RO112788B1 - Senzor de deplasare si metoda de masurare a deplasarii - Google Patents

Description

Prezenta invenție se referă la un senzor de deplasare și la o metodă de măsurare a deplasării.

Măsurarea de precizie a poziției și deplasării diferitelor obiecte fizice este esențială pentru foarte multe aplicații: robotică, sisteme de securitate și control etc. Pentru măsurarea deplasărilor, sunt cunoscute metode de măsurare cu ajutorul senzorilor, ce utilizează diferite tipuri de traductoare: reostatice, inductive, capacitive, diferențiale, cu tensiune indusă, de radiații etc. Majoritatea acestor tipuri de traductoare măsoară deplasări mici (de ordinul a câțiva mm). Pentru măsurarea de deplasări mari, se pot utiliza traductoare inductive cu miez mobil, traductoare la care inductivitatea bobinei variază în funcție de poziția miezului. Caracteristica de răspuns este însă neliniară.

Senzorul de deplasare, conform invenției, lucrează pe principiul liniilor de întârziere magnetostrictivă și este constituit dintr-un fir magnetostrictiv amorf FeSiB, care constitue linia de întârziere, o bobină de excitație, o bobină de recepție și un bloc de detecție care afișează la ieșire timpul de întârziere At dintre momentul generării impulsului de curent, de excitație și momentul recepționării impulsului de tensiune, indusă în bobina de recepție. Timpul de întârziere variază liniar cu variația distanței dintre locul de recepție și cel de excitație. Metoda de măsurare a deplasării “d”, conform invenției, constă în aceea că, în condițiile menținerii constante a poziției bobinei de excitație, se deplasează bobina de recepție pe direcția axei firului amorf, se citește pe un afișor valoarea timpului de întârziere și se determină valoarea deplasării folosind curba de etalonare a senzorului de deplasare d = f[4t].

Senzorul de deplasare, conform invenției, are următoarele avantaje:

- permite determinarea rapidă a unor deplasări de până la aproximativ 1 m;

- prezintă robustețe mecanică.

Metoda de măsurare a deplasării, conform invenției, are următoarele avantaje:

- are o caracteristică de răspuns liniară;

- permite efectuarea de măsurători de mare precizie.

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1 și 2, care reprezintă:

-fig.1, schema de principiu a senzorului de deplasare;

- fig. 2, reprezentarea grafică a dependenței timpului de întârziere de distanța “d”, dintre locul de excitație și cel de recepție.

Senzorul de deplasare, conform invenției, reprezentat în fig. 1, este constituit dintr-un fir magnetostrictiv amorf 1 din FeSiB,așezat în poziție orizontală, care constituie linia de întârziere magnetostrictivă. □ bobină de excitație 2 este utilizată pentru crearea unui câmp magnetic în locul de excitație, care produce impulsuri acustice prin efect magnetostrictiv direct. Acestea se propagă prin linia de întârziere și sunt detectate, prin efect magnetostrictiv invers, ca impulsuri de tensiune electrică în locul de recepție, de către o bobină de recepție 3. Prinderea și tensionarea mecanică minimă necesare pentru a menține firul amorf în poziție orizontală sunt asigurate prin intermediul unor elemente de fixare și tensionare 4 și 5. Niște elemente de atenuare 6 și 7 din cauciuc sunt utilizate pentru atenuarea reflexiilor undelor acustice la capetele firului magnetostrictiv amorf 1. Un dispozitiv de susținere 8 servește pentru susținerea senzorului de deplasare. Un generator de semnal 9 alimentează bobina de excitație 2 cu impulsuri dreptunghiulare de curent. Frecvența necesară funcționarii generatorului de semnal 9 este asigurată de către un oscilator de cuarț 10. Generarea impulsului de curent necesar excitației coincide cu momentul setării unui bistabil 11 de tip D. Transformarea impulsului de curent într-un impuls logic este realizat cu un amplificator 12 și un comparator 13. Recepționarea impulsului de ten

RO 112788 Bl siune de către bobina de recepție 3 determină resetarea bistabilului 11. Transformarea impulsului de tensiune într-un impuls logic se realizează tot cu ajutorul unui amplificator 14 și al unui comparator 15. Intervalul de timp dintre momentul generării impulsului de excitație și momentul recepționării impulsului de tensiune indusă în bobina de recepție este definit ca intervalul de timp dintre momentele de setare și, respectiv, de resetare a bistabilului 11. Pe durata acestui interval, ieșirea Q a bistabilului 11 se va afla în starea 1-logic și, ca urmare, o poartă logică 1G va valida accesul impulsurilor de la oscilatorul de cuarț 10 către niște numărătoare decadice 17. Ieșirile numărătoarelor decadice 17 vor fi aplicate la niște decodoare 18 de tip BCD cu 7 segmente, ce comandă un afișor 19 care afișează, în orice moment, valoarea timpului de întârziere. Controlul resetării numărătoarelor decadice 17 și cel al setării decodoarelor 18 este realizat cu un circuit de sincronizare 20. Pentru efectuarea de măsurători de deplasare, poziția bobinei de excitație se menține fixă, în timp ce bobina de recepție se deplasează în lungul axei firului amorf.

Pentru o linie de întârziere magnetostrictivă, formată din fir magnetostrictiv amorf din aliaje pe baza de Fe, care conțin până la 20 % atomi Si și de la 7 până la 35 % atomi B, valoarea timpului de întârziere Δt variază liniar cu variația distanței dintre locul, de recepție și cel de excitație. Astfel, menținând în poziție fixă bobina de excitație, se poate determina cu precizie, în orice moment, poziția unui reper situat în dreptul bobinei de recepție 3.

Conform fig. 2, se reprezintă curba de etalonare a senzorului de deplasare, obținută prin menținerea bobinei de excitație 2 în poziție fixă și deplasând bobina de recepție 3 pe direcția axei unui fir magnetostrictiv amorf 1. Pentru un fir magnetostrictiv amorf 1, folosit ca linie de întârziere, având compoziția Fe_{77 5}Si₇₅B₁₅ în stare netratată termic, se obține o valoare minimă a distanței măsurate, de aproximativ 3 mm, și o valoare maximă a acesteia, de aproximativ 1 m.

Claims (4)

1. Revendicări

   1. Senzor de deplasare, ce lucrează pe principiul liniilor de întârziere magnetostrictivă, având în alcătuire un fir magnetostrictiv amorf (1), ce constituie linia de întârziere prin care se propagă impulsurile acustice produse de câmpul magnetic al unei bobine de excitație (2) alimentată de un generator de semnal (9), impulsurile electrice fiind detectate ca impulsuri de tensiune electrică indusă într-o bobină de recepție (3), valoarea timpului de întârziere 4t dintre momentul generării impulsului electric de excitație și momentul recepționării impulsului de tensiune indusă, fiind afișată pe un afișor (19), caracterizat prin aceea că, bobina de excitație (2) are poziție fixă, impulsurile acustice produse în locul de excitație prin efect magnetostrictiv direct se propagă prin firul magnetostrictiv amorf (1), în lungul căruia se deplasează bobina de recepție (3) ce detectează, prin efect magnetostrictiv invers, impulsurile de tensiune electrică indusă.
2. 2. Senzor conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că firul magnetostrictiv amorf (1) este făcut din FeSiB, un aliaj pe bază de Fe, care conține până la 20% atomi Si și de la 7 până la 35% atomi B.
3. 3. Metodă de măsurare a deplasării, ce utilizează senzorul de deplasare de la revendicarea 1, caracterizată prin aceea că, pentru măsurarea deplasării “d”, în raport cu poziția fixă a bobinei de excitație (2), se deplasează bobina de recepție (3) pe direcția axei firului magnetostrictiv amorf (1], până când centrul bobinei de recepție (3) se va găsi în dreptul reperului a cărui poziție trebuie determinată, se citește pe afișorul (19) valoarea timpului de întârziere 4t și se determină valoarea deplasării “d”, folosind curba de

   RO 112788 Bl etalonare a senzorului de deplasare d = f (At],
4. 4. Metodă conform revendicării

   3, caracterizată prin aceea că, pentru un fir magnetostrictiv amorf (1) având compoziția Fe₇₇₅Si₇₅B₁₅ în stare netratată termic, se obține o valoare minimă a distanței măsurate de aproximativ 3 mm și o valoare maximă a acesteia de aproximativ 1m.