"Преобразователь перемещений и вибраций в электрический сигнал Советский патент 1979 года по МПК G01B7/00 G01H11/00 

1

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения малых перемещений и вибраций в сплошных твердых телах.

Известно устройство для измерения перемеш.ений с пленочным датчиком Холла, жестко связанным с магнитной пленкой на диэлектрической подложке 1. Данное устройство не позволяет измерять малые перемещения и вибрации порядка 10 А.

Известно также устройство для измерения перемещений 2, содержащее витую упругую ленту, связанную с исследуемым объектом, и чувствительный элемент, расположенный в центральной части ленты. Недостатками данного устройства являются сравнительно большие габариты и недостаточно высокая чувствительность.

Целью изобретения является повышение чувствительности и уменьшение габаритов преобразователя.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом преобразователе чувствительный элемент выполнен в виде гальваномагниторекомбинационного элемента, расположенного вдоль направления регистрируемых перемещений в магнит11ом поле, вектор магнитной индукции которого направлен перпендикулярно длине элемента и параллельно плоскости, соединяющей середины областей с высокой и низкой скоростями поверхностной рекомбинации носителей тока в гальваномагниторекомбинационном элементе.

Для уменьшения инерционности преобразователя и повышения линейности гальваномагниторекомбинационный элемент выполнен в виде отрезка литого полупроводникового микропровода с областью высокой скорости поверхностной рекомбинации носителей, выполненной в виде слоя цилиндрической формы с центральным углом не более 15°

Схема описываемого устройства представлена на чертеже.

Преобразователь содержит неподвижную магнитную систему, например, в виде постоянного магнита 1, между полюсами которого создано однородное магнитное поле. В зазоре .между указанными полюсами расположен гальваномагниторекомбинационный элемент (ГМР-элемент) 2, например, из литого германиевого микропровода, который закреплен на перемычке 3 в центральной части передачи, выполненной в виде витой упругой ленты 4 (механизма Абрамсона). Этот механизм обеспечивает высокое передаточное отношение порядка 5- 8 град/мкм при сравнительно малом продольном усилии 0,01-0,025 г/град. ГМР-элемент представляет собой полупроводниковый кристалл, например германия, с токовыми контактами 5 и токовыводами на концах (в данном случае ими служат витые участки 4 (механизма Абрамсона), противоположные грани которого обладают различными скоростями поверхностей рекомбинации носителей тока. При воздействии на ГМР-элемент магнитного поля, вектор магнитной индукции которого перпендикулярен протекающему в нем току и плоскости, соединяющей середины областей с высокой и низкой скоростями поверхностной рекомбинации, его сопротивление изменяется максимальным образом. Если питать указанный элемент переменным током, то под действием постоянного магнитного поля на его токовыводах возникает постоянное напряжение (сигнал), пропорциональное величине этого поля В предложенном устройстве ГМР-элемент расположен вдоль направления регистрируемых перемещений таким образом, чтобы вектор магнитной индукции был направлен перпендикулярно длине ГМР-элемента, а значит, и току в нем, и параллельно плоскости, соединяющей середины областей с высокой и низкой скоростями поверхностной рекомбинации носителей тока. При этом сигнал с ГМР-элемента в начальном положении равен нулю. Измеряемое напряжение с ГМР-элемента поступает в электрическую схему 6 регистрации сигнала. Предлагаемый преобразователь обычно служит для измерения малых перемещений и вибраций, происходящих, например, внут ри малого объема исследуемого объекта (обычно сплощного твердого тела), для чего концы витых участков упругой тонкой ленты механизма Абрамсона крепятся в точках, относительно которых измеряются взаимные перемещения. Устройство работает следующим образом. При возникновении перемещений механизм Абрамсона сообщает ГМР-элементу вращательное движение. ГМР-элемент, ориентированный в магнитном поле описанным выще способом, при вращении изменяет свое сопротивление. Подключенный в электрическую схему, питающую его стабилизированным переменным током, ГМР-элемент выделяет постоянное напряжение на токовыводах, пропорциональное углу его поворота, а значит, и измеряемому перемещению. Это напряжение измеряется схемой регистрации сигнала. Таким образом достигается преобразование малых перемещений и вибраций исследуемого объекта в электрический сигнал. Совместное использование ГМР-элемента и механизма Абрамсона позволяет достичь вь1сокой .пороговой чувствительности порядка 3-5 А при уменьшении габаритов и простоте конструкции. Применение витых участков упругой ленты механизма Абрамсона в качестве токовыводов ГМР-элемента снижает поперечные размеры устройства и индукционные наводки, что уменьщает погрешность измерения. Выполнение ГМР-элемента в виде отрезка литого полупроводникового микропровода, например из германия, с областью высокой скорости поверхностной рекомбинации носителей тока, выполненной в форме цилиндрического слоя с центральным угло.м не более 15°, повышает линейность преобразования (за счет цилиндрической формы) и резко снижает инерционность работы преобразователя (за счет снижения поперечных размеров). Внедрение предлагаемого изобретения позволит измерять малые перемещения и вибрации в сплошных твердых телах и оболочках, например, регистрировать начальные стадии разрушающих деформаций с целью их предотвращения. Формула изобретения 1.Преобразователь перемещений и вибраций в электрический сигнал, содержащий витую упругую ленту, связанную с исследуемым объектом, и чувствительный элемент, расположенный в центральной части ленты, отличающийся тем, что, с целью повыщения чувствительности и уменьщения габаритов, чувствительный элемент выполнен в виде гальваномагниторекомбинационного элемента, расположенного вдоль направления регистрируемых перемещений в магнитном поле, вектор магнитной индукции которого направлен перпендикулярно длине элемента и параллельно плоскости, соединяющей середины областей с высокой и низкой скоростями поверхностной рекомбинации носителей тока в гальваномагниторекомбинационном элементе. 2.Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения инерционности и повыщения линейности, гальваномагниторекомбинационный элемент выполнен в виде отрезка литого полупроводникового микропровода с областью высокой скорости поверхностной рекомбинации носителей, выполненной в виде слоя цилиндрической формы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 Авторское свидетельство СССР № 503153, кл. G 01 D 5/12, 1973

2. Авторское свидетельство CCLF № 244668, кл. G 01 L 9/00, 1967 (прототип).