SU1167421A1 - Преобразователь угловых перемещений - Google Patents

Abstract

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий магнитную систему и датчик магнитного пол , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, расщирени  пределов измерений и упрощени  конструкции, датчик магнитного пол  выполнен на основе магнитострикционного микрорезонатора из монокристалла антиферромагнетика с анизотропией типа легка  плоскость и размещен в зазоре магнитной системы, содержащей посто нный магнит и имеющей подвижный регул тор изменени  составл ющей напр женности магнитного пол  на базисную плоскость кристалла. (Л с

Description

/

О К

Фаг.

2, ПрвчОиразователь по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  конструкции, подвижный регул тор выполнен в виде двух цнливдрических цолых магнитных экранов, вращающихс  относительно друг друга, на внутренней стороне одного из которых закреплен посто нньш магнит, а на другом - датчик магнитного пол .

3« Преобразователь по п. 1,. о тли чающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона измерений подвижный регул тор выполнен в ципивдрического полого магнитного

экрана с окном на боковой поверхно- : сти, внутри которого раэмещен датчик магнитного пол .

4. Преобразователь по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, подвижный регул тор выполнен в виде диска, на котором по периметру закреплено четное число посто нных магнитов , намагниченных; во взаимно противоположных направленийх, а датчик магнитного пол  укреплен между двум  неподвижными полюсными наконечниками магнитной системы.

1

Изобретение относитс  к области электрических измерений угловых перемещений и может быть использовано в автоматике, телемеханике и приборостроении .

Цель изобретени  - расширение пределов и увеличение точности измерени и упрощение конструкции преобразовател  угловьк перемеп(ений за счет использовани  в датчике магнитного пол  эффекта резкой зависимости скорости звука в монокристаллах антиферромагнетиков с анизотропией типа легка  плоскость (в качестве материала может быть использован пример гематит или борат железа FeBOj) от величины составл ющей напр женности внешнего магнитного пол  на базисную плоскость кристалла, а также определенным выполнением подвижного регул тора изменени  составл ющей на базисную плоскость кристалла датчика

На фиг, 1 показан преобразователь угловых перемещений с подвшкным регул тором составл ющей напр женности магнитного пол ; на фиг, 2 то же, экранированием подвижным регул тором; на фиг, 3 - то же, с нониусным подвижньЕм регул тором.

Преобразователь угловых, перемещений (фиг. 1) содержит подвижный регул тор, выполненный из 2-х магнитных экранов 1 и 2 в виде цилиьщрических полых стаканов из магнито1-1Яг: ого материала вращающихс  друг

относительно друга, посто нного магнита 3, например из материала SmCoj-, расположенного на внутренней стороне экрана 1, датчика 4 магнитного пол  5 на основе магнитострикционного микрорезонатора из антиферромагнетика с анизотропией типа легка  полость, жестко закрепленного с помощью стойки 5 на экране 2.

Магнитострикционный резонатор  вл етс  составной частью устройства дл  измерени  магнитной индукции и состоит из сердечника внутри медной рамки, выполненного в виде пластины,

5 параллельной базисной плоскости .- кристалла антиферромагнетика (например , монокристалла гематита), закрепленного в геометрическом центре большой грани к корпусу медной рамки с помощью жесткого стерж 1 , а также из индукционных обмоток возбуждени  и съема акустических резонансньпс колебаний сердечника (за счет пр мого и обратного эффекта магнито стрикции), расположенных на медной рамке,

Дл  сердечника резонатора в форме диска с радиусом R (пор дка 2-3 мм) зависимость резонансной-частоты w от величинь составл ющей подмагничивающего пол  Н на базисную плоскость кристалла определ етс  выражением

01 2,36 R- Ci-./ fefc -С 2.)С г,,(и)зо/) «12 H.E(2B,) /МоС,( u)j, /j.) модули упругости кристалл плотность кристалла; напр женность эффективног обменного пол ; эффективное поле спонтанн стрикцки; магнитоупруга  посто нна  кристалла; частота антиферромагнитно резонанса. «50 (Н+Нд) - поле Дз лошинского; -у - гидромагнитное отношение. Экспериментально peaj7n3OBaHbi сле дующие параметры магнитострикционно резонатора: перестройка резонансной частоты в 1,7 раза в диапазоне подмагничивающих полей от II 30 Э до Н 2 кЭ, добротность до 10, частотный диапазон работы 100-1 МГц коэфе1)ициент, магнитомеханической св  зи, характеризующий эффективность индукционного возбуждени , до 3%. Закон управлени  ш(Н) имеет безгистерезисный характер. Резонатор сохран ет свои параметры при неоднородности подмагничивающего пол  Н до 90% на 0,5 см. Расположение бази ной плоскости монокристалла резонатора (фиг, 1) в виде квадрата совпа дает с плоскостью чертежа. Датчик магнитного пол  выполнен по автогр.нераторной схеме. При изме нении подмагничивающего пол  Н, от 30 Э до 2 кЭ частота автоколебаний измен етс  в 1,7 раза. Высока  стабильность частоты автоколебаний (менее 10 ) обеспечиваетс  большой акустической добротностью резонатор включенного в цепь положительной обратной св зи автогенератора. Внешнее подмагничивающее поле в преобразователе угловых перемещений создаетс  посто нным магнитом из материала SmCog, размером 5x10x10 мм который обеспечивает максимальную магнитную индукцию в датчике магнитного пол  до 0,2 Тл, Преобразователь угловых перемещеНИИ работает следуюищм образом. 214 При повороте экрана 1 относительно экрана 2 измен етс  ориентаци  вектора напр женности магнитного пол  магнита 3 относительно базисной плос- кости кристалла датчика 4 магнитного пол . Соответственно измен етс  составл юща  подмагничивающего пол  Н, параллельна  базисной плоскости кристалла резонатора датчика 4 магнит-ного пол  от максимальной (пор дка 2 кЭ) при взаимно коллениарной ориентации до минимальной (пор дка 30 Э) при взаимно ортогональной ориентацни , а также измен етс  частота автогенераторной схемы датчика 4 магнитного пол  в 1,7 раза, Внешнее помеховое магнитное поле фактически не ограничивает чувствительность и точность измерени  углового положени , поскольку по вл етс  возможность использовать высокоэффективные магнитные экраны от внешних (датчик магнитного пол  работает в сильно неоднородных пол х), а также возможность увеличить максимальную напр женность магнитного пол , создаваемзпо посто нным магнитом более чем на пор док по сравнению с магнитной системой на кольцах Гельмгольца (соответственно возрастает чувствительность преобразова- тел  углового положени ). Использование малогабаритного посто нного магнита позвол ет упростить функциональную схему и конструкцию магнитной системы преобразовател  угловых перемещений, при этом исключаетс  прецизионный источник питани  магнитной системы, а также отпадает необходимость функционального усложнени  преобразовател  дл  коьшенсации внешних магнитных помех. Кроме того, снимаетс  ограничение . на диапазон измерений углового положени , поскольку датчик магнитного пол  может работать в сильно неоднородны : магнитных пол х, а сильна  св зь с внешними электрическими цеп ми магнитострикционного MiiKpoрезонатора из антиферромагнетика (коэффициент магнитомеханической св зи 3%) позвол ет упростить схему активного элемента автогенераторного атчика магнитного пол  (требуетс  однотранзисторный апериодический усилитель с коэффициентом усилени  пор дка 10, автогенератор имеет узкую спектральную линию и соотношение сигнал/ шум не ограничивает точность и быстродействие преобразовател ). Диапазон измерений углового положени  определ етс  однозначнь м соответствием зависимости угол - величина подмагничивающего пол  Н и составл ет 90} точность - определ етс  высокой крутизной характеристики ui(H) датчика магнитного пол  и максимальной напр женностью внешнего магнитного пол  посто нного магнита (при Н максимальном 2 кЭ) и составл ет 0,6 угловых секунд. Если датчик 4 магнитного пол  закреплен не в центре экрана 2 (по-, казано. на фиг. 1 пунктиром), то при noBopote экрана 1 относительно экрана 2 измен етс  не только взаимна  ориентаци  вектора напр женности магнитного пол  магнита 3 и базисной плоскости микрорезонатора датчика 4 магнитного пол , но и модуль вектора напр женности магнитного пол  из-за изменени  рассто ни  между магнитом и датчиком 4 магнитного пол . Таким образом, подбира  расположение датчика 4 магнитного пол  на плоскости экрана 2 можно измен ть закон преобразовани  угол - величина подмагничи|Вающего пол  Н, а следовательно, и |закон преобразовани  угол - частота преобразовател  углового положени . Устройство преобразовател  угловых перемещений согласно фиг. 2 содержит подвижный регул тор, выполненньш в виде цилиндрического полого стакана 6 с щелочью на боковой поверхности из магнитом гкого материала , магнитного экрана 2 любой формы из магнитом гкого материала, расположенного на внутренней стороне стакана 6, посто нного магнита 3 из материала SmCo, расположенного внутри экрана 7 автогенераторного датчика 4 магнитного .пол  на основе магнитострикционного микрорезонатора из антиферромагнетика с анизотропией типа легка  плоскость, жестко закрепленного с помощью стойки 5 на экране 2. Расположение базисной плоскости микрорезонатора датчика 4 магнитног пол  (показано на фиг, 2 в виде квад рата) совпадает с плоскостью чертеж В полом стакане 6 прорезано окно по боковой стороне. Преобразователь работает следующим образом. При повороте полого стакана 6 из мен етс  степень экранировани  пол  посто нного магнита 3, величина подмагничивающего пол  Н в датчике 4 магнитного пол , а следовательно, изменитс  частота автогенераторного датчика 4 магнитного пол . Подбором конфигурации и площади окна можно изменить закон преобразовани  угол величина подмагничивающего пол  Н, а следовательно, и закон угол - частота преобразовател  угловых перемещений . По сравнению с преобразова ,телем угловых перемещений на фиг. 1 диапазон измерени  угловых переме-. щений, определенный однозначным соответствием угол - величина подмагничивающего пол , расшир етс  до 180°С. Магнитный экран 7 может быть выполнен в отличие от первого случа  любой формы. Преобразователь угловых перемещений по фиг. 3 содержит подвтмсный регул тор 8, выполненньй в виде диска-основани , четного числа N посто нных магнитов 9 из материала SmCo, намагниченных во взаимно противоположных направлени х и закрепленных равномерно на основании 8 по периметру, автогенераторного датчика 4 магнитного пол  на основе магнитострикционного антиферромагнитного резонатора, закрепленного с помощью стойки 5 между двум  неподвижными полюсными наконечниками 10 из магнитом гкого материала. Полюсные наконечники использованы в качестве концентраторов магнитного пол  посто нных магнитов 9 в датчике 4 магнитного пол . Боковые размеры полюсных наконечников выбирают равным боковым размерам магнита 9. Резонатор датчика 4 магнитного пол  расположен симметрично относительно боковой поверхности полюсных наконечников 10. Расположение базисной плоскости резонаторов, показанное в виде квадрата на фиг. 3, совпадает с плоскостью чертежа. Преобразователь работает следующим образом. При повороте подвижного регул тора 8 измен етс  величина подмагничивающего пол  Н в датчике 4 магнитного пол  от максимального значени , когда один из полюсных магнитов 9 расположен точно между полюсными наконечниками 10, до минимального. когда площади перекрыти  между полюсными наконечниками 10 и двум  посто нными магнитами 9 одинаковы. Повороту подвижного регул тора ka угол 360 соответствует число полых периодов изменени  подмагншгивающего пол  Н в датчике магнитного пол  N раз. По сравнению с преобразовател ми угловых

6 -. 11 218 перемещений, представленными на фиг. 1 и 2, точность измерени  углового положени  увеличиваетс  в N раз. Дл  измерени  углового положени  в пределах 360° регул тор соедин етс  с грубым датчиком углового положени , имеющего низкую точность йдиапазон измерени  угла в диапазоне 360°.

в

Claims (4)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий магнитную систему и датчик магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, расширения пределов измерений и упрощения конструкции, датчик магнитного поля выполнен на основе магнитострикци онного микрорезонатора из монокристалла антиферромагнетика с анизотропией типа легкая плоскость и разме щен в зазоре магнитной системы, содержащей постоянный магнит и имеющей подвижный регулятор изменения составляющей напряженности магнитного поля-на базисную плоскость кристалла.

Фиг. 1

2. . Преобразователь по π. 1, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, подвижный регулятор выполнен в виде двух цилиндрических полых магнитных экранов, вращающихся относительно друг друга, на внутренней стороне одного из которых закреплен постоянный магнит, а на другом - датчик магнитного поля.

3. Преобразователь по π. I,. отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, подвижный регулятор выполнен в виде цилиндрического полого магнитного экрана с окном на боковой поверхно- : сти, внутри которого размещен датчик магнитного поля.

4. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, подвижный регулятор выполнен в виде диска, на котором по периметру закреплено четное' число постоянных магнитов, намагниченных во взаимно противоположных направлениях, а датчик магнитного поля укреплен между двумя неподвижными полюсными наконечниками магнитной системы.