Способ определения координаты тела Советский патент 1979 года по МПК G01F23/12 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТЫ ТЕЛА

1

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения небольших длин прямолинейного пути, пройденного телом. Данный способ измерения может найти широкое применение в технике контроля уровней жидкости в резервуарах с затрудненным доступом в их внутреннюю полость.

Известен способ определения положения тела q укрепленным на нем магнитом, основанный на применении магнитного электрического преобразователя, перемеш:аемого с помощью следяш,ей системы 1.

Недостатком данного способа является невысокая точность измерения, обусловленная тем, что при большом рассогласовании между магнитом тела и преобразователем требуется длительный поиск.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения координаты тела, заключающийся в том, что при движении тела и укрепленного с ним магнита вдоль магнитной проволоки в последней возникают скачки Баркгаузена, которые фиксируются счетчиком: от 257D до 2573 скачка на каждый сантиметр длины

проволоки независимо от направления движения тела. По числу зарегистрированных скачков судят о расстоянии, пройденном телом 2.

Данный способ имеет существенные недостатки. Им нельзя измерять непосредственно в любой момент времени положение покоящегося тела. С помощью этого способа можно измерять только изменение положения тела (изменение координаты его). При изменении направления движения тела возникает большая погрешность измерения.

Целью изобретения является повышение точности.

Это достигается тем, что по предлагаемому способу полем магнита, связанного с телом, создают в проволоке зародыш перемагничивания, возбуждают одиночный скачок Баркгаузена, состояший в непрерывном перемещении междоменной границы от края зародыша до фиксированной точки отсчета на проволоке, измеряют время перемещения и по времени определяют координату тела.

На фиг. 1 показано взаимодействие магнита с проволокой; на фиг. 2 - схема установки, реализующей данный способ;

на фиг. 3 - график напряженности магнитного поля.

Суть способа состоит в том, что в туго натянутой намагниченной проволоке I длиною в Г-2 м создается зародыш перемагничивания на небольшом участке, а затем, перемагничивая проволоку 1, получают большой скачок Баркгаузена, состояш,ий в непрерывном движении в проволоке одной междоменной границы. Зародыш можно создать, например, полем небольшого магнита 2, напряженность которого направлена против напряженности - Я, намагничиваюшей всю проволоку 1 (см. фиг. 1). При изменении напряженности - Н до какого-то значения + М, в области зародыша возникает поле старта Wg h + Я|, при котором междоменная граница, например, Aui (см. фиг. 1) начнет свое движение от края зародыша в конец проволоки. Так реализуется одиночный скачок Баркгаузена.

Способ измерения координаты X тела с помошью одиночного скачка Баркгаузена можно осуш.ествить, например, на основе принципиальной схемы установки, представленной на фиг. 2. Телом является магнит (N - 5)2. Задача состоит в определении координаты магнита (N-S) относительно небольшой индукционной катушкии -Ь - соленоид, провод которого намотан на пермаллоевую проволоку 1 по всей ее длине, 3 - пружина, натягиваюш,ая проволоку с силой 9 ч- 10 Я. Магнит 2 можно перемещать по направляющей 4, расположенной вблизи и параллельно проволоке 1. Форма магнита (N-S) - небольшой цилиндр, длина которого много меньше длины проволоки. Цилиндр намагничен вдоль оси. Магнитные полюсы N и S расположены в области оснований цилиндра. Конфигурация магнита относительно проволоки состоит в параллельности образующей цилиндра проволоке. Это обеспечивает направляющая 4. Проволока намагничивается одинаково по всей длине полем соленоида LI . Поле магнита 2(N - S) намагничивает небольщой участок проволоки, вблизи которого он расположен (силовые линии замыкаются через этот участок). Если поле, создаваемое магнитом на участке проволоки, направлено против поляи , то в проволоке 1 вблизи магнита 2 возникает зародыш перемагнйчивания.

На фиг. 1 представлена схема зародыша перемагнйчивания.

Я - напряженность поля в L j, Ь - напряженность поля магнита в области участка проволоки Ду, AJI и Дуг - области междоменных границ, Д у - область зародыша.

При изменении - Я до некоторого значения + Я, обеспечивающего в сумме сЬ поле старта Н Н возникает явление движения междоменных границ (большой

скачок Баркгаузена). смещается в сторону (судя по фиг. 1, вправо). Дуг, - в противоположную сторону. Как трлько граница Ду1 достигнет съемной катушкиЬг, в ней возникнет ЭДС индукции. Если зафиксировать момент времени появления вЬг электрического сигнала S, который обозначим tfi, и момент времени начала движения границы1о, то можно определить время -t движения границы на участке ХЛ . Находим X:

.±,

где V - скорость движения границы. Из многих опытов известно, что V различна на различных участках проволоки, V V(A).

В связи с этим для данной проволоки, являющейся основным измерительным элементом координаты X, необходимо осуществить градуировку, состоящую в изучении зависимости A(t). Зная график X(t), можно определить по нему любое значение X, измерив для него t . Измерение величины t можно осуществить с помощью блок-схемы, представленной на фиг. 2, где 5 - низкочастотный генератор разнополярных прямоугольных импульсов, 6 - усилитель, 7 - частотомер, 8 - блок питания. Частота генератора 5 берется такой, чтобы длительность каждого генерируемого импульса (1/2) Г была больше, чем максимальное время движения междоменной границы.

Примем направление h за положительное.

Тогда при отрицательном импульсе генератора в соленоиде L( получим поле с напряженностью -Н, направленное против h. При переключении отрицательного импульса на положительный произойдет изменение скачком -Я на + Я, и при каком-то Н получим поле старта Н, обеспечивающее начало движения границы Ьу в момент времени±с (см. фиг. 3). В этот же момент времени to t3 с помощью фронта (1 -2) положительного импульса происходит запуск счета импульсов на частотомере, который генерирует свои импульсы и показывает их число m на световом табло. Выключение счета импульсов частотомера осуществляется в момент BpeMeHHtj. За время t t -to

получим

m nt

где n - число импульсов, генерируемых частотомером в единицу времени (величина, известная для данного частотомера);

1 - число импульсов, полученных

на частотомере за интервал времени.

t .

Устанавливая различие положения магнита относительно края катушки Lj. и измеряя для них А и t , можно получить градуировочный график Х(±.). Для измерения положения какого-либо тела, смещающегося прямолинейно, необходимо его жестко связать с магнитом (N-S), а проволоку расположить параллельно пути этого тела, сохраняя при движении тела указанную выше взаимную конфигурацию магнита (N-S) и проволоки. Каждое измеренное значение X в этом случае определяет положение тела относительно заданной точки.

Для измерения уровня жидкости с помощью представленного способа, необходимо магнит (М-S) жестко связать с поплавком, а проволоку в соленоиде L i расположить вертикально в данной жидкости так, чтобы поплавок при смещении своем вверх или вниз вместе с уровнем жидкости перемещал бы магнит, сохраняя его неизменную конфигурацию относительно проволоки. Тогда положение магнита будет определяться положением поплавка, а измеренное значение координаты X магнита будет однозначно соответствовать данному уровню жидкости.

Формула изобретения Способ определения координаты тела, основанный на возбуждении скачков Баркгаузена в проволоке, вдоль которой перемещается тело, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, полем магнита связанного с телом, создают в проволоке зародыш перемагничивания, возбуждают одиночный скачок Баркгаузена, состоящий в непрерывном перемещении междоменной границы от края зародыща до фиксированной точки отсчета на проволоке, измеряют время перемещения и по времени определяют координату тела.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство № 290178, кл. G 01 F 23/26, 1969.