Устройство для измерения динамической магнитострикции Советский патент 1987 года по МПК G01R33/18 

Изобретение относится к измерительной магнитной технике и может быть использовано для измерения и контроля магкитострикционных свойств образцов в виде проката.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей при сохранении точности измерения.

На фиг, 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг„ 2 - эпюры сигналов, поясняющие работу устройства; на фиг, 3 - формы петель гестерезиса, наблюдаемые на экране осциллографа.

Устройство содержит источник переменного тока 1, регуляторы переменного тока 2 и 3, первый электронный ключ 4, синхронизатор 5, второй, третий и четвертый электронные ключи 6, 2Q 7 и 8, блок выборки и хранения аналогового сигнала 9, поперечно перемаг- ничивающую обмотку 10, продольно пе- ремагничивающую обмотку 11, исследуемый образец 12, механизм перемещения 25 13, фотоэлектрический датчик линейных перемещений 14, усилитель 15, осциллограф 16, блок стабилизации чувствительности 17, стержневой пьезоэлектрический преобразователь 18, электроды пьезоэлектрического преобразователя 19, стабилизированный источник переменного напряжения 20, датчик тока 21, напряжение источника переменного тока 22, эпюры управляющих сигналов, подаваемых на элек- тронные ключи 23-26, эпюру управляю- щих сигналов, подаваемых на блок выборки и хранения аналоговых сигналов 27, форму управляющего напряжения, подаваемого на электроды пьезо- преобразователя 28, форму продольного магнитного поля 29, форму поперечного магнитного поля 30, форму 31 сигна- ;

5 ремагничивающие обмотки 10 и 11 в ортогональных плоскостях охватывают исследуемый образец 12, причем вторая располагается внутр первой. Один конец исследуемого образпа 12 жестко закреплен на механизме плавного перемещения 13, а другой размещен в открытом оптическом канале фотоэлектрического датчика линейных перемещений 14, выход которого соединен со входом щирокополосного апериодического усилителя 15, Выход усилителя 15 подключен к входу У осциллографа 16 и к информационноь Гу входу блока выборки и хранения аналогового сигнала 9, уп30 равляющий вход которого соединен с четверть1М управляющим выходом синхронизатора 5, а выход - с входом блока стабилизации чз;вствктельности 17. Выход блока 17 подключен к управляюще35 му входу фотоэлектрического датчика 14, который прикреплен к одному из концов стержневого пьезопреобразова- теля 18, Другой конец пьезопреобразо- вателя 18 закреплен неподвижно. Элек40. троды 19 пьезопреобразователя 18 подсоединены соответственно к выходу стабилизированного источника напряжения 20 и к первому управляющему выходу электронного ключа 8, второй уп лов, подаваемых на вход X осциллогра- равляющий выход которого подключен к фа 16, форму 32 сигналов, подаваемых стабилизированного источника , на вход У осциллографа 16, петлю маг- переменного напряжения 20, Вторые нитострикционного гистерезиса при пе- продольной и поперечной пере- ремагничивании образца продольным магничивающей обмоток подключены к магнитным полем 33, петлю 10 магнито- соответствующим входам датчика тока стрикционного гистерезиса при пере- магничивании образца поперечным магнитным полем 34, предельную петлю

21, выход которого соединен с входом X осциллографа 16,

магнитострикционнот о гистерезиса 35, отрезок напряжения U 36,

В ус ройстве выход источников переменного тока 1 соединен со входами регуляторов тока 2 и 3, электронного ключа 4 и синхронизатора 5. Выходы

регуляторов тока 2 и 3 соединены с информационными входами электронных ключей 6 и 7, а первый, второй, третий и пятый управляющие выходы синхр,онизатора 5 - с соответствующими уп- равляюплими входами электронных ключей 4 - В и блока выборки и хранения аналогового сигнала 9, Выход электронного ключа 4 соединен с одним из

концов поперечно-перемагничивающей обмотки 10, а объединенные выходы электронных ключей 6, 7 - с одним из концов продольно перемагничивающей обмотки 1t, Продольно и поперечно перемагничивающие обмотки 10 и 11 в ортогональных плоскостях охватывают исследуемый образец 12, причем вторая располагается внутр первой. Один конец исследуемого образпа 12 жестко закреплен на механизме плавного перемещения 13, а другой размещен в открытом оптическом канале фотоэлектрического датчика линейных перемещений 14, выход которого соединен со входом щирокополосного апериодического усилителя 15, Выход усилителя 15 подключен к входу У осциллографа 16 и к информационноь Гу входу блока выборки и хранения аналогового сигнала 9, управляющий вход которого соединен с четверть1М управляющим выходом синхроQ5

низатора 5, а выход - с входом блока стабилизации чз;вствктельности 17. Выход блока 17 подключен к управляюще35 му входу фотоэлектрического датчика 14, который прикреплен к одному из концов стержневого пьезопреобразова- теля 18, Другой конец пьезопреобразо- вателя 18 закреплен неподвижно. Элек40. троды 19 пьезопреобразователя 18 подсоединены соответственно к выходу стабилизированного источника напряжения 20 и к первому управляющему выходу электронного ключа 8, второй уп равляющий выход которого подключен к стабилизированного источника , переменного напряжения 20, Вторые продольной и поперечной пере- магничивающей обмоток подключены к соответствующим входам датчика тока

21, выход которого соединен с входом X осциллографа 16,

55

Устройство работает следующим образом.

После включения источников переменного тока 1 и переменного стабилизированного напряжения 20 на входы регуляторов тока 2 и 3, электронного

31307408

ключа 4, синхронизатора 5, подается переменное напряжение (см. эпюра 22). Регуляторы тока 2 и 3 перед включением источника 1 могут быть в любом положении. Переменное напряжение, по- 5 данное на вход синхронизатора 5, формирует на его управляющих выходах импульсы, которые подаются соответственно на входы электронных ключей 4-8, Длительности этих импульсов содержат целое число периодов переменного напряжения, а их формирование осуществляется последовательно (см, эпюры 23 - 26). При этом подключение обмоток продольного и поперечного ремагничивания 10 и 11 к источнику переменного тока 1, а пьезопреобразо- вателя 18 к стабилизированному источнику переменного напряжения 20 осуществляется попеременно. Когда элект- 20 ронный ключ 4 находится в открытом состоянии, в продольно намагничивающей обмотке создается насыщаюп1ее переменное магнитное поле. При этом

.-25

ка 14 позволяет компенсировать вне низкочастотных помех и температурного дрейфа выходных параметров сигналов последнего.

Величина тока излучателя света фо тоэлектрического датчика 14 определя ется по формуле

0 где II J o d

напряжение смещения на выходе усилителя 15, при К - коэфЛициент преобразования I/U,j при полном открытом оп тическом канале; d - ширина оптического канала; X - расстояние от передней стен ки оптического канала до свободного конца образца. Чувствительность устройства к периодическим изменениям конца исследуемого образца 12 или фотоэлектрического датчика 14 при автоматическом управлении током излучателя света так же, как и в прототипе, опреде ляется формулой

Uo

Для калибровки чувствительности на управляющий вход четвертого элект

происходит перемагничивание исследуе мого образца 12 по предельному циклу, За счет магнитострикционного эффекта исследуемый образец 12 меняет свои размеры, и в фотоэлектрическом датчике линейных перемещений 14 модулиру- ронного ключа 8 периодически подают- ется сигнал, который подается на вход ся управляющие импульсы синхрониза- широкополосного апериодического уси- тора 5 (см, эпюра 24), При этом к лителя 15 и после усиления поступает электродам 19 пьезоэлектрического на вход У осциллографа 16, а также преобразователя 18 подключается стана информационный вход блока выборки 35 билизированный источник переменного и хранения аналогового сигнала.9, напряжения 20, В результате этого Когда продольное магнитное поле в обмотке 11 достигает своего максимального значения, по команде синхронизастержень пьезопреобразователя 18 совершает калибровочные колебательные движения фотоэлектрического датчика

тора 5 блок выборки и хранения анало-40 14, В момент этого движения перемаггового сигнала запоминает величину этого сигнала и на выходе формирует соответствующий уровень постоянного напряжения, который подается на вход блока стабилизации чувствительности 17 (см, эпюра 27), где происходит сравнение этого уровня с опорным напряжением, В результате сравнения вырабатывается сигнал ошибки, с помощь которого корректируется величина то- ка излучателя света датчика 14, Корректировка осуществляется до тех пор пока напряжение на выходе усилителя 15 в момент магнитного насыщения не будет равно опорному напряжению в пьезоэлектрическом преобразователе 18

Автоматическое управление амплитудой ток,ч фотоэлектрического датчика 14 позволяет компенсировать i - вне низкочастотных помех и температурного дрейфа выходных параметров сигналов последнего.

Величина тока излучателя света фотоэлектрического датчика 14 определяется по формуле

где II J o d

напряжение смещения на выходе усилителя 15, при К - коэфЛициент преобразования I/U,j при полном открытом оптическом канале; d - ширина оптического канала; X - расстояние от передней стенки оптического канала до свободного конца образца. Чувствительность устройства к периодическим изменениям конца исследуемого образца 12 или фотоэлектрического датчика 14 при автоматическом управлении током излучателя света так же, как и в прототипе, определяется формулой

ронного ключа 8 периодически подают- ся управляющие импульсы синхрониза- тора 5 (см, эпюра 24), При этом к электродам 19 пьезоэлектрического преобразователя 18 подключается стабилизированный источник переменного напряжения 20, В результате этого

Uo

а 8 ие эпю 9 п еля й 0,

Для калибровки чувствительности на управляющий вход четвертого электронного ключа 8 периодически подают- ся управляющие импульсы синхрониза- тора 5 (см, эпюра 24), При этом к электродам 19 пьезоэлектрического преобразователя 18 подключается стабилизированный источник переменного напряжения 20, В результате этого

ронного ключа 8 периодически подают- ся управляющие импульсы синхрониза- тора 5 (см, эпюра 24), При этом к электродам 19 пьезоэлектрического преобразователя 18 подключается стабилизированный источник переменного напряжения 20, В результате этого

стержень пьезопреобразователя 18 совершает калибровочные колебательные движения фотоэлектрического датчика

равна

ничивающие токи в обмотках 10 и П отсутствуют и исследуемый образец неподвижен. Сигнал с выхода фотоэлектрического датчика 14 после усиления в блоке 15 поступает на вход У осциллографа 16, после чего осуществляется измерение амплитуды сигнала Ц на экране осциллографа. Амплитуда переменной составляющей напряжения U

равна

Uj. А йх,

1,Л

где U X

7

° d-x

- периодическое смешение образца.

Тогда, зная U, определяем А, При помощи механизма плавного перемещения 13 образец 12 устанавливают в такое положение, в ;сотором величина чувствительности устройства равна номинальной. Этим обеспечивается калибровка чувствительности и ее одинаковая величина при смене образцов.

После точной установки исследуемого образца и калибровки его чувствительности с помощью регуляторов тока 2 и 3 через электронные ключи 4, 6 и 7 к источнику переменного тока подключаются обмотки 10 и 11, в которых создаются перемагничивающие переменные поля. При этом на исследуемый образец 12 действует только несколько периодов продольного магнитного поля и несколько периодов поперечного магto

раф, усилитель, вход которого соединен с выходом фотозлектрическот о дат чика линейных перемещений, а выход - с .входом У осциллографа, блок стабилизации чувствительности, выход кото рого соединен с входом фотоэлектри- ческох о датчика линейных перемещений стабилизированный источник переменно го напряжения и стержневой пьезоэлек трический преобразователь, один конец которого закреплен неподвижно, друт ой конец прикреплен к Фотоэлектрическому датчику линейных перемещес

НИИ, отличающееся тем, нитного поля. Сигналы, пропорциональ- 5 что, с целью расширения функциональные периодическим магнитострикцион- ным деформациям исследуемого образца 12, путем модуляции светового потсжа с выхода фотоэлектрического датчика 14, после усиления в усилителе IS, подаются на вход X осциллографа 16 (см. эпюры 31, 32). При этом на экране осциллографа высвечиваются цетли магнитострикционного гистерезиса,

-

-

полученные соответственно в продоль ных и поперечных магнитных полях. Пр этом путем регулировки тока можно получать как промежуточные магнито- стрикционные петли, так и предельную магнитострикционную петлю гистерезиса. Кроме того, на экране осциллографа 16 на вертикальной линии высвечивается отрезок, длина которого равна и. Формы петель гистерезиса приведены на фиг. 3 (кривые 33 - 33).Отрезок Uj - позиция 36 на Фиг. 3.

При необходимости для повьпиения наглядности с помощью датчика тока 21 производится регулировка масштаба кривых 33 - 35 по осям действия продольного и поперечного магнитных полей .

Формула изо бретения

45 ных ключей и блока выборки и хранения аналогового сигнала, причем продольно перемагничивающая обмотка одним выводом подключена к выходам первого и второго электронных ключей.

Устройство для измерения динамической магнитострикции, содержащее источник переменного тока, продольно перемагничивающую обмотку, охватьшаю- о а другим - к второму входу датчика щую исследуемый образец, соединенный тока, выход которого соединен с вхо- с механизмом перемещения, фотоэлект- дом х осциллографа, а один из электрический датчик линейных перемещений, родов стержневого пьезоэлектрическов котором размешен один из цонцов исследуемого образца, а также осциллог- 55 ду четвертого электронного ключа,

раф, усилитель, вход которого соединен с выходом фотозлектрическот о датчика линейных перемещений, а выход - с .входом У осциллографа, блок стабилизации чувствительности, выход которого соединен с входом фотоэлектри- ческох о датчика линейных перемещений, стабилизированный источник переменного напряжения и стержневой пьезоэлектрический преобразователь, один конец которого закреплен неподвижно, друт ой конец прикреплен к Фотоэлектрическому датчику линейных перемещес

НИИ, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональ25

ных возможностей при сохранении точности измерения, в устройство введены два регулятора переменного тока, датчик тока, поперечно перемагничи20 ваюп1;ая обмотка, блок выборки и хранения аналогового сигнала, синхронизатор, первый, второй, третий и чет- вертьй электронные ключи, подключенные входами соответственно к выходам источника переменного тока, регуляторов переменного тока и стабилизированного источника переменного напряжения, поперечно перемагничивающая обмотка, выполненная охватывающей ис30 следуемый о.бразец и расположенная внутри продольно перемагничивающей обмотки, которая подключена одним выводом к выходу третьего ключа, а другим - к первому входу датчика тока,

35 информационный вход блока выборки и хранения аналогового сигнала подключен к выходу усилителя, а выход к входу блока стабилизации чувствительности, вход синхронизатора подключен

40 к выходу источника переменного тока и входам первого и второго регуляторов тока, а соответствующие выходы - к управляющим входам первого, втор)о- го, третьего и четвертого электрон45 ных ключей и блока выборки и хранения аналогового сигнала, причем продольно перемагничивающая обмотка одним выводом подключена к выходам первого и второго электронных ключей.

о а другим - к второму входу датчика тока, выход которого соединен с вхо- дом х осциллографа, а один из электродов стержневого пьезоэлектрического преобразователя подключен к выхо 2.2

f////;

f//j

Редактор Н. Горват

Составитель Л. Устинова Техред Л.Олейник

Заказ 1Л.9/Л6Ти аж 731Порписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 1 13035, Москва, Ж-33, Раушская наб., д.

Проиявол/.:тнеиио-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектняя,

Фиг.д

Корректор М. Демчик

Изобретение относится к измерительной магнитной технике и может быть использовано для измерения и контроля магнитострикционных свойств образцов в виде проката. Введение в устройство для измерения динамической магнитострикции регуляторов 2, 3 переменного тока, датчика 21 тока, поперечно перемагничивающей обмотки 10, блока 9 выборки и хранения аналогового сигнала, синхронизатора 5 и электронных ключей 4, 6-8 расширяет его функциональные возможности при сохранении точности измерения, 3 ил. СЛ Р СХ)