Преобразователь электроакустического импедансного твердомера Советский патент 1987 года по МПК G01N3/48 

w

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в устройствах для контроля твердости материалов.

Цель изобретения - повьппение чувствительности и стабильности за счет того, что преобразователь работает в режиме ударного возбуждения на собственной частоте резонатора.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Преоб)азователь электроакустического импедансного твердомера содержит магнитострикционньй стержень 1 с жестко закрепленным индентором 2 на одном конце и инертной массой 3 на другом, калибровочную пружину 4, взаимодействующую с корпусом 5 и инертной массой 3, пьезоэлектрический датчик 6, закрепленный на магни- тострикционном стержне 1, катушку 7 возбуждения, охватывающую магнито- стрикционный стержень I, полосовой фильтр 8, выполненный на первом операционном усилителе 9, неинвертирующий вход которого соединен с первым выводом пьезоэлектри ческого датчика 6 и через первый резистор 10 с общей щиной, к которой также подключен вто- 30 рой вывод пьезоэлектрического датчика 6, На инвертирующий вход первого операционного усилителя 9 с его выхода подается частотно-зависимая от12935542

усилителя 16. Антилогарифмическая характеристика усилителя 16 формируется цепью обратной связи, соединяющей выход второго операционного усилителя с инвертирующим входом, соединенным через щестой резистор 20 с общей шиной. Цепь обратной связи обра- зо.вана соединенными последовательно седьмым 21 и восьмым 22 резисторами и первым диодом 23, анод которого соединен с общей точкой сед ьмого 21 и восьмого 22 резисторов, а его катод - с общей шиной. Выход второго операционного усилителя 17 через де- вятый резистор 24 соединен с базой транзистора 25, включенного по схеме эмиттерного повторителя, нагрузкой которого в цепи эмиттера является второй диод 26, своим анодом под- ключенньш к эмиттеру транзистора 25. Эмиттерный вывод транзистора 25- является одновременно выходом усилителя 16 и соединен с первым выводом катушки 7 возбуждения и выходом всего преобразователя. Питание устройства осуществляется от двухполярного источника питания (не показан). С положительной шиной 27 источника питания соединены соответствующие выводы операционных усилителей, катодный вывод второго диода 26 и второй вывод катушки 7 возбуждения, с отрицательной шиной 28 - выводы опе20

25

40

рационных усилителей и коллектор рицательная обратная связь, формирую- эсor

ч- F i j 35 транзистора 25.

Устройство работает следующим образом.

Магнитострикционньй стержень 1 с жестко закрепленным индентором 2 на одном конце и инерционной массой 3 на другом, пьезоэлектрический датчик 6, укрепленный на стержне 1 вблизи пучности его напряженного состояния, второй вывод которого ключен к входу полосового фильтра 8, выход которого соединен с входом усилителя 16, выход которого подключен к катушке 7, составляют резонансную колебательную систему.

50

щая характеристику полосового фильтра 8. Цепь обратной связи образована соединенными последовательно вторым резистором 11, третьим резистором 12, соединяющими неинвертирующий вход первого операционного усилителя 9 с его выходом, и первым конденсатором 13, соединяющим точку соединения резисторов 11 и 12 с общей щиной. Кроме этого, неинвертирующий вход первого операционного усилителя 9 соединен с общей шиной через последовательно соединенные второй конденсатор 14 и четвертый резистор 15. Выход полосового фильтра 8, которым является выход первого операционного усилителя 9, соединен с входом усилителя 16, вьшолненного на втором операционном усилителе 17. Вход дифференцирующей цепи, состоящей из третьего конденсатора 18 и пятого резистора 19, выход которой подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя 17, являетс я входом

55

Цри подаче электрического питания по шинам 27 и 28 в контуре, охваченном положительной обратной связью через катущку 7, возникают свободные

колебания частотой Р..„ .

-о

При применении обычного логарифмического усилителя, что имеет место в известном устройстве, частота и фаза колебаний во многом зависит о.т пара50

55

Цри подаче электрического питания по шинам 27 и 28 в контуре, охваченном положительной обратной связью через катущку 7, возникают свободные

колебания частотой Р..„ .

-о

При применении обычного логарифмического усилителя, что имеет место в известном устройстве, частота и фаза колебаний во многом зависит о.т пара31293554

метров выходного контура (индуктивность катушки возбуждения, а также выходная и монтажная емкости усилителя и катушки). Усилитель при этом обеспечивает амплитудное и фазовое условия самовозбуждения в системе, охваченной положительной обратной связью. Магнитострикционный стержен является промежуточным звеном со свойствами элемента связи. Его влияние также сказывается на обеспечени выполнения фазового и амплитудного условий самовозбуждения, т.е. он выполняет роль полосового фильтра с довольно низкой добротностью.

Но поскольку в электроакустических импедансных твердомерах единственным информационным параметром является частота колебаний магнито- стрикционного стержня, то характеристики (чувствительность, стабильность и т.д.) преобразователей с логарифмическим усилителем будут довольно низкими.

Можно существенно улучшить характеристики преобразователей, использовав режим свободных колебаний маг нитострикционного стержня 1 (контур ударного возбуждения) с импульсным

возбуждением и поддержанием незатухающих колебаний. При этом максимальная передача энергии возбуждения происходит при равенстве дпи- тельности импульса возбуждения .боэБ. полупериоду частоты свободных колебаний Г( eoiB. (

сь 2

и при их жесткой синхрониза1ЩИ .

Такой режим можно обеспечить при использовании в преобразователе усилителя-ограничителя с антилогарифмической выходной характеристикой.

Когда Ug . ех обратная положительная связь в системе оказывается слабой из-за малого коэффициента усиления, что позволяет отстроиться от множества других резонансных частот, в том числе кратных частоте свободных колебаний F , обусловленных монтажными и выходными емкостями усилителя и катушки.

5

0

5

Во время, когда скорость нарастания входного сигнала

. 0,

уси tJ BX

Idt

литель оказывается насьвденным, и из- за ограничения выходного напряжения связь катушки 7 возбуждения со стержнем 1 также будет слабой. Импульс возбуждения при этом имеет длительность „ несколько меньше длительности положительного полупериода колебания магнитострикционного стержня I , а «го фаза и частота определяются длительностью отрицательного по- луперйода свободных колебаний в стержне 1. Для улучшения отношения

сигнал

в цепь обратной связи вклюпомеха

чей полосовой фильтр 8.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным обладает более высокой чувствительностью и стабильностью работы, обусловленной использованием двухкаскадного усилителя с антилогарифмической выходной характеристикой.

Формула изобретения

Преобразователь электроакустического импедансного твердомера, содержащий корпус, Магнитострикционный стержень с идентором на конце, инертную массу, закрепленную на другом конце магнитострикционного стержня, калиброванную пружину, взаимодействующую с инертной массой и корпусом, пьезоэлектрический датчик, закрепленный на магнитострикционном стержне, электромагнитную катушку возбуждения, охватывающую магнитострикцион- ньй стержень, и усилитель, выход которого соединен с электромагнитной катушкой возбуждения, о т л и ч а ю- щ и и с и тем, что, с целью повышения чувствительности и стабильности, он снабжен полосовым фильтром, вход которого соединен с пьезоэлектрическим датчиком, а ВЫХОД с входом усилителя, и усилитель представляет собой усилитель-ограничитель с антилогарифмической амплитудной характеристикой.

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам элект роакустического контроля твердос.ти материалов. Цель изобретения - повышение чувствительности и стабильности возбуждающего стержня на собственной частоте в режиме свободных колебаний. Устройство содержит маг- нитострикционный стержень 1 с инден- тором 2 на одном конце и инерционной массой 3 на другом, последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик 6, закрепленный на магнитострик- ционном стержне 1, полосовой фильтр 8, усилитель-ограничитель 16 с антилогарифмической АЧХ и катушку 7 возбуждения, охватывающую магнитострик- ционный стержень 1. Обратная связь, выполненная таким образом, обеспечивает импульсное возбуждение магнито- стрикционного стержня 2, что приводит к его колебаниям на собственной частоте, обеспечивая при тех же параметрах магнитострикционного стержня повьш1ение чувствительности и стабильности. 1 ил. 027 с S ел с д со РО СП сд .