ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ С МАГНИТНЫМИ МЕТКАМИ

Полезная модель относится к информационно-измерительной технике и может быть использована для бесконтактного измерения перемещений и длин протяженных изделий и скорости их перемещения методом магнитных меток.
Известен преобразователь перемещений (а.с. СССР №439700, кл. G01D 5/20 опубл. 15.08.1974), содержащий носитель кодовой информации и устройство счета кодовой информации.
Недостатком известного преобразователя является низкая информационная надежность результатов измерения, приводящая к погрешностям.
За прототип принят преобразователь перемещений с магнитными метками (патент, RU, №2163004, кл. G01B 7/00, опубл. 18.01.1999), содержащий подвижный носитель магнитных меток в виде кодовой шкалы и приемник сигнала меток.
Недостатками данного преобразователя являются большие массогабаритные показатели, малое быстродействие и ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в отсутствии сервисных функций по записи измеряемой информации, ее визуализации, хранения, дальнейшей обработки и передачи.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в снижении массогабаритных показателей, увеличении быстродействия и расширении функциональных возможностей за счет записи информации о результатах измерения, ее визуализации, хранения, дальнейшей обработки и передачи.
Поставленная задача решается преобразователем перемещений с магнитными метками, в котором в отличие от прототипа приемник сигнала меток выполнен в виде эпитаксиальной пленки феррит-граната, по обе стороны которой размещены поляризатор и анализатор, при этом на входе поляризатора установлен лазерный диод, а на выходе анализатора оптически последовательно соединены фотодиод, преобразователь ток-напряжение, выполненный на базе операционного усилителя, микроконтроллер, содержащий аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор, микроконтроллер соединен с управляющей клавиатурой и жидкокристаллическим индикатором.
На фигуре изображена структурная схема заявляемого преобразователя перемещений с магнитными метками.
Преобразователь содержит подвижный носитель магнитных меток в виде кодовой шкалы 1, приемник сигнала меток в виде эпитаксиальной пленки феррит-граната 2, по обе стороны которой размещены поляризатор 3 и анализатор 4. В качестве источника оптического излучения используется лазерный диод 5, установленный на входе поляризатора 3. Выход анализатора 4 оптически связан с последовательно включенными приемником оптического излучения 6 виде фотодиода, преобразователем ток-напряжение 7, выполненным на базе операционного усилителя, и микроконтроллером 8, содержащим аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор. Микроконтроллер 8 соединен с управляющей клавиатурой 9. К выходу микроконтроллера подключен жидкокристаллический индикатор 10, отображающий измерительную информацию.
Работа заявляемого преобразователя перемещений заключается в следующем. При перемещении подвижного носителя магнитных меток в виде кодовой шкалы 1 происходит изменение величины магнитного потока (показан на фигуре пунктирными линиями), создаваемого меткой. Этот магнитный поток замыкается через оптически прозрачную феррит-гранатовую пленку, через которую проходит поляризованный (после поляризатора) луч лазерного диода.
Вследствие магнитооптического эффекта Фарадея на выходе пленки имеем луч света, повернутый на угол в следствие фарадеевского вращения:
где V - постоянная Верде, характеризующая чувствительность эпитаксиальной пленки; Н - напряженность магнитного поля, создаваемого магнитной меткой; L - активная длина взаимодействия, равная толщине пленки.
0
В анализаторе происходит преобразование мощности P светового луча лазерного диода и угла фарадеевского вращения φ в мощность P на выходе фотодиода, которая согласно закону Малюса определяется как:
где α - угол между осями поляризатора и анализатора.
Принято считать α=45°. В этом случае формула (2) примет вид:
В фотодиоде 6 происходит преобразование светового луча мощностью P в фототок:
где S - чувствительность.
1
ф
2
1
у
у
В преобразователе ток-напряжение 7 происходит преобразование напряжения U=i·R, в напряжение U=U·K, где R - сопротивление на входе усилителя; K - коэффициент усиления усилителя.
2
В аналого-цифровом преобразователе микроконтроллера 8 напряжение U преобразуется в цифровой код и последний поступает в микроконтроллер, который обрабатывает информацию и она отображается жидкокристаллическим индикатором 10.
С помощью управляющей клавиатуры 9 происходит управление работой преобразователя перемещений с магнитными метками: включение и выключение преобразователя, просмотр записанной информации об измеренных значениях перемещений в определенные моменты времени, передача этой информации на подвижный носитель информации.
-9
Таким образом заявляемый преобразователь перемещений обладает малыми массогабаритными показателями, т.к. в нем отсутствуют детали, выполненные из железа. Быстродействие, используемых волоконно-оптических элементов высоко и достигает 10 сек. Преобразователь обладает широкими функциональными возможностями за счет записи информации о результатах измерения, ее визуализации, хранения, дальнейшей обработки и передачи.