SU1262433A1 - Устройство дл измерени динамической магнитострикции - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к магнитным измерени м и может быть использовано дл  исследовани  и контрол  магнитострикционных свойств магнитных материалов в виде проката. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений динамической магнитострикции . Дл  достижени  этой цели в устройство дополнительно введены стабилизированный источник 8 переменного напр жени  и последовательно соединенные детектор 12 экстремальных значений., дискриминатор 13 и интегратор 14. Устройство также содержит исследуемьпЧ образец 1, обФиг . I

Description

мотку 2 перемагничивани 5 механизм

3плавного перемещени , излучатель

4света фотоэлектрического датчика линейных перемещений, приемник 5 света от излучател  4, фотоэлектрический датчик 6 линейных перемещений р стержневой пьезоэлектрический преобразователь 7, источник 9

1262433

переменного тока, широкополосный апе риодический усилитель 10, блок 11 регистрации, регул тор 15 тока. Детектор 12 экстремальных значений содержит два каскада на операционных усилител х. Первый каскад  вл етс  активным амплитудным выпр мителем с закрытым входом. 6 ил.

Изобретение относитс  к магнитным измерени м и может быть использовано дл  исследовани  и контрол  магнитострикциснных свойств магнитных материалов в виде проката.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  динамической магни ,ТОСТрИКЦИИо

На фиг.1 изображена структурна 

схема устройства г на фиг,2 - принципиальна  схема измерительной части устройства на фиг.З - график зависимости выходного напр   ени  усилител  от перемеш;ени  свободного конца образцаI на - эпюры напр жений детектора экстремальных значений; на фиг о 5 и 6 - диаграг шы напр жений детектора экстремальных значений при различных амплитудах перемагничивающего пол  и знаках магнитострикциИо

Устройство содержит,исследуемый образец 15 обмотку 2 перемагничивани  , механизм 3 плавного перемещени  j излучатель 4 света фотоэлектрического датчика линейных перемещений , приемник 5 света фотоэлектрического датчика линейных перемещений , фотоэлектрический датчик б линейных перемещен™ 5 стержневой пьезэлектрический преобразователь . 7j стабилизированный источник 8 переменного напр жени , источник 9 переменного тока5 широкополосный апериодический усилитель 10, блок 11 регистрации, детектор 12 экстремальных значений, дискриминатор 13, интегратор 14, регул тор 15 тока.

На фиг. 3-6 показаны зависимости 16-18 напр жени  на выходе усилител  от положени  свободного конца образца в оптическом канале фотоэлетрического датчика линейных перемещений при различных токах излучател  света (1, 12 Ij ) временна  зависимость 19 положени  свободного

конца образца в оптическом канале фотоэлектрического датчика линейных перемещений при перемагничивании образца с положительной магнитострикцией , временна  зависимость 20 напр жени  на выходе усилител  прИ измерении магнитострикции, напр жение 21 на входе детектора экстремальных значений, напр жение 22 на выходе детектора экстремальных значеНИИ при работе в режиме выделени  минимальны.х значений входного сигнала , напр жение 23 на выходе детектора экстремальных значений при работе в режиме выделени  максим.альных значений входного сигнала, напр жение 24 на выходе первого каскада детектора экстремальных значений. Исследуемый образец 1 расположен внутри обмотки 2 перемагничивани ,

Один конец исследуемого образца 1 жестко прикреплен,.йапример, при помощи эксцентрикового зажима к подвижной части механизма 3 плавного перемещени  (например винтового типа).

Другой,свободный, конец образца 1 находитс  между излучателем 4 света и приемником 5 света фотоэлектрического датчика 6 линейных перемещений и частично перекрывает световой поток , идущий от излучател  4 света к приемнику 5 света. Фотоэлектрический датчик 6 линейных перемещений прикреплен (например, приклеен) к подвижному концу стержневого пьезоэлектрического преоёразовател  7. Другой конец стержневого преобразовател  7 закреплен на неподвижном основании. 3 а его электроды подключены к выходу стабилизированного источника 8 пере менного-, напр жени . Обмотка 2 перемагничивани  подключена к выходу ис точника 9 переменного тока. Выход приемника света фотоэлектрического датчика 5 линейных перемещений соед ней с входом усилител  10, а выход усилител  10 соединен с входами бло ка 11 регистрации и детектора 12 экстремальных значений. Выход детек тора 12 экстремальных значений соединен с входом дискриминатора 13. Выход дискриминатора 13 соединен с входом интегратора 14. Выход интегр тора 14 соединен с входом регул тор 15 тока, а выход регул тора тока с входом излучател  4 света фотоэлектрического датчика линейных перемещений . Устройство работает следующим об разом. Перед началом измерений исследуе мый образец 1 размещают внутри обмотки 2 перемагничивани  и один его конец жестко закреплен при помощи эксцентрикового зажима на подвижной части механизма 3 плавного перемещени . Величина выходного тока приемника 5 света фотоэлектрического датчи ка линейных перемещений и выходного напр жени  усилител  10 зависит от положени  свободного конца образца в оптическом канале фотоэлектрического датчика 6 линейных перемещений . Эта зависимость показана на фиГ.З (эпюры 16-18) и может быть описана следующим выражением:

- кт () KI C--j-)r

и и.

де I - входной ток излучател  4 света}

Ujj - напр жение смещени  на вы- 45 ходе усилител  1О при

К - коэффициент преобразовани  входного тока излучател  4 света в напр жение на выходе усилител  10 при пал- 50 костью открытом оптическом канале;

d - ширина оптического канала,

X - рассто ние от передней стенки оптического канала до 55 свободного конца образца. Чувствительность устройства при иксированной величине входного тока

Up- d

(3) K(d-x)

Чувствительность устройства к периодическим перемещени и свободного конца образца или фотоэлектрического датчика перемещений при автоматическом управлении током излучател  света А получим, подставив (.3) в (2)

Up

(4) d-x

Дл  точной установки образца в положение , соответствующее получению номинальной чувствительности устройства , включают стабилизированный источник 8 переменного напр жени  (источник 9 переменного тока при этом 334 излучател  света А находитс  из выражени  (1) путем дифференцировани  по х: JLI Л d MJПосто нное напр жение с выхода усилител  10 поступает на вход детектора 12 экстремальных значений. При посто нном входном напр жении на выходе детектора экстремальных значений напр жение также посто нно и равно входному. Это напр жение подаетс  на вход дискриминатора 13, где сравниваетс  с опорным напр жением, которое в частном случае может быть равно нулю. Сигнал с выхода дискриминатора поступает на вход интегратора 14. Напр жение с выхода интегратора 14 поступает на вход регул тора 15 тока, к выходу которого подключен излучатель 4 света. Под вли нием выходного напр жени  интегратора 14 . ток излучател  4 света измен етс  в направлении, соответствующем уменьшению абсолютной величины напр жени  на выходе усилител  10, до тех пор, пока оно не станет равным нулю. Автоматическое управление током излучател  света позвол ет компенсировать действие низкочастотных помех . и температурного дрейфа параметров фотоэлектрического датчика 6 линейных перемещений. Величина тока излучател  4 света в этом случае определ етс  из выражени  (1): выключен). Переменное напр жение с посто нной амплитудой поступает на электроды стержневого пьезоэлектрического преобразовател  7 с известными характеристиками. Под вли нием этого напр жени  стержневой пьезоэлектрический преобразователь периодически деформируетс , прикрепленный к нему фотоэлектрический датчик 6 линейных перемещений получает колебательные перемещение относительно исходного положени  с амплитудой k. Колебательное перемещение фото электрического датчика 6 относительно неподвижного конца исследуемого образца 1 приводит к модул ции светового потока, падающего на приемник 5 света. При этом амплитуда перемен ной составл ющей напр жени  и, .на выходе усилител  10 равна следующей величине: С выхода усилител  10 напр жение поступает на блок 11 регистрации, с помощью которого определ етс  величина и, В ка честве блока 11 регистрации может быть использован импульсный вольтметр или осциллогра По измеренной величине U;, расчитываетс  чувствительность устройства . UK Uo А - При помощи механизма 3 плавного перемещени  образец устанавливают в такое положение, в котором величи на чувствительности устройства равн номинальной. Этим обеспечиваетс  ка либровка чувствительности устройства и ее одинакова  величина при сме не образцов. Поскольку стержневой пьезоэлектрический преобразователь выполнен из пол ризованной керамики и прикла дываемое переменное напр жение невелико , то спектр его колебаний не содержит посто нной составл ющей, Поэтому перед калибровкой чувствительности устройства детектор экстр мальных значений переключаютв режи выделе«и  среднего значени  входног напр жени . В этом случае включение и выключение стабилизированного источника переменного напр жени  не измен ют величину посто нного напр жени  на выходе детектора экстремальных значений и не нарушают установившийс  режим работы контура автоматического управлени  током излучаел  4 света. После точной установкиисследуемого образца 1 детектор экстремальных значений переключают в режим выделени  минимальных или максимальных значений в зависимости от знака магнитострикции исследуемого образца и включает источник 9 переменного тока (стабилизированный источник переменного напр жени  при этом выключен ) . Знак магнитострикции может быть определен по справочным данным, из результатов предыдущих измерений или непосредственно в процессе измерени  магнитострикции по форме магнитострикционной петли гистерезиса. При исследовании образцов с положительной магнитострикцией детектор экстремальных значений переключают в режим выделени  минимальных значений входного напр жени , а при исследовании образцов с отрицательной магнитострикцией - в режим выделени  максимальных значений входного напр жени  На фиг.З показаны эпюры входного и выходных напр жений при работе дискриминатора экстремальных значений в указанных режимах. Переменный ток от источника 9 переменного тока, протека  по обмотке 2 перемагничивани , создает переменное магнитное поле, которое перемагничивает исследуемый образец 1. За счет магнитострикционного эффекта свободный конец образца 1 периодически смещаетс  на величину йХд в одном и том же направлении относительно исходного положени  (фиг.2, эпю ра 19) и модулирует световой поток, падающий на приемник 5 света от излучател  4 света, В результате выходной ток приемника 5 света и напр жение на выходе широкополосного усилител  10 измен ютс  пропорционально смещению свободного конца образца 1 (фиг.2, эпюра 20), С выхода усилител  10 пульсирующее напр жение поступает на вход блока 11 регистрации, с помощью которого измер етс  его амплитуда (и;ц)« Величина магнитострикции ис71262433

следуемого образца С-) определ етс  по формуле

Jii

-Л

L-A

где L - длина исследуемого образца.Одновременно пульсирующее напр жение с выхода усилител  10 поступает на вход детектора 12 экстремальных значений, который преобразует его в посто нное напр жение, равное минимальным значени м входного напр жени  (в случае исследовани  образцов с положительной магнитострикцией ), Величина этого напр жени  не зависит от,амплитуды перемагничивающего пол  и остаетс  такой же, как при выключении источника переменного токаи, следовательно, чувствительность устройства остаетс  посто нной в процессе измерени .

Дискриминатор 13 выполнен в виде дифференциального усилител , на неинвертирующий вход которого подаетс  напр жение с выхода детектора экстремальных значений, а на другой вход - посто нное напр жение, равное нулю. Регул тор 15 тока выполнен в виде эмиттерного повторител . Детектор 12 экстремальных значений содержит два каскада на операционных усилител х . Первый каскад  вл етс  активным амплитудным выпр мителем с закрытым входом.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  динамической магнитострикции, содержащее 5.источник переменного тока, выход которого подключен к обмотке перемагничивани , фотоэлектрический датчик линейных перемещений с открытым оптическим каналом, усилитель, вход 10 которого соединен с выходом приемника света фотоэлектрического датчика , регул тор тока, выход которого подключен к входу излучател  света фотоэлектрического датчика, и блок 5 регистрации, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него введены стабилизированный источник переменного напр жени , подключенный к стержневому

   0 пьезоэлектрическому преобразователю, последовательно соединенные детектор экстремальных значений, дискриминатор и интегратор, выход которого соединен с входом регул тора тока,

   5 причем один конец стержневого пьезоэлектрического преобразовател  закреплен неподвижно, а другой его конец жестко соединен с фотоэлектрическим датчиком линейных перемещеНИИ , усилитель выполнен в виде широкополосного апериодического усилител , выход усршител  подключен к блоку регистрации и к входу детектора экстремальных значений.

   fZ

   П

   f

   т

   u

   Uff

   a

   20

   d X

   k

   /

   Фиг.З

   21 22

   Фие.4