрического датчи ка линейных перемещений и выходного напряжения усилителя 10 зависит от положения свободного конца образца в оптическом канале фотоэлектрического датчика 6 линейных перемещений. Эта зависимость показана на фиГ.З (эпюры 16-18) и может быть описана следующим выражением:

- кт () KI C--j-)r

и и.

де I - входной ток излучателя 4 света}

Ujj - напряжение смещения на вы- 45 ходе усилителя 1О при

К - коэффициент преобразования входного тока излучателя 4 света в напряжение на выходе усилителя 10 при пал- 50 костью открытом оптическом канале;

d - ширина оптического канала,

X - расстояние от передней стенки оптического канала до 55 свободного конца образца. Чувствительность устройства при иксированной величине входного тока

Up- d

(3) K(d-x)

Чувствительность устройства к периодическим перемещенияи свободного конца образца или фотоэлектрического датчика перемещений при автоматическом управлении током излучателя света А получим, подставив (.3) в (2)

Up

(4) d-x

Для точной установки образца в положение, соответствующее получению номинальной чувствительности устройства, включают стабилизированный источник 8 переменного напряжения (источник 9 переменного тока при этом 334 излучателя света А находится из выражения (1) путем дифференцирования по х: JLI Л d MJПостоянное напряжение с выхода усилителя 10 поступает на вход детектора 12 экстремальных значений. При постоянном входном напряжении на выходе детектора экстремальных значений напряжение также постоянно и равно входному. Это напряжение подается на вход дискриминатора 13, где сравнивается с опорным напряжением, которое в частном случае может быть равно нулю. Сигнал с выхода дискриминатора поступает на вход интегратора 14. Напряжение с выхода интегратора 14 поступает на вход регулятора 15 тока, к выходу которого подключен излучатель 4 света. Под влиянием выходного напряжения интегратора 14 . ток излучателя 4 света изменяется в направлении, соответствующем уменьшению абсолютной величины напряжения на выходе усилителя 10, до тех пор, пока оно не станет равным нулю. Автоматическое управление током излучателя света позволяет компенсировать действие низкочастотных помех . и температурного дрейфа параметров фотоэлектрического датчика 6 линейных перемещений. Величина тока излучателя 4 света в этом случае определяется из выражения (1): выключен). Переменное напряжение с постоянной амплитудой поступает на электроды стержневого пьезоэлектрического преобразователя 7 с известными характеристиками. Под влиянием этого напряжения стержневой пьезоэлектрический преобразователь периодически деформируется, прикрепленный к нему фотоэлектрический датчик 6 линейных перемещений получает колебательные перемещение относительно исходного положения с амплитудой k. Колебательное перемещение фото электрического датчика 6 относительно неподвижного конца исследуемого образца 1 приводит к модуляции светового потока, падающего на приемник 5 света. При этом амплитуда перемен ной составляющей напряжения и, .на выходе усилителя 10 равна следующей величине: С выхода усилителя 10 напряжение поступает на блок 11 регистрации, с помощью которого определяется величина и, В ка честве блока 11 регистрации может быть использован импульсный вольтметр или осциллогра По измеренной величине U;, расчитывается чувствительность устройства . UK Uo А - При помощи механизма 3 плавного перемещения образец устанавливают в такое положение, в котором величи на чувствительности устройства равн номинальной. Этим обеспечивается ка либровка чувствительности устройства и ее одинаковая величина при сме не образцов. Поскольку стержневой пьезоэлектрический преобразователь выполнен из поляризованной керамики и прикла дываемое переменное напряжение невелико, то спектр его колебаний не содержит постоянной составляющей, Поэтому перед калибровкой чувствительности устройства детектор экстр мальных значений переключаютв режи выделе«ия среднего значения входног напряжения. В этом случае включение и выключение стабилизированного источника переменного напряжения не изменяют величину постоянного напряжения на выходе детектора экстремальных значений и не нарушают установившийся режим работы контура автоматического управления током излучаеля 4 света. После точной установкиисследуемого образца 1 детектор экстремальных значений переключают в режим выделения минимальных или максимальных значений в зависимости от знака магнитострикции исследуемого образца и включает источник 9 переменного тока (стабилизированный источник переменного напряжения при этом выключен) . Знак магнитострикции может быть определен по справочным данным, из результатов предыдущих измерений или непосредственно в процессе измерения магнитострикции по форме магнитострикционной петли гистерезиса. При исследовании образцов с положительной магнитострикцией детектор экстремальных значений переключают в режим выделения минимальных значений входного напряжения, а при исследовании образцов с отрицательной магнитострикцией - в режим выделения максимальных значений входного напряжения На фиг.З показаны эпюры входного и выходных напряжений при работе дискриминатора экстремальных значений в указанных режимах. Переменный ток от источника 9 переменного тока, протекая по обмотке 2 перемагничивания, создает переменное магнитное поле, которое перемагничивает исследуемый образец 1. За счет магнитострикционного эффекта свободный конец образца 1 периодически смещается на величину йХд в одном и том же направлении относительно исходного положения (фиг.2, эпю ра 19) и модулирует световой поток, падающий на приемник 5 света от излучателя 4 света, В результате выходной ток приемника 5 света и напряжение на выходе широкополосного усилителя 10 изменяются пропорционально смещению свободного конца образца 1 (фиг.2, эпюра 20), С выхода усилителя 10 пульсирующее напряжение поступает на вход блока 11 регистрации, с помощью которого измеряется его амплитуда (и;ц)« Величина магнитострикции ис71262433

следуемого образца С-) определяется по формуле

Jii

-Л

L-A

где L - длина исследуемого образца.Одновременно пульсирующее напряжение с выхода усилителя 10 поступает на вход детектора 12 экстремальных значений, который преобразует его в постоянное напряжение, равное минимальным значениям входного напряжения (в случае исследования образцов с положительной магнитострикцией), Величина этого напряжения не зависит от,амплитуды перемагничивающего поля и остается такой же, как при выключении источника переменного токаи, следовательно, чувствительность устройства остается постоянной в процессе измерения.

Дискриминатор 13 выполнен в виде дифференциального усилителя, на неинвертирующий вход которого подается напряжение с выхода детектора экстремальных значений, а на другой вход - постоянное напряжение, равное нулю. Регулятор 15 тока выполнен в виде эмиттерного повторителя. Детектор 12 экстремальных значений содержит два каскада на операционных усилителях. Первый каскад является активным амплитудным выпрямителем с закрытым входом.

Формула изобретения

Устройство для измерения динамической магнитострикции, содержащее 5.источник переменного тока, выход которого подключен к обмотке перемагничивания, фотоэлектрический датчик линейных перемещений с открытым оптическим каналом, усилитель, вход 10 которого соединен с выходом приемника света фотоэлектрического датчика, регулятор тока, выход которого подключен к входу излучателя света фотоэлектрического датчика, и блок 5 регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены стабилизированный источник переменного напряжения, подключенный к стержневому

0 пьезоэлектрическому преобразователю, последовательно соединенные детектор экстремальных значений, дискриминатор и интегратор, выход которого соединен с входом регулятора тока,

5 причем один конец стержневого пьезоэлектрического преобразователя закреплен неподвижно, а другой его конец жестко соединен с фотоэлектрическим датчиком линейных перемещеНИИ, усилитель выполнен в виде широкополосного апериодического усилителя, выход усршителя подключен к блоку регистрации и к входу детектора экстремальных значений.

fZ

П

f

т

u

Uff

a

20

d X

k

/

Фиг.З

21 22

Фие.4