МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ


RU (11) 2131131 (13) C1

(51) 6 G01R33/12 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1999.05.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 93054368/28 
(22) Дата подачи заявки: 1993.12.08 
(45) Опубликовано: 1999.05.27 
(56) Аналоги изобретения: 1. Авторское свидетельство N 1247801, G 01 R 33/12, 1985. 2. Патент США N 5008620, кл. G 01 R 33/12, 1991. 
(71) Имя заявителя: Малютин Вячеслав Иванович 
(72) Имя изобретателя: Малютин Вячеслав Иванович 
(73) Имя патентообладателя: Малютин Вячеслав Иванович 
(98) Адрес для переписки: 117321, Москва, Профсоюзная ул. 130-3-231, Мамотину В.И. 

(54) МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ 

Использование: для допускового контроля магнитных свойств постоянных магнитов, ферритовых сердечников и других изделий из магнитных материалов, в том числе магнитомягких. Кроме того, магниточувствительный элемент может быть использован при создании датчиков тока и положения. Сущность изобретения: с целью расширения функциональных возможностей и повышения достоверности выходной информации магниточувствительный элемент содержит корпус, в котором размещены первичный преобразователь и магнитная система. Первичный преобразователь выполнен в виде однородной магнитомягкой пластины с одноосной анизотропией, а магнитная система выполнена с источником перемагничивающего поля и/или источником локального поля, магнитные оси которых ориентированы вдоль оси легкого намагничивания магнитомягкой пластины. 6 з.п. ф-лы, 7 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для допускового контроля магнитных свойств постоянных магнитов, ферритовых сердечников и других изделий из магнитных материалов, в том числе магнитомягких. Кроме того магниточувствительный элемент может быть использован при создании датчиков тока и положения.

Известно устройство для контроля намагниченности, а точнее, индукции постоянных магнитов, содержащее статор с постоянными магнитами, индуктор и скобообразные шунты с измерительными элементами на торцах (см. а.с. 1252745, G 01 R 33/12, 1984).

Будучи пригодно только для контроля набора магнитов, известное устройство обладает узкими функциональными возможностями. Кроме того, данное устройство характеризуется высокими массогабаритными показателями и низкой точностью.

Известно также устройство для измерения динамических характеристик материалов с ЦМД (цилиндрическими магнитными доменами), содержащее осветитель, поляризационный микроскоп, магнитную систему для создания вращающегося поля и поля смещения, источник постоянного тока и пластину из материала с ЦМД, на которую нанесены магнитомягкие управляющие элементы (см. а.с. 1247801, G 01 R 33/12, 1985).

Однако это устройство весьма сложно и обладает низкой производительностью ввиду того, что процесс измерения связан с визуальным контролем за ЦМД.

Известен магниточувствительный элемент в виде источника магнитного поля, трех магнитных и одного немагнитного слоев, последовательно накладываемых на контролируемый объем (см. патент США 5008620, G 01 R 33/12, 1991).

Недостатком данного устройства также является низкая производительность и высокая стоимость контроля, обусловленные трудоемкостью нанесения слоев определенной толщины на контролируемое изделие.

Наиболее близким к предложенному является магниточувствительный элемент, содержащий магнитную систему с магнитопроводом и элемент (первичный преобразователь или датчик) Холла, размещенные в корпусе со щелью, в которую периодически вводится контролируемый магнит или сердечник (см. патент США 5138258, G 01 R 33/12, 1992). Выход первичного преобразования подключен к блоку регистрации.

Аналогичный магниточувствительный элемент с элементом (преобразователем) Холла, подключенным к блоку регистрации, и герконом, расположенными в корпусе, который выполнен с посадочным местом для испытуемого магнита, описан в а.с. 1239662, G 01 R 33/12, 1984).

Недостатками описанных элементов являются узкие функциональные возможности и низкая достоверность измерительной информации, обусловленные нестабильностью и видом выходного сигнала, а также габаритами устройства. Дело в том, что известное устройство формирует медленно меняющийся аналоговый выходной сигнал, дискретизация и формирование которого осуществляются уже блоком регистрации, что вносит дополнительную погрешность и нестабильность. Это делает известное устройство непригодным для использования в установках допускового контроля тока, положения и скорости, переключателях, генераторах импульсов, которые могут непосредственно подаваться на цифровые логические элементы и т. п. Функциональные возможности известного устройства ограничены также самим способом создания магнитного потока, воздействующего на первичный преобразователь, будь то элемент Холла или иной; рабочий поток создается одним источником поля, что сужает число возможных вариантов конструкции.

Кроме того, к существенным недостаткам известного магниточувствительного элемента следует отнести и низкую помехозащищенность, что обусловлено видом выходного сигнала.

Таким образом техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является расширение функциональных возможностей магниточувствительного элемента, повышение достоверности его выходной информации и повышение его помехозащищенности за счет принципиально иного построения магнитной системы, первичного преобразователя и блока регистрации, обеспечивающего появление на выходе преобразователя высокостабильного импульса значительной амплитуды при строго определенном соотношении магнитных полей, воздействующих на преобразователь.

Указанный результат достигается тем, что в известном магниточувствительном элементе, содержащем корпус, в котором размещены магнитная система и первичный преобразователь, подключенный к блоку регистрации, первичный преобразователь выполнен в виде однородной магнитомягкой пластины с одноосной анизотропией, а магнитная система выполнена с источником перемагничивающего поля и/или источником локального поля, магнитные оси которых ориентированы вдоль оси легкого намагничивания магнитомягкой пластины.

При этом магнитомягкая пластина может быть выполнена с плоскостной одноосной анизотропией.

Целесообразно также выбирать параметры материала магнитомягкой пластины из условий:

(0,5 - 0,8) Нк < или = Hл - Hп,

Hк = (10 - 100)Нс,

где Hс и Hк - коэрцитивная сила и поле анизотропии магнитомягкой пластины;

Hп и Hл - поле источников перемагничивающего и локального поля соответственно.

Кроме того, источники перемагничивающего и локального полей могут быть размещены по разные стороны магнитомягкой пластины.

Целесообразно также выполнить источники перемагничивающего и/или локального поля с возможностью регулировки или изменения величины поля.

Рекомендуется также выполнить источники перемагничивающего и локального поля в виде постоянных магнитов.

И наконец, целесообразно блок регистрации выполнить с входной считывающей обмоткой, расположенной на или вокруг магнитомягкой пластины в зоне действия источника локального магнитного поля.

При этом считывающая обмотка, расположенная на магнитомягкой пластине, выполнена в виде двух смежных плоских спиральных секций с противоположным направлением намотки.

На фиг. 1 схематично изображен магниточувствительный элемент, фиг. 2 иллюстрирует процесс перемагничивания магнитомягкой пластины, на фиг. 3 изображен импульс напряжения, возникающий в считывающей обмотке, на фиг. 4 изображена магнитомягкая пластина со считывающей обмоткой в интегральном исполнении, фиг. 5 иллюстрирует возможную топологию считывающей обмотки, а фиг. 6 и 7 схематично иллюстрируют конструкцию магниточувствительного элемента, используемого в качестве датчика угловой скорости и бесконтактного переключателя соответственно.

Магниточувствительный элемент содержит магнитомягкую пластину 1 с рабочей зоной 2 и краевыми доменами 3, источник 4 перемагничивающего поля, источник 5 локального поля с излучающими поверхностями 6, не выходящими за пределы пластины 1, и считывающую обмотку 7. Источники 4 и 5 располагаются в корпусе (на фиг. 1 не показан) и выполняются с возможностью регулировки величины магнитного поля, создаваемого ими в плоскости пластины 1. В частности, источник 4, 5 могут быть выполнены в виде электромагнита постоянного или переменного тока или постоянного магнита, в зависимости от конкретного применения магниточувствительного элемента, последний может включать только источник 4 (в этом случае роль источника 5 выполняет контролируемый объект), только источник 5 (роль источника 4 выполняет контролируемый объект) и оба источника 4, 5. При этом величину тока в электромагните или положение постоянного магнита регулируют в процессе настройки магниточувствительного элемента и изменяют в процессе его работы (характер подобного изменения станет ясен из дальнейшего).

Позицией 8 (фиг. 2) обозначен исходный домен обратной намагниченности, позицией 9 - изолированные домены, возникающие в процессе использования магниточувствительного элемента.

На подложке 10 (фиг. 4, 5) расположены магнитопленочный сердечник 11, изолирующий слой 12 и планарная считывающая обмотка 14 с секциями 14, 15 и контактными площадками 16.

Датчик, изображенный на фиг. 6, содержит магнитопленочную пластину 17 с объемной считывающей обмоткой 18, кольцевой многополюсный постоянный магнит 19, закрепленный на приводном валу 20, магнитопроводы 21 и постоянный магнит 22.

Показанный на фиг. 7 переключатель содержит клавишу 23, постоянный магнит 24, магнитопроводы 25, магнитомягкую пластину 26, обмотку 27 и постоянный магнит 28.

Пластина 1 (11,17, 26) может иметь ось легкого намагничивания (ОЛН) 6, перпендикулярную своей плоскости (и тогда в ней возникают ЦМД) или лежащую в плоскости пластины (образуются плоскостные домены). При использовании материалов с ЦМД обмотка 7 (18) располагается на боковых гранях пластины 1, "охватывая" ЦМД, или выполняется в виде спирали, размещенной в плоскости пластины на ее поверхности.

Источники 4, 5 и магнитопровод 21 (25) образуют магнитную систему. При этом магнитная ось источников 4, 5 является направлением поля, создаваемого ими в пластине 1.

Помимо обмотки 7 блок регистрации включает приемник импульсов в виде, например, формирователя импульсов и индикатора или счетчика импульсов (на чертеже не показаны). В качестве блока регистрации может быть использована и магнитооптическая установка, например, на основе меридианального эффекта Керра.

Устройство работает следующим образом. Источник 4 намагничивает зону 2 пластины 1 до насыщения, ориентируя ее магнитный момент по одному из направлений ОЛН и уменьшая размеры краевых доменов 3.

Источник 5 создает поле, противоположное полю источника 4. Домен 8 обратной намагниченности формируется при выполнении условия:

Hлл > или = Hз + Hп - Hр,

где Hз и Hр - поле зародышеобразования и поле рассеяния краев пластины 1 соответственно.

Домен 8 с большой скоростью расширяется до размеров рабочей зоны, а в обмотке 7 наводится импульс выходного напряжения. Цикл работы заканчивается восстановлением исходного состояния за счет снижения Hл или увеличения Hп для плоскостных доменов и увеличения Hл и снижения Hп для ЦМД. При этом домен 8 распадается на домены 9, которые коллапсируют.

В течение описанного цикла краевые домены 3 и граничные эффекты не вносят вклад в выходной сигнал. Таким образом обеспечиваются условия для "взрывного" перемагничивания пластины 1 при строго определенных величинах (но не скоростях изменения) полей. Это позволяет получить выходной импульс значительной амплитуды и с крутым передним фронтом, который может непосредственно подаваться на вход стандартного логического элемента, что способствует увеличению помехоустойчивости магниточувствительного элемента. Это позволяет также стабилизировать параметры импульса и, главное, условия его возникновения. В то же время, благодаря тому, что зарождение домена 8 происходит под действием двух источников (4, 5), открываются многочисленные возможности использования магниточувствительного элемента.

Так, отдельный магниточувствительный элемент может быть использован для порогового контроля постоянных магнитов или полей, а также токов по величине создаваемого ими магнитного поля. Набор же магниточувствительных элементов, настроенных на различные величины поля, может использоваться в качестве цифрового преобразователя.

Выше уже указывалось, что магниточувствительный элемент может применяться в качестве датчика положения или, с блоком регистрации в виде частотомера, - в качестве датчика угловой скорости (фиг. 6).

Весьма перспективно использование магниточувствительных элементов в кнопочных бесконтактных переключателях (фиг. 7).

И, наконец, предлагаемый магниточувствительный элемент может быть использован для контроля зубчатых изделий и изделий из магнитомягких материалов. В этом случае в корпусе предусматривается зазор, куда вводится контролируемое изделие. При определенной величине магнитной проницаемости или определенном положении контролируемого объекта возникают условия для возникновения домена обратной намагниченности и появления выходного импульса (магнитомягкое тело увеличивает поток одного из источников 4, 5).

В заключение следует отметить и другие достоинства предлагаемого магниточувствительного элемента: простота, низкая стоимость и малые габариты. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Магниточувствительный элемент, содержащий корпус, в котором размещены магнитная система и первичный преобразователь, подключенный к блоку регистрации, отличающийся тем, что первичный преобразователь выполнен в виде однородной магнитомягкой пластины с одноосной анизотропией, а магнитная система выполнена с источником перемагничивающего поля и/или источником локального поля, магнитные оси которых ориентированы вдоль оси легкого намагничивания магнитомягкой пластины.

2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что магнитомягкая пластина выполнена с плоскостной одноосной анизотропией.

3. Элемент по п.2, отличающийся тем, что параметры материала магнитомягкой пластины выбраны из условий:

(0,5 - 0,8)Нк < или Нл - Нп;

Нк = (10 - 100)Нс,

Нс и Нк - коэрцитивная сила и поле анизотропии магнитомягкой пластины;

Нп и Нл - поле источников перемагничивающего и локального поля соответственно.

4. Элемент по п.2, отличающийся тем, что источники перемагничивающего и локального полей размещены по разные стороны магнитомягкой пластины.

5. Элемент по п.1, отличающийся тем, что источники перемагничивающего и/или локального поля выполнены с возможностью регулировки или изменения величины поля.

6. Элемент по п.1, отличающийся тем, что источники перемагничивающего и локального поля выполнены в виде постоянных магнитов.

7. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что блок регистрации выполнен с входной считывающей обмоткой, расположенной на или вокруг магнитомягкой пластины в зоне действия источника локального магнитного поля.

8. Элемент по п.7, отличающийся тем, что считывающая обмотка, расположенная на магнитомягкой пластине, выполнена в виде двух смежных плоских спиральных секций с противоположным направлением намотки.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru