SU1293554A1 - Преобразователь электроакустического импедансного твердомера - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к испытательной технике, к устройствам элект роакустического контрол  твердос.ти материалов. Цель изобретени  - повышение чувствительности и стабильности возбуждающего стержн  на собственной частоте в режиме свободных колебаний. Устройство содержит маг- нитострикционный стержень 1 с инден- тором 2 на одном конце и инерционной массой 3 на другом, последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик 6, закрепленный на магнитострик- ционном стержне 1, полосовой фильтр 8, усилитель-ограничитель 16 с антилогарифмической АЧХ и катушку 7 возбуждени , охватывающую магнитострик- ционный стержень 1. Обратна  св зь, выполненна  таким образом, обеспечивает импульсное возбуждение магнито- стрикционного стержн  2, что приводит к его колебани м на собственной частоте, обеспечива  при тех же параметрах магнитострикционного стержн  повьш1ение чувствительности и стабильности . 1 ил. 027 с S ел с д со РО СП сд .

Description

w

Изобретение относитс  к испытательной технике и может быть использовано в устройствах дл  контрол  твердости материалов.

Цель изобретени  - повьппение чувствительности и стабильности за счет того, что преобразователь работает в режиме ударного возбуждени  на собственной частоте резонатора.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Преоб)азователь электроакустического импедансного твердомера содержит магнитострикционньй стержень 1 с жестко закрепленным индентором 2 на одном конце и инертной массой 3 на другом, калибровочную пружину 4, взаимодействующую с корпусом 5 и инертной массой 3, пьезоэлектрический датчик 6, закрепленный на магни- тострикционном стержне 1, катушку 7 возбуждени , охватывающую магнито- стрикционный стержень I, полосовой фильтр 8, выполненный на первом операционном усилителе 9, неинвертирующий вход которого соединен с первым выводом пьезоэлектри ческого датчика 6 и через первый резистор 10 с общей щиной, к которой также подключен вто- 30 рой вывод пьезоэлектрического датчика 6, На инвертирующий вход первого операционного усилител  9 с его выхода подаетс  частотно-зависима  от12935542

усилител  16. Антилогарифмическа  характеристика усилител  16 формируетс  цепью обратной св зи, соедин ющей выход второго операционного усилител  с инвертирующим входом, соединенным через щестой резистор 20 с общей шиной. Цепь обратной св зи обра- зо.вана соединенными последовательно седьмым 21 и восьмым 22 резисторами и первым диодом 23, анод которого соединен с общей точкой сед ьмого 21 и восьмого 22 резисторов, а его катод - с общей шиной. Выход второго операционного усилител  17 через де- в тый резистор 24 соединен с базой транзистора 25, включенного по схеме эмиттерного повторител , нагрузкой которого в цепи эмиттера  вл етс  второй диод 26, своим анодом под- ключенньш к эмиттеру транзистора 25. Эмиттерный вывод транзистора 25-  вл етс  одновременно выходом усилител  16 и соединен с первым выводом катушки 7 возбуждени  и выходом всего преобразовател . Питание устройства осуществл етс  от двухпол рного источника питани  (не показан). С положительной шиной 27 источника питани  соединены соответствующие выводы операционных усилителей, катодный вывод второго диода 26 и второй вывод катушки 7 возбуждени , с отрицательной шиной 28 - выводы опе20

25

40

рационных усилителей и коллектор рицательна  обратна  св зь, формирую- эсor

ч- F i j 35 транзистора 25.

Устройство работает следующим образом .

Магнитострикционньй стержень 1 с жестко закрепленным индентором 2 на одном конце и инерционной массой 3 на другом, пьезоэлектрический датчик 6, укрепленный на стержне 1 вблизи пучности его напр женного состо ни , второй вывод которого ключен к входу полосового фильтра 8, выход которого соединен с входом усилител  16, выход которого подключен к катушке 7, составл ют резонансную колебательную систему.

50

ща  характеристику полосового фильтра 8. Цепь обратной св зи образована соединенными последовательно вторым резистором 11, третьим резистором 12, соедин ющими неинвертирующий вход первого операционного усилител  9 с его выходом, и первым конденсатором 13, соедин ющим точку соединени  резисторов 11 и 12 с общей щиной . Кроме этого, неинвертирующий вход первого операционного усилител  9 соединен с общей шиной через последовательно соединенные второй конденсатор 14 и четвертый резистор 15. Выход полосового фильтра 8, которым  вл етс  выход первого операционного усилител  9, соединен с входом усилител  16, вьшолненного на втором операционном усилителе 17. Вход дифференцирующей цепи, состо щей из третьего конденсатора 18 и п того резистора 19, выход которой подключен к неинвертирующему входу операционного усилител  17,  вл етс   входом

55

Цри подаче электрического питани  по шинам 27 и 28 в контуре, охваченном положительной обратной св зью через катущку 7, возникают свободные

колебани  частотой Р..„ .

-о

При применении обычного логарифмического усилител , что имеет место в известном устройстве, частота и фаза колебаний во многом зависит о.т пара50

55

Цри подаче электрического питани  по шинам 27 и 28 в контуре, охваченном положительной обратной св зью через катущку 7, возникают свободные

колебани  частотой Р..„ .

-о

При применении обычного логарифмического усилител , что имеет место в известном устройстве, частота и фаза колебаний во многом зависит о.т пара31293554

метров выходного контура (индуктивность катушки возбуждени , а также выходна  и монтажна  емкости усилител  и катушки). Усилитель при этом обеспечивает амплитудное и фазовое услови  самовозбуждени  в системе, охваченной положительной обратной св зью. Магнитострикционный стержен  вл етс  промежуточным звеном со свойствами элемента св зи. Его вли ние также сказываетс  на обеспечени выполнени  фазового и амплитудного условий самовозбуждени , т.е. он выполн ет роль полосового фильтра с довольно низкой добротностью.

Но поскольку в электроакустических импедансных твердомерах единственным информационным параметром  вл етс  частота колебаний магнито- стрикционного стержн , то характеристики (чувствительность, стабильность и т.д.) преобразователей с логарифмическим усилителем будут довольно низкими.

Можно существенно улучшить характеристики преобразователей, использовав режим свободных колебаний маг нитострикционного стержн  1 (контур ударного возбуждени ) с импульсным

возбуждением и поддержанием незатухающих колебаний. При этом максимальна  передача энергии возбуждени  происходит при равенстве дпи- тельности импульса возбуждени  .боэБ. полупериоду частоты свободных колебаний Г( eoiB. (

сь 2

и при их жесткой синхрониза1ЩИ .

Такой режим можно обеспечить при использовании в преобразователе усилител -ограничител  с антилогарифмической выходной характеристикой.

Когда Ug . ех обратна  положительна  св зь в системе оказываетс  слабой из-за малого коэффициента усилени , что позвол ет отстроитьс  от множества других резонансных частот, в том числе кратных частоте свободных колебаний F , обусловленных монтажными и выходными емкост ми усилител  и катушки.

5

0

5

Во врем , когда скорость нарастани  входного сигнала

. 0,

уси tJ BX

Idt

литель оказываетс  насьвденным, и из- за ограничени  выходного напр жени  св зь катушки 7 возбуждени  со стержнем 1 также будет слабой. Импульс возбуждени  при этом имеет длительность „ несколько меньше длительности положительного полупериода колебани  магнитострикционного стержн  I , а «го фаза и частота определ ютс  длительностью отрицательного по- луперйода свободных колебаний в стержне 1. Дл  улучшени  отношени 

сигнал

в цепь обратной св зи вклюпомеха

чей полосовой фильтр 8.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным обладает более высокой чувствительностью и стабильностью работы, обусловленной использованием двухкаскадного усилител  с антилогарифмической выходной характеристикой .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Преобразователь электроакустического импедансного твердомера, содержащий корпус, Магнитострикционный стержень с идентором на конце, инертную массу, закрепленную на другом конце магнитострикционного стержн , калиброванную пружину, взаимодействующую с инертной массой и корпусом, пьезоэлектрический датчик, закрепленный на магнитострикционном стержне , электромагнитную катушку возбуждени , охватывающую магнитострикцион- ньй стержень, и усилитель, выход которого соединен с электромагнитной катушкой возбуждени , о т л и ч а ю- щ и и с и тем, что, с целью повышени  чувствительности и стабильности , он снабжен полосовым фильтром, вход которого соединен с пьезоэлектрическим датчиком, а ВЫХОД с входом усилител , и усилитель представл ет собой усилитель-ограничитель с антилогарифмической амплитудной характеристикой .