DE4233691A1 - Magnetoelastic-optical force transducer using rotary template - reduces force measurement to equiv. encoding of optimum angular position of disc overlying magnetic needle - Google Patents

Magnetoelastic-optical force transducer using rotary template - reduces force measurement to equiv. encoding of optimum angular position of disc overlying magnetic needle

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    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
    • G01L1/125—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using magnetostrictive means

Abstract

A ferromagnetic detector rod displaying significant inverse magnetostriction has one end of a magnetic needle suspended in front of it and overlaid with a rotary circular template. A photoelectric sensor enables the light traversing the assembly of the needle and template to be registered and minimised by template rotation. An electrical signal denoting the angular position of the needle is output from the photoelectric sensor for automatic measurement. The device is encapsulated in highly permeable alloy for magnetic shielding. USE/ADVANTAGE - Accurate force measurement using Villari-II inverse magnetostrictive effect.

Description

Bei der Erfindung handelt es sich um einen Kraftaufnehmer, der auf dem zur Magnetostriktion inversen Effekt einer Magnetisie­ rungsänderung eines ferromagnetischen Körpers unter Druck (resp. Zug) beruht (Villari-Effekt II). Er führt eine Kraftmessung über magnetoelastisch bedingte Magnetisierungsänderung auf eine optische Winkelmessung zurück.The invention is a force transducer that on the effect of a magnetis inverse to magnetostriction change of a ferromagnetic body under pressure (resp. Zug) is based (Villari effect II). He performs a force measurement via magnetoelastic change in magnetization to a optical angle measurement back.

Neben federmechanischen und piezoelektrischen Kraftaufnehmern existieren bereits magnetoelastische Kraftaufnehmer, die eine durch Magnetoelastizität bedingte Permeabilitätsänderung eines ferromagnetischen Druckkörpers über elektrische Induktivitäts­ messung nachzuweisen gestatten. Zwar sind diese Kraftaufnehmer mechanisch äußerst einfach aufgebaut und für robuste Betriebs­ messungen geeignet, ihre Induktivitätsmessung ist jedoch weit ungenauer als optische Winkelmessungen sein können. Sie benöti­ gen in jedem Fall eine elektrische Versorgung.In addition to spring mechanical and piezoelectric force transducers magnetoelastic force transducers already exist, one change in permeability caused by magnetoelasticity ferromagnetic pressure body via electrical inductance allow measurement to be demonstrated. These are force transducers mechanically extremely simple and for robust operation suitable measurements, but their inductance measurement is wide may be less accurate than optical angle measurements. You need electrical supply in any case.

Mit der eingangs genannten Erfindung soll eine Kraftmessung über den invers-magnetostriktiven Effekt (Villari II - Effekt) einer Magnetisierungsänderung eines ferromagnetischen, elastisch deformierbaren Detektorstabes auf eine optische Winkelmessung zurückgeführt werden, die mit hoher Genauigkeit ausgeführt wird.A force measurement is intended with the invention mentioned at the beginning on the inverse magnetostrictive effect (Villari II effect) a change in magnetization of a ferromagnetic, elastic deformable detector rod on an optical angle measurement be returned, which is executed with high accuracy.

Die Magnetfeldmessung über optische Winkelmessung kann geschehen durch Messung der Lichtdurchlässigkeit einer Baugruppe aus Mag­ netnadel und einer diese überlagernden drehbaren Schablonen­ scheibe, die von einer lichten Fläche mit der Form der Nadel gekennzeichnet ist. Der die Lichtdurchlässigkeit der Baugruppe erfassende fotoelektrische Sensor steuert einen Drehgeber an, der die Schablone solange dreht, bis das absolute Minimum an Transmission der Baugruppe gemessen wird. Dann befinden sich Magnetnadel und lichte Fläche der Schablone in Deckung. Ein weiteres Ausführungsbeispiel gäbe die Maximum-Messung in Trans­ mission oder auch Reflexion. Die Extremum-Methode könnte sich auch einer Hilfsabbildung bedienen, die das Bild der Nadel und die Schablone überlagert. Hat die Schablone die optimale Deckung mit der Nadel, kann ein Winkeldekoder am Schablonenring ein elek­ trisches Ausgangssignal liefern, das in Krafteinheiten kalibrier­ bar ist. Die Zuordnung von Kraft zu Winkel ist eindeutig, wenn die Hysterese der Magnetisierung des Detektorstabes eine zu ver­ nachlässigende Fläche beinhaltet, was z. B. bei Nickel durch eine Folge von Kompressionen mit jeweils nachfolgender magnetischer Umpolung zu erreichen ist. Nach einer solchen Vorbehandlung ist die Druckmagnetisierung dann nicht mehr remanent. Zur Abschirmung äußerer magnetischer Störfelder sollte der magnetoelastisch-opti­ sche Druckaufnehmer in hochpermeables Mymetall eingekapselt sein. Der Mantel wird nur von notwendigen Durchführungen wie der Detek­ torstabdurchführung durchbrochen.The magnetic field measurement via optical angle measurement can be done by measuring the light transmission of an assembly from Mag netnadel and a rotatable stencils superimposed thereon disc that has a clear surface with the shape of the needle is marked. The translucency of the assembly sensing photoelectric sensor controls a rotary encoder,  who rotates the template until the absolute minimum Transmission of the assembly is measured. Then are Magnetic needle and clear surface of the template in cover. A Another embodiment would be the maximum measurement in Trans mission or reflection. The extremum method could also use an auxiliary image that shows the image of the needle and overlay the template. Does the template have the best coverage with the needle, an angle decoder on the template ring can be an elec Deliver trical output signal that calibrate in units of force is cash. The assignment of force to angle is clear if to verify the hysteresis of the magnetization of the detector rod careless area includes what z. B. in nickel by a Sequence of compressions with subsequent magnetic Polarity reversal can be achieved. After such pretreatment the pressure magnetization is then no longer retentive. For shielding External magnetic interference fields should the magnetoelastic opti pressure transducers are encapsulated in highly permeable metal. The coat is only used by necessary operations such as the Detek Opened through the gate bar.

Claims (2)

Magnetoelastisch-optischer Kraftaufnehmer, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) die Kraftmessung über magnetoelastisch bedingte Magnetisierungsänderung eines mechanisch auf Spannung belasteten Detektorstabes erfolgt, dessen Verhalten hinsichtlich Magnetisierungsänderung hervorgerufen durch mechanische Spannung über Vor­ behandlung, etwa eine Folge von Kompressions-Umpo­ lungszyklen, optimiert wurde,
  • b) die magnetische Feldänderung des Detektorstabes magnetomechanisch auf eine optoelektrische Mes­ sung zurückgeführt wird. Ungenauigkeiten, mit denen die Induktivitätsmessung beim bekannten magneto­ elastisch-induktiven Kraftaufnehmer behaftet ist, entfallen. Nicht die magnetoelastische Permeabi­ litätsänderung, sondern die spannungselastisch be­ dingte Änderung der Magnetisierung wird quasista­ tisch zur Kraftmessung herangezogen und mit hoher Präzision magnetomechanisch-optoelektrisch umge­ setzt. Weiter ist kennzeichnend, daß
  • c) die magnetoelastisch-magnetomechanisch-optoelek­ trische Kraftmessung vollständig automatisch und sehr genau erfolgen kann, z. B. beim Wägen schwerer Maschinen, und der Kraftaufnehmer magnetisch und elektrisch abgeschirmt sowie als kompakte Einheit zu fertigen ist.
Magnetoelastic-optical force transducer, characterized in that
  • a) the force measurement is carried out via magnetoelastically induced change in magnetization of a detector rod that is mechanically stressed, the behavior of which with respect to the change in magnetization caused by mechanical tension via pretreatment, for example a sequence of compression reversal cycles, has been optimized,
  • b) the magnetic field change of the detector rod is returned magnetomechanically to an optoelectric measurement solution. Inaccuracies with which the inductance measurement is associated with the known magneto-elastic-inductive force transducer are eliminated. It is not the magnetoelastic permeability change, but the change in the magnetization caused by the tension elastic that is used virtually for force measurement and implemented with high precision magnetomechanical-optoelectrical. It is also characteristic that
  • c) the magnetoelastic-magnetomechanical-optoelectrical force measurement can take place completely automatically and very precisely, e.g. B. when weighing heavy machinery, and the force transducer is magnetically and electrically shielded and to be manufactured as a compact unit.
2. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
  • a) eine Vorrichtung zum magnetomechanischen Umsetzen einer axial auf den als Meßfühler fungierenden magnetoelastischen Detektorstab wirkenden Spannung in eine Drehbewegung einer Magnetnadel,
  • b) eine sich mit der Magnetnadel, bei Hilfsabbildung deren Bild, überlagernde drehbare Schablone, die in der Regel so ausgeführt wird, daß sie flach und bis auf eine lichte Fläche mit der Form der Nadel lichtundurchlässig ist. Bei einer Messung wird dann die lichte Fläche mit der Nadel in Deckung gebracht, bis das die Baugruppe aus Nadel und Schablone passierende Licht ein Exremum (Mini­ mum) annimmt. Ein mit dem Schablonenring verbunde­ ner Winkeldecoder kann ein elektrisches Ausgangs­ signal liefern, das in Krafteinheiten kalibrier­ bar ist. Der Schablonenring kann mittels Drehgeber mit der Nadel in Deckung gebracht werden. Zudem ist der Kraftaufnehmer nach 2.a), b) gekennzeichnet durch
  • c) die Eigenschaft, daß die Steuerimpulse für den Dreh­ geber in Abhängigkeit von der Lichtdurchlässigkeit der Baugruppe aus Magnetnadel und drehbarer Schablo­ nenscheibe von einem fotoelektrischen Sensor gelie­ fert werden, der solange zu einer Drehung der Schab­ lone Anlaß gibt, bis ein Extremum (Minimum) an Durch­ lässigkeit erreicht ist. Sodann ist die Winkelstel­ lung des Schablonenringes ein Maß für die auf den Kraftaufnehmer wirkende Kraft. Schließlich ist der Kraftaufnehmer gekennzeichnet durch
  • d) eine Verkapselung der magnetoelastisch-magnetomecha­ nisch-optischen Baugruppe aus hochpermeablem Mymetall, die nur von notwendigen Durchführungen durchbrochen. wird.
2. Force transducer according to claim 1, characterized by
  • a) a device for magnetomechanically converting a voltage acting axially on the magnetoelastic detector rod functioning as a measuring sensor into a rotary movement of a magnetic needle,
  • b) a rotatable stencil superimposed with the magnetic needle, in the case of an auxiliary image of the image, which is generally carried out in such a way that it is flat and opaque except for a clear surface with the shape of the needle. In the course of a measurement, the clear surface is then covered with the needle until the light passing through the assembly of needle and template assumes an extreme (mini mum). An angle decoder connected to the template ring can supply an electrical output signal that can be calibrated in force units. The template ring can be aligned with the needle using a rotary encoder. In addition, the force transducer according to 2.a), b) is characterized by
  • c) the property that the control pulses for the encoder depending on the light transmission of the assembly of magnetic needle and rotatable stencil disc are delivered by a photoelectric sensor that gives rise to a rotation of the template until an extremum (minimum) on is achieved through nonchalance. The angular position of the template ring is then a measure of the force acting on the force transducer. Finally, the force transducer is characterized by
  • d) an encapsulation of the magnetoelastic-magnetomechanical-optical assembly made of highly permeable Mymetall, which only breaks through necessary bushings. becomes.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999002982A1 (en) * 1997-07-09 1999-01-21 Anatoly Alexandrovich Dubov Method for determining the stress deformation condition of an article made of a ferro-magnetic material using magnetic field dispersion and device for realising the same
EP1333264A1 (en) * 2002-02-04 2003-08-06 Dwyer Instruments, Inc. Pressure sensor with tensioned metal diaphragm by adapted coefficients of expansion, precipitation hardened alloys, magnetic shielding
CN110799799A (en) * 2017-06-02 2020-02-14 爱德拜克私人有限公司 Displacement measuring device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3241018A1 (en) * 1981-11-10 1983-05-19 Vacuumschmelze Gmbh, 6450 Hanau Magnetic sensor
DE3819083A1 (en) * 1988-06-04 1989-12-07 Daimler Benz Ag MAGNETOELASTIC FORCE MEASURING DEVICE

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3241018A1 (en) * 1981-11-10 1983-05-19 Vacuumschmelze Gmbh, 6450 Hanau Magnetic sensor
DE3819083A1 (en) * 1988-06-04 1989-12-07 Daimler Benz Ag MAGNETOELASTIC FORCE MEASURING DEVICE

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DE-B.: Christof ROHRBACH "Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen" VDI-Verlag Düsseldorf, 1967, S.178/179 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999002982A1 (en) * 1997-07-09 1999-01-21 Anatoly Alexandrovich Dubov Method for determining the stress deformation condition of an article made of a ferro-magnetic material using magnetic field dispersion and device for realising the same
EP1333264A1 (en) * 2002-02-04 2003-08-06 Dwyer Instruments, Inc. Pressure sensor with tensioned metal diaphragm by adapted coefficients of expansion, precipitation hardened alloys, magnetic shielding
US6807865B2 (en) 2002-02-04 2004-10-26 Dwyer Instruments, Inc. Pressure sensor with a radially tensioned metal diaphragm
US7073385B2 (en) 2002-02-04 2006-07-11 Dwyer Instruments, Inc. Pressure sensor with a radially tensioned metal diaphragm
CN100381801C (en) * 2002-02-04 2008-04-16 德怀尔仪器公司 Pressure sensor with radial tension metal disphragm
CN101241031B (en) * 2002-02-04 2011-12-21 德怀尔仪器公司 Pressure sensor for measuring fluid pressure
CN110799799A (en) * 2017-06-02 2020-02-14 爱德拜克私人有限公司 Displacement measuring device
CN110799799B (en) * 2017-06-02 2022-04-29 爱德拜克私人有限公司 Displacement measuring device

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