RU2738453C1

RU2738453C1 - Sensor for measuring deformation on magnetostatic waves

Info

Publication number: RU2738453C1
Application number: RU2020117622A
Authority: RU
Inventors: Иван Георгиевич Анцев; Геннадий Анатольевич Сапожников; Сергей Владимирович Богословский; Лана Сергеевна Богословская; Руслан Валерьевич Новоселов
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2020-12-14

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment and can be used in medicine, instrument-making and machine building to measure deformation. Sensor for measurement of deformation on magnetostatic waves contains two identical on structure sensitive elements located exactly opposite to each other, and a resilient member with opposed force-receiving bases, in which a resiliently deformable screen is arranged in the form of a metal plate, passing between two sensitive elements and bending towards one of the sensitive elements. Sensitive elements include a gadolinium-gallium garnet-based substrate, a layer of material epitaxially grown thereon, in which magnetostatic waves are propagated, e.g. iron-yttrium garnet, magnets made in the form of magnetic plates and converters of electric signals into magnetostatic waves in form of strip antennae and at least two pairs of electrodes. Antenna and pairs of electrodes are located on a layer of material in which magnetostatic waves propagate. Electrodes of each pair are located on opposite sides of antenna and are connected by conductor, wherein electrodes located on one side of antenna of one sensitive element, are located at same level from each other and from antenna, as corresponding electrodes of other sensitive element, and electrodes located on other side of antenna of one sensitive element, are shifted relative to level of corresponding electrodes of other sensitive element. Magnet of each sensitive element is made in the form of two magnetic plates installed on the ends of the sensitive element in parallel to the antenna and electrodes and connected to each other by a magnetic conductor, wherein the sensitive elements are located on the bracket connected to one of the bases of the elastic element, and elastically deformable screen has through holes made exactly opposite strip antennae, electrodes and magnetic plates.

EFFECT: high sensitivity of the sensor on magnetostatic waves to low values of force and high accuracy of measuring deformation of the monitored object.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в медицине, приборостроении и машиностроении для измерения деформации.The invention relates to the field of measuring technology and can be used in medicine, instrument making and mechanical engineering to measure deformation.

Известно устройство на поверхностной магнитостатической волне (авторское свидетельство СССР №1738049, МПК Н01Р 1/215, опубл. 27.11.1995) с возможностью применения в измерительной аппаратуре широкого назначения. Известное устройство содержит установленную в магнитном поле металлизированную подложку из гадолиний-галлиевого граната, на которой расположена монокристаллическая пленка железо-иттриевого граната. Недостатками данного устройства является его слабая чувствительность к внешним воздействиям, а также небольшой срок службы чувствительного элемента в силу прямого механического воздействия на подложку при измерении физической величины.A device is known on a surface magnetostatic wave (USSR author's certificate No. 1738049, IPC N01R 1/215, publ. 27.11.1995) with the possibility of using it in measuring equipment for a wide range of purposes. The known device contains a metallized substrate of gadolinium-gallium garnet installed in a magnetic field, on which a single-crystal film of yttrium iron garnet is located. The disadvantages of this device are its weak sensitivity to external influences, as well as a short service life of the sensitive element due to the direct mechanical effect on the substrate when measuring a physical quantity.

По совокупности существенных признаков наиболее близким к заявляемому изобретению (прототипом) является чувствительный элемент для измерения физических величин (патент РФ №2475716, МПК G01L 9/00, G01B 7/16, G01K 11/00, опубл. 20.02.2013), состоящий из слоя подложки, выполненной на основе гадолиний-галлиевого граната, эпитаксиально выращенного на нем слоя материала, в котором распространяются магнитостатические волны, например, железо-иттриевого граната, и расположенного под слоем подложки постоянного магнита. На слое материала, в котором распространяются магнитостатические волны, располагается преобразователь электрических сигналов в магнитостатические волны, который также является преобразователем магнитостатических волн в электрический сигнал.By the totality of essential features, the closest to the claimed invention (prototype) is a sensitive element for measuring physical quantities (RF patent No. 2475716, IPC G01L 9/00, G01B 7/16, G01K 11/00, publ. 20.02.2013), consisting of a layer of a substrate made on the basis of a gadolinium-gallium garnet, an epitaxially grown layer of a material in which magnetostatic waves propagate, for example, yttrium iron garnet, and located under the layer of a permanent magnet substrate. On the layer of material in which magnetostatic waves propagate, there is a converter of electrical signals into magnetostatic waves, which is also a converter of magnetostatic waves into an electrical signal.

Основным недостатком прототипа является низкая чувствительность измеряющего элемента к малым значениям воздействующей силы, на основе которой возможно регистрировать деформационные процессы контролируемого объекта.The main disadvantage of the prototype is the low sensitivity of the measuring element to small values of the acting force, on the basis of which it is possible to register the deformation processes of the controlled object.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства для высокоточного измерения величины деформации.The problem to be solved by the claimed invention is to create a device for high-precision measurement of the amount of deformation.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение чувствительности датчика на магнитостатических волнах к малым значениям воздействующей силы и повышение точности измерений деформации контролируемого объекта.The technical result of the present invention is to increase the sensitivity of the sensor on magnetostatic waves to small values of the influencing force and to increase the accuracy of measuring the deformation of the controlled object.

Сущность технического решения заключается в том, что датчик для измерения деформации на магнитостатических волнах, содержащий чувствительный элемент, включающий подложку, выполненную на основе гадолиний-галлиевого граната с эпитаксиально выращенным на ней слое материала, в котором распространяются магнитостатические волны, например, железо-иттриевого граната, преобразователь электрических сигналов в магнитостатические волны, расположенный на слое материала, в котором распространяются магнитостатические волны, постоянный магнит, дополнительно включает второй чувствительный элемент, структурно идентичный первому чувствительному элементу и расположенный ровно напротив него, и упругий элемент с противолежащими силовоспринимающими основаниями, в которых установлен выполненный в виде металлической пластины упругодеформируемый экран, проходящий между двумя чувствительными элементами и изгибающийся в сторону одного из чувствительных элементов, при этом преобразователи сигналов каждого чувствительного элемента выполнены в виде полосковой антенны и по меньшей мере двух пар электродов, где электроды каждой пары расположены по разные стороны от антенны и соединены проводником, причем электроды, находящиеся с одной стороны от антенны и сама антенна одного чувствительного элемента, располагаются на том же уровне, что и соответствующие электроды и антенна другого чувствительного элемента, а электроды находящиеся по другую сторону от антенны одного чувствительного элемента смещены относительно уровня расположения соответствующих электродов другого чувствительном элемента, кроме того постоянный магнит каждого чувствительного элемента выполнен в виде двух магнитных пластин, установленных на торцах чувствительного элемента параллельно антенне и электродам и соединенных между собой магнитопроводом, при этом чувствительные элементы расположены на кронштейне, соединенном с одним из оснований упругого элемента, а упругодеформируемый экран имеет сквозные отверстия, выполненные ровно напротив полосковых антенн, электродов чувствительных элементов и магнитных пластин.The essence of the technical solution lies in the fact that a sensor for measuring deformation on magnetostatic waves, containing a sensitive element, including a substrate made on the basis of gadolinium-gallium garnet with an epitaxially grown layer of material on it, in which magnetostatic waves propagate, for example, yttrium iron garnet , a converter of electrical signals into magnetostatic waves, located on a layer of material in which magnetostatic waves propagate, a permanent magnet, additionally includes a second sensitive element, structurally identical to the first sensitive element and located exactly opposite it, and an elastic element with opposing force-receiving bases, in which it is installed an elastically deformable screen made in the form of a metal plate, passing between two sensitive elements and bending towards one of the sensitive elements, while the signal converters of each senses a single element is made in the form of a strip antenna and at least two pairs of electrodes, where the electrodes of each pair are located on opposite sides of the antenna and are connected by a conductor, and the electrodes located on one side of the antenna and the antenna itself of one sensitive element are located at the same level that both the corresponding electrodes and the antenna of another sensitive element, and the electrodes located on the other side of the antenna of one sensitive element are displaced relative to the level of the location of the corresponding electrodes of the other sensitive element, in addition, the permanent magnet of each sensitive element is made in the form of two magnetic plates mounted on the ends of the sensitive element parallel to the antenna and the electrodes and connected to each other by a magnetic circuit, while the sensing elements are located on a bracket connected to one of the bases of the elastic element, and the elastically deformable screen has through holes made exactly opposite and in strip antennas, sensor electrodes and magnetic plates.

Создание структуры датчика, включающей упругий элемент с противолежащими силовоспринимающими основаниями, в которых установлен металлический упругодеформируемый экран, перемещение которого возможно даже при минимальном силовом воздействии на основания упругого элемента, позволяет обеспечить регистрацию малых значений силы, на основании которых определяется величина деформации. Использование дифференциальной схемы измерения, состоящей из установленных напротив друг друга высокочастотных чувствительных элементов, а также применение в качестве преобразователей сигналов чувствительных элементов пар электродов, соединенных проводником, дополнительно обеспечивающее снижение вносимых датчиком потерь, влияющих на уровень сигнала (чем, например, при использовании отражающих структур в виде статических неоднородностей), и, соответственно, позволяющее точнее фиксировать его форму и, т.о. улучшить различимость откликов при минимальном шаге воздействия на датчик, способствует существенному повышению разрешающей способности датчика. Все вышеприведенные признаки в совокупности позволяют значительно повысить чувствительность датчика к малым силовым воздействиям и точность измерений деформации.The creation of a sensor structure including an elastic element with opposing force-receptive bases, in which a metal resiliently deformable screen is installed, the movement of which is possible even with a minimal force effect on the bases of the elastic element, makes it possible to register small values of force, on the basis of which the amount of deformation is determined. The use of a differential measurement circuit consisting of high-frequency sensitive elements installed opposite to each other, as well as the use of pairs of electrodes connected by a conductor as signal converters of sensitive elements, which additionally ensures a decrease in the losses introduced by the sensor that affect the signal level (which, for example, when using reflective structures in the form of static inhomogeneities), and, accordingly, making it possible to more accurately fix its shape and, thus. improve the distinguishability of responses with a minimum step of impact on the sensor, contributes to a significant increase in the resolution of the sensor. All of the above features taken together can significantly increase the sensor's sensitivity to small force effects and the accuracy of strain measurements.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлен общий вид датчика на магнитостатических волнах для измерения деформации.FIG. 1 shows a general view of a magnetostatic wave sensor for measuring strain.

Фиг. 2 демонстрирует расположение и структуру чувствительных элементов и упругодеформируемого экрана датчика.FIG. 2 shows the location and structure of the sensing elements and the resiliently deformable sensor screen.

На фиг. 3 показан пример расположения электродов, проводников и антенны чувствительного элемента и направление распространения магнитостатической волны.FIG. 3 shows an example of the arrangement of electrodes, conductors and antenna of the sensitive element and the direction of propagation of the magnetostatic wave.

Датчик для измерения деформации (фиг. 1) содержит упругий элемент 1 с двумя противолежащими силовоспринимающими основаниями 2. В основаниях 2 установлен упругодеформируемый экран 3, представляющий собой металлическую пластину. К одному из оснований 2 упругого элемента 1 прикреплен кронштейн 4, на котором установлена структура из двух идентичных по структуре, расположенных ровно напротив друг друга, чувствительных элементов 5, формирующих магнитостатические волны. Упругодеформируемый экран 3 расположен между чувствительными элементами 5 так, что в ненагруженном состоянии он изгибается в сторону одного из них, при этом изгиб выбирается минимально достаточным для однозначного отклонения экрана 3 при воздействии сил в необходимом направлении (в сторону ближайшего к нему чувствительного элемента 5).The sensor for measuring deformation (Fig. 1) contains an elastic element 1 with two opposing force-sensing bases 2. In the bases 2 there is an elastically deformable screen 3, which is a metal plate. A bracket 4 is attached to one of the bases 2 of the elastic element 1, on which a structure of two identical in structure, located exactly opposite each other, sensitive elements 5, forming magnetostatic waves, is mounted. Elasticly deformable screen 3 is located between the sensitive elements 5 so that in the unloaded state it bends towards one of them, while the bend is chosen to be minimally sufficient for unambiguous deflection of the screen 3 when forces are applied in the required direction (towards the nearest sensitive element 5).

Упругий элемент 1 является трансформатором, т.е. преобразовывает силу в деформацию, поэтому под воздействием сил одно основание 2 упругого элемента 1 приближается к другому основанию 2, и упругодеформируемый экран 3 изгибается в сторону одного из чувствительных элементов 5, удаляясь при этом от другого. Когда воздействие силы прекращается или ослабевает, основания 2 упругого элемента 1 удаляются друг от друга, при этом экран 3 стремится в сторону другого чувствительного элемента 5.The elastic element 1 is a transformer, i.e. converts force into deformation, therefore, under the influence of forces, one base 2 of the elastic element 1 approaches the other base 2, and the elastically deformable screen 3 bends towards one of the sensitive elements 5, moving away from the other. When the action of the force stops or weakens, the bases 2 of the elastic element 1 move away from each other, while the screen 3 tends towards the other sensitive element 5.

Каждый чувствительный элемент 5 (фиг. 2) состоит из подложки 6, выполненной на основе гадолиний-галлиевого граната, эпитаксиально выращенного на нем слоя 7 материала, в котором распространяются магнитостатические волны (например, железо-иттриевого граната), и постоянного магнита, выполненного в виде двух магнитных пластин 8.Each sensing element 5 (Fig. 2) consists of a substrate 6 made on the basis of gadolinium-gallium garnet, an epitaxially grown layer 7 of material in which magnetostatic waves propagate (for example, yttrium iron garnet), and a permanent magnet made in the form of two magnetic plates 8.

На слое 7 материала, в котором распространяются магнитостатические волны, располагается полосковая антенна 9 для возбуждения и приема магнитостатических волн и, по меньшей мере, две пары электродов 10. Полосковая антенна и пары электродов являются одновременно преобразователями электрических сигналов в магнитостатические волны и магнитостатических волн в электрические сигналы. Электроды 10, составляющие пару, размещены по разные стороны от антенны 9 и соединяются проводником 11. Количество пар электродов влияет на разрешающую способность датчика: чем их больше, тем выше разрешающая способность устройства. На фиг. 2 и фиг. 3 приведен пример реализации чувствительных элементов с тремя парами электродов. Электроды 10, размещенные под антенной 9 (на фиг. 2), находятся ближе друг к другу по сравнению с электродами 10, размещенными над антенной 9, с целью уменьшения потерь на распространение магнитостатической волны от электродов 10 до антенны 9. Электроды 10 одного чувствительного элемента 5, находящиеся под антенной 9, и сама антенна 9, размещены на одном уровне, что и соответствующие электроды 10 и антенна 9 другого чувствительного элемента 5, а электроды 10, находящиеся над антенной 9 одного чувствительного элемента 5 смещены относительно уровня расположения соответствующих электродов 10 другого чувствительном элемента 5.On the material layer 7, in which magnetostatic waves propagate, there is a strip antenna 9 for exciting and receiving magnetostatic waves and at least two pairs of electrodes 10. The strip antenna and pairs of electrodes are simultaneously converters of electrical signals into magnetostatic waves and magnetostatic waves into electrical signals. The electrodes 10, which make up a pair, are located on opposite sides of the antenna 9 and are connected by a conductor 11. The number of pairs of electrodes affects the resolution of the sensor: the more there are, the higher the resolution of the device. FIG. 2 and FIG. 3 shows an example of the implementation of sensitive elements with three pairs of electrodes. The electrodes 10 located under the antenna 9 (in Fig. 2) are closer to each other compared to the electrodes 10 located above the antenna 9 in order to reduce losses for the propagation of magnetostatic waves from the electrodes 10 to the antenna 9. Electrodes 10 of one sensitive element 5, located under the antenna 9, and the antenna 9 itself, are located at the same level as the corresponding electrodes 10 and antenna 9 of another sensitive element 5, and the electrodes 10 located above the antenna 9 of one sensitive element 5 are displaced relative to the level of the location of the corresponding electrodes 10 of the other sensing element 5.

Постоянный магнит каждого чувствительного элемента 5 выполнен в виде двух магнитных пластин 8, установленных на торцах чувствительного элемента 5 параллельно антенне 9 и электродам 10 и соединенных между собой магнитопроводом 12.The permanent magnet of each sensitive element 5 is made in the form of two magnetic plates 8 installed at the ends of the sensitive element 5 parallel to the antenna 9 and the electrodes 10 and interconnected by a magnetic circuit 12.

Чувствительные элементы 5 установлены ровно напротив друг друга, обеспечивая тем самым дифференциальную схему измерения (фиг. 2). Смещение части электродов 10 одного чувствительного элемента 5 относительно части электродов 10 другого чувствительного элемента 5 обеспечивает соответствие максимума импульсной характеристики одного чувствительного элемента во временной области минимуму импульсной характеристики второго чувствительного элемента во временной области, что позволяет однозначно идентифицировать форму ответного сигнала. Чувствительные элементы 5 установлены на кронштейне 4, который соединен с одним из оснований 2 упругого элемента 1. Для усиления конструкции кронштейн 4 может быть выполнен П-образным, при этом его части будут проходить между магнитопроводом 12 и подложкой 6 каждого чувствительного элемента 5 (фиг. 2). Упругодеформируемый экран 3 имеет сквозные отверстия 13, выполненные ровно напротив антенн 9, электродов 10 чувствительных элементов 5 и магнитных пластин 8 для уменьшения его влияния на них. При этом размеры отверстий выбраны с учетом смещения электродов одного чувствительного элемента относительно электродов другого чувствительного элемента таким образом, чтобы соблюдалось условие - напротив каждого электрода 10, антенны 9 и магнитной пластины 8 в упругодеформируемом экране 3 должно быть сформировано сквозное отверстие 13. Так, например, для антенны, электродов и магнитной пластины, расположенных под антенной (согласно фиг. 2), выполнено одно отверстие, а для первых двух электродов, расположенных над антенной (если считать от антенны), выполнено по отдельному отверстию на каждый.The sensing elements 5 are installed exactly opposite each other, thereby providing a differential measurement circuit (Fig. 2). The displacement of a part of the electrodes 10 of one sensitive element 5 relative to a part of the electrodes 10 of another sensitive element 5 ensures that the maximum impulse response of one sensitive element in the time domain corresponds to the minimum of the impulse response of the second sensitive element in the time domain, which makes it possible to uniquely identify the shape of the response signal. The sensing elements 5 are mounted on a bracket 4, which is connected to one of the bases 2 of the elastic element 1. To strengthen the structure, the bracket 4 can be made U-shaped, while its parts will pass between the magnetic circuit 12 and the substrate 6 of each sensitive element 5 (Fig. 2). The resilient screen 3 has through holes 13 made exactly opposite the antennas 9, the electrodes 10 of the sensitive elements 5 and the magnetic plates 8 to reduce its influence on them. In this case, the sizes of the holes are selected taking into account the displacement of the electrodes of one sensitive element relative to the electrodes of the other sensitive element in such a way that the condition is met - opposite each electrode 10, antenna 9 and magnetic plate 8, a through hole 13 must be formed in the elastically deformable screen 3. For example, for the antenna, electrodes and the magnetic plate located under the antenna (according to Fig. 2), one hole is made, and for the first two electrodes located above the antenna (if we count from the antenna), there is a separate hole for each.

Направление распространения магнитостатических волн в чувствительном элементе 5 показано стрелками на фиг. 3.The direction of propagation of magnetostatic waves in the sensitive element 5 is shown by arrows in FIG. 3.

Так как упругодеформируемый экран 3 является металлическим, он оказывает влияние на распространение магнитостатической волны в чувствительном элементе 5. В частности, изменение расстояния от упругодеформируемого экрана 3 до чувствительного элемента 5 существенно влияет на групповую скорость магнитостатической волны в слое материала 7 (при увеличении этого расстояния скорость волны уменьшается, а при уменьшении - возрастает) и на время распространения магнитостатических волн, которое определяется этой скоростью: чем ближе экран 3 к материалу 7, в котором распространяются магнитостатические волны, тем меньше время распространения магнитостатических волн в слое материала 7, и наоборот.Since the elastically deformable screen 3 is metallic, it affects the propagation of the magnetostatic wave in the sensitive element 5. In particular, the change in the distance from the elastically deformable screen 3 to the sensitive element 5 significantly affects the group velocity of the magnetostatic wave in the layer of material 7 (with an increase in this distance, the velocity waves decreases, and with decreasing - increases) and for the propagation time of magnetostatic waves, which is determined by this velocity: the closer the screen 3 is to material 7, in which magnetostatic waves propagate, the shorter the propagation time of magnetostatic waves in the layer of material 7, and vice versa.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Для получения эталонных значений измерений датчик устанавливают на объект с известными размерами, который намеренно деформируют (таким образом, на основания 2 упругого элемента 1 датчика воздействует сила (растяжения либо сжатия) известной величины), после чего снимают характеристики выходного сигнала. Также измеряется величина относительного удлинения контролируемого объекта. На основе полученных данных формируют статическую характеристику измерений (зависимости выходного сигнала от величины деформации).To obtain reference measurement values, the sensor is installed on an object with known dimensions, which is deliberately deformed (thus, a force (tension or compression) of a known value acts on the bases 2 of the elastic element 1 of the sensor), after which the characteristics of the output signal are recorded. The value of the relative elongation of the controlled object is also measured. Based on the data obtained, a static characteristic of measurements is formed (the dependence of the output signal on the amount of deformation).

Датчик размещают на контролируемом объекте так, чтобы силовое воздействие (F) приходилось на основания 2 упругого элемента 1 (как показано на фиг. 1, т.е. происходит одновременное сдавливание оснований с обеих сторон либо одновременное растяжение). На антенны 9 датчика периодически посылают запросный электромагнитный сигнал для возбуждения квазиповерхностных магнитостатических волн в чувствительных элементах 5. При касательном намагничивании, что достигается расположением магнитных пластин 8 на торцах чувствительного элемента 5 параллельно антенне 9 и электродам 10, направление магнитостатических волн совпадает с направлением магнитосиловых линий. Поскольку магнитные пластины 8 расположены разными полюсами друг к другу и замкнуты магнитопроводом 12, магнитосиловые линии распространяются строго в одну сторону, что, соответственно, обеспечивает распространение магнитостатических волн в ту же сторону (на фиг. 3 - направо). По достижении электродов 10 с одной стороны от антенны 9, магнитостатическая волна преобразуется в электрический сигнал, который проходит по пути электрод-проводник-электрод и на электроде с другой стороны от антенны 9 преобразуется обратно в магнитостатическую волну, которая поступает на антенну 9. При помощи антенны 9 переменное магнитное поле магнитостатической волны преобразуется в электромагнитный сигнал и излучается в эфир в качестве ответного сигнала. Таким образом ответные сигналы поступают с обоих чувствительных элементов 5 датчика. При нагружении датчика каждый ответный сигнал будет иметь собственное значение групповой скорости, обусловленное близостью упругодеформируемого экрана 3: чем ближе экран 3 к слою 7 материала, в котором распространяются магнитостатические волны, тем выше групповая скорость магнитостатических волн. Изменение групповой скорости влияет на форму ответного сигнала. Полученные ответные сигналы сравниваются, и результат сравнения сопоставляется с ранее полученными эталонными значениями, исходя из чего делается вывод о величине деформации контролируемого объекта.The sensor is placed on the object to be inspected so that the force (F) falls on the bases 2 of the elastic element 1 (as shown in Fig. 1, ie, the bases are simultaneously squeezed on both sides or stretched simultaneously). A requesting electromagnetic signal is periodically sent to the sensor antennas 9 to excite quasi-surface magnetostatic waves in the sensitive elements 5. With tangential magnetization, which is achieved by arranging the magnetic plates 8 at the ends of the sensitive element 5 parallel to antenna 9 and electrodes 10, the direction of magnetostatic waves coincides with the direction of the magnetic force lines. Since the magnetic plates 8 are located with different poles to each other and are closed by the magnetic circuit 12, the magnetic force lines propagate strictly in one direction, which, accordingly, ensures the propagation of magnetostatic waves in the same direction (in Fig. 3 - to the right). Upon reaching the electrodes 10 on one side of the antenna 9, the magnetostatic wave is converted into an electrical signal that passes along the path electrode-conductor-electrode and on the electrode on the other side of the antenna 9 is converted back into a magnetostatic wave, which is fed to the antenna 9. With the help of antennas 9 an alternating magnetic field of a magnetostatic wave is converted into an electromagnetic signal and emitted into the air as a response signal. Thus, response signals are received from both sensitive elements 5 of the sensor. When the sensor is loaded, each response signal will have its own value of the group velocity due to the proximity of the elastically deformable screen 3: the closer the screen 3 is to the layer 7 of the material in which magnetostatic waves propagate, the higher the group velocity of magnetostatic waves. Changing the group speed affects the shape of the response signal. The received response signals are compared, and the comparison result is compared with the previously obtained reference values, based on which a conclusion is made about the amount of deformation of the controlled object.

Соответствие максимума импульсной характеристики одного чувствительного элемента во временной области минимуму импульсной характеристики второго чувствительного элемента во временной области обеспечивает однозначную идентификацию формы ответного сигнала (что было бы недоступно при наложении пиков одного на другой в случае, если бы электроды обоих чувствительных элементов располагались на одном уровне друг с другом).The correspondence of the maximum impulse response of one sensitive element in the time domain to the minimum of the impulse response of the second sensitive element in the time domain provides an unambiguous identification of the shape of the response signal (which would be unavailable if the peaks were superimposed on one another if the electrodes of both sensitive elements were located at the same level. with a friend).

Ввиду высокой способности упругого элемента и упругодеформируемого экрана к деформации под воздействием минимальных значений сил и значительной зависимости параметров магнитостатической волны от расположения экрана, а также использования дифференциальной схемы измерения, состоящей из установленных ровно напротив друг друга высокочастотных чувствительных элементов, которые включают в себя преобразователи сигналов в виде пар электродов, предлагаемый датчик представляет собой высокоточное измерительное устройство, способное регистрировать даже самые малые значения воздействующей силы, на основе которой возможно измерять деформацию контролируемого объекта.In view of the high ability of the elastic element and the elastically deformable screen to deform under the influence of minimum forces and the significant dependence of the parameters of the magnetostatic wave on the location of the screen, as well as the use of a differential measurement circuit consisting of high-frequency sensitive elements installed exactly opposite each other, which include signal converters in in the form of pairs of electrodes, the proposed sensor is a high-precision measuring device capable of registering even the smallest values of the acting force, on the basis of which it is possible to measure the deformation of the controlled object.

Предлагаемый датчик на магнитостатических волнах может найти применение в различных областях науки и техники.The proposed sensor based on magnetostatic waves can be used in various fields of science and technology.

Claims

A sensor for measuring deformation on magnetostatic waves, containing a sensitive element including a substrate made on the basis of gadolinium-gallium garnet with an epitaxially grown layer of material in which magnetostatic waves propagate, for example, yttrium iron garnet, a converter of electrical signals into magnetostatic waves located on a layer of material in which magnetostatic waves propagate, a permanent magnet, characterized in that it additionally includes a second sensitive element, structurally identical to the first sensitive element and located exactly opposite it, and an elastic element with opposing force-sensing bases, in which it is installed in the form of a metal plate an elastically deformable screen passing between two sensitive elements and bending towards one of the sensitive elements, while the signal converters of each sensitive element are made in de strip antenna and at least two pairs of electrodes, where the electrodes of each pair are located on different sides of the antenna and are connected by a conductor, and the electrodes located on one side of the antenna, and the antenna itself of one sensitive element are located at the same level as the corresponding electrodes and antenna of another sensitive element, and the electrodes located on the other side of the antenna of one sensitive element are offset relative to the level of the location of the corresponding electrodes of the other sensitive element, in addition, the permanent magnet of each sensitive element is made in the form of two magnetic plates installed at the ends of the sensitive element parallel to the antenna and the electrodes and connected to each other by a magnetic circuit, while the sensitive elements are located on a bracket connected to one of the bases of the elastic element, and the elastically deformable screen has through holes made exactly opposite the strip antennas, electr odes of sensitive elements and magnetic plates.