Способ измерения деформаций объектов из немагнитных материалов и установка для его осуществления

Авторы патента:

Архангельский Павел Владимирович (RU)

G01B7/16 - для измерения деформации твердых тел, например проволочными тензометрами

Владельцы патента RU 2518616:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный национальный исследовательский университет" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций немагнитных материалов. Способ измерения деформаций из немагнитных материалов характеризуется тем, что на поверхности или внутри объекта размещают постоянные дипольные источники магнитного поля, например на основе магнитов из сплава неодим-железо-бор, при этом для вычисления параметров линейной (вдоль прямой линии) деформации используют как минимум два магнита не лежащие в одной точке, для вычисления параметров плоской деформации - минимум три магнита, не лежащие на одной прямой, для вычисления параметров объемной деформации - минимум четыре магнита, не лежащие в одной плоскости. Возле поверхности исследуемого объекта напротив каждого источника устанавливают систему датчиков, позволяющих измерить по 1, 2, 3 компоненты вектора индукции магнитного поля в нескольких точках, сосредоточенных в малой по сравнению с расстоянием до источников поля области пространства, или в качестве системы датчиков используют одно-, двух- или трехосевой датчик с системой 3D-позиционирования, сигналы с датчиков усиливают и преобразуют в цифровой вид, численные данные измерений: координаты точек измерения и значения компонент векторов индукции магнитного поля в них в лабораторной системе координат обрабатывают компьютерной программой, по полученным данным решают обратную задачу для системы слабо взаимодействующих магнитов и определяют их местоположение в лабораторной системе координат и векторы магнитных моментов в лабораторной системе координат до и после деформирования объекта, и, сравнивая эти решения, вычисляют параметры деформации. Описана установка для предлагаемого способа. Технический результат - возможность измерения линейной (вдоль прямой линии), плоской (в плоскости) и объемной (в пространстве) деформации объектов из немагнитных материалов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций немагнитных материалов.

Известно устройство (взято за прототип) для измерения толщины немагнитных материалов, содержащее измерительную головку с магнитом и размещенным на нем датчиком Холла, сигнальные электроды которого через усилитель подключены к индикатору, а токовые - к выходам блока питания, ферромагнитный элемент в виде шарика, располагаемого с противоположной стороны измеряемого материала. Шарик помещен в контейнер с дном, выполненным в виде ферромагнитной пластины и имеющим открытое для наблюдения окно (патент РФ №2222776 МПК 01В 7/06, опубл. 27.0103 г.).

Недостатком прототипа является ограниченный диапазон измеряемых величин, а также невысокая точность измерения.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа и возможность измерения линейной (вдоль прямой линии), плоской (в плоскости) и объемной (в пространстве) деформации объектов из немагнитных материалов.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в п.1 формулы изобретения, таких как способ измерения деформаций объектов из немагнитных материалов, характеризующийся тем, что на поверхности или внутри объекта размещают постоянные дипольные источники поля, например на основе сплава неодим-железо-бор, при этом для вычисления параметров однополярной деформации используют как минимум два магнита, не лежащие в одной точке, для параметров плоской деформации - минимум три магнита, не лежащие на одной прямой, для параметров объемной деформации - минимум четыре магнита, не лежащие в одной плоскости, затем возле поверхности исследуемого объекта напротив каждого источника устанавливают систему датчиков, позволяющих измерить по 1, 2, 3 компоненты вектора индукции магнитного поля в нескольких точках, сосредоточенных в расположенных в малой по сравнению с расстоянием до источников поля области пространства, или в качестве системы датчиков используют датчик с системой 3D-позиционирования, сигналы с датчиков усиливают и преобразуют в цифровой вид, численные данные измерений: координаты точек измерения и значения компонент векторов индукции магнитного поля в них в лабораторной системе координат обрабатывают компьютерной программой, по полученным данным решают обратную задачу для системы слабо взаимодействующих магнитов и определяют их местоположение в лабораторной системе координат и векторы магнитных моментов в лабораторной системе координат до и после деформирования объекта, и, сравнивая эти решения, вычисляют параметры деформации.

Согласно п.2. формулы в качестве источников берут магниты, примерно равные по модулю.

Согласно п.3 формулы для закрепления на поверхности исследуемого объекта предпочтительно используют постоянные магниты цилиндрической или кубической формы, а при внедрении в тело объекта предпочтительно используют постоянные магниты шарообразной формы.

Согласно п.4 формулы датчики магнитного поля должны измерять по 1, 2, 3 компоненты вектора индукции магнитного поля в каждой точке области измерения, обладать большим динамическим диапазоном, высокой чувствительностью, высоким разрешением, малыми по сравнению с размером области измерения размерами чувствительной области и высокой линейностью.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в п.5 формулы изобретения, а именно установка для измерения деформаций объектов из немагнитных материалов согласно вышеописанному способу содержит постоянные дипольные источники магнитного поля, выполненные, например, в виде магнитов из сплава неодим-железо-бор цилиндрической, кубической и шарообразной формы, размещенные на поверхности или внедренные внутрь исследуемого объекта, примерно напротив которых установлены датчики, сигналы с которых поступают на вход усилителя, выход которого связан с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого связан с входом вычислительного модуля, например персонального компьютера, с помощью компьютерной программы усиленный сигнал в АЦП преобразуется в цифровой вид, по полученным данным измерения магнитного поля в областях измерения решается обратная задача для системы слабо взаимодействующих диполей, определяются координаты местоположения диполей и значения их векторов магнитных моментов в системе координат, имея информацию о местоположении диполей до и после деформации объекта, вычисляют параметры деформации исследуемого объекта.

Согласно п.6 формулы для измерения линейной деформации устанавливают на объект минимум два магнита, не лежащие в одной точке, для измерения плоской деформации устанавливают на или в объект минимум три магнита, лежащие в одной плоскости и не лежащие на одной прямой, для измерения объемной деформации устанавливают на или в объект минимум четыре магнита, не лежащие в одной плоскости.

Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - возможность измерения линейной (вдоль прямой линии), плоской (в плоскости) и объемной (в пространстве) деформации объектов из немагнитных материалов.

Изобретение иллюстрируется следующей схемой установки (см. чертеж) и примерами реализации способа.

Установка для измерения деформаций объектов из немагнитных материалов содержит постоянные дипольные источники магнитного поля 1, выполненные, например, в виде магнитов из сплава ниодим-железо-бор цилиндрической, кубической и шарообразной формы, размещенные или внедренные в исследуемый объект 2, примерно напротив которых установлены датчики 3 (S₁, S₂, S₃, S₄), сигналы с которых поступают на вход усилителя 4, выход которого связан с входом аналого-цифрового преобразователя 5, выход которого связан с входом вычислительного модуля 6 (ОЗД), например, персонального компьютера, с помощью компьютерной программы 7 (авт.свид. РФ №2011616795 «Программа для решений обратных задач для одного и нескольких слабо взаимодействующих точечных магнитных диполей», авторы Машкин С.В., Марценюк М.А.) усиленный сигнал в АЦП преобразуется в цифровой вид, по полученным данным измерения магнитного поля в областях измерения решается обратная задача для системы слабо взаимодействующих диполей и определяются координаты местоположения диполей и значения их векторов магнитных моментов в системе координат, имея информацию о местоположении диполей до и после деформации объекта, вычисляют параметры деформации исследуемого объекта.

Для измерения линейной деформации устанавливают на объект два магнита, не лежащие в одной точке, для измерения плоской деформации устанавливают на или в объект три магнита, лежащие в одной плоскости и не лежащие на одной прямой, а для измерения объемной деформации устанавливают на или в объект четыре магнита, не лежащие в одной плоскости.

Общие условия процесса измерений

В основе способа измерения деформации лежит метод решения обратной задачи для системы слабо взаимодействующих точечных магнитных диполей, которая, в свою очередь, использует метод решения обратной задачи для одного точечного магнитного диполя.

Имеется исследуемый объект obj из немагнитного материала (см. чертеж), на поверхности или внутри которого располагаются магнитные диполи (в качестве которых можно использовать постоянные магниты, например, на основе материала NdFeB) с магнитными моментами m_i. Для вычисления параметров линейной деформации необходимо минимум 2 диполя, не лежащих в одной точке. Для вычисления параметров плоской деформации необходимо минимум 3 диполя, лежащих в одной плоскости и не лежащих на одной прямой. Для вычисления параметров объемной деформации необходимы минимум 4 диполя, не лежащих в одной плоскости (на чертеже диполи m₁, m₂, m₃ лежат в одной плоскости, а диполь m₄ лежит вне этой плоскости).

Возле поверхности исследуемого объекта примерно в одной плоскости располагаются наборы датчиков магнитного поля S_i - по одному примерно напротив каждого диполя. Каждый набор датчиков представляет собой систему датчиков, позволяющих измерять по три (по две, по одной) компоненты вектора индукции магнитного поля, и расположенных в некоторой малой области пространства. Требуемые количество и взаимное расположение датчиков могут варьироваться - главное требование - возможность решения обратной задачи для точечного магнитного диполя (см. далее). Сигналы с датчиков поступают на вход усилителя amp, затем усиленный сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя АЦП и преобразуется им в цифровой вид.

Численные данные измерения поля (координаты точек измерения r_sa={x_sa,y_sa,z_sa} и значения компонент вектора индукции магнитного поля B_sa=B(r_sa)={B_sax,B_say,B_saz} - в системе координат OXYZ) поступают в вычислительный модуль ПК (построенный, например, на базе персонального компьютера). По полученным данным измерения поля в областях измерения решается обратная задача для системы слабо взаимодействующих диполей (соответствующая программа обозначена ОЗД-N), и определяются координаты местоположения диполей и значения их векторов магнитных моментов (по сути - ориентация диполей в пространстве) в системе координат OXYZ. Метод решения ОЗД-N и соответствующая программа основаны на методе решения обратной задачи для одного точечного магнитного диполя (ОЗД-N).

Посредством описанной системы положения Х_i диполей m_i в системе координат OXYZ измеряются до деформации объекта obj. После прикладывания к объекту obj внешнего воздействия F возникает деформация - диполи смещаются. Их координаты $X_{i}^{'}$ после деформации снова измеряются описанным способом.

Имея информацию о местоположении (и ориентации) диполей до и после деформирования объекта, вычисляют параметры деформации G. Их, например, удобно представлять в виде матрицы аффинного преобразования (см. далее), которая описывает деформацию среды в локальной области - месте расположения диполей m_i. Программа, решающая задачу определения параметров деформации, обозначена ДФРМ.

Используя большее количество магнитных диполей можно измерить параметры деформации во всех интересующих участках исследуемого объекта. Для этого удобно распределить необходимое количество диполей в узлах почти прямоугольной сетки у(или на) поверхности объекта и для определения параметров деформации использовать тройки (для плоской задачи) или четверки (для объемной задачи) близлежащих диполей.

В качестве источников берут магниты, примерно равные по модулю. Для закрепления на поверхности исследуемого объекта предпочтительно используют постоянные магниты цилиндрической или кубической формы, а при внедрении в тело объекта предпочтительно используют постоянные магниты шарообразной формы. Датчики магнитного поля должны измерять по 1, 2, 3 компоненты вектора индукции магнитного поля в каждой точке области измерения, обладать большим динамическим диапазоном, высокой чувствительностью, высоким разрешением, малыми по сравнению с размером области измерения размерами чувствительной области и высокой линейностью.

Для реализации предложенного способа измерения деформации была использована установка, обладающая следующими основными характеристиками (табл.1 и 2).

Таблица 1
Общие характеристики экспериментальной установки
Максимальная частота дискретизации (при измерении на одном канале), Гц	40000
Количество входных каналов АЦП (однополярных)	8
Разрядность АЦП, бит	12
Количество независимых каналов входного усилителя	4
Коэффициенты предусиления (изменяются переключением перемычек на плате входного усилителя, независимо для каждого канала) - К0	1, 10, 100
Коэффициенты усиления входных усилителей (выбор производится программно, независимо для каждого канала) - К	0.5, 2, 8, 32, 128, 512
Максимальное измеряемое напряжение (К0=1, К=0.5), В	±2.5
Разрешающая способность, В	2.5/4096/ (К0*К)
Компенсируемое напряжение смещения на входе, мВ	±50/К0
Количество ЦАП	2
Разрядность ЦАП, бит	12
Диапазон изменения напряжения на выходах выходных усилителей ЦАП, В	±2.5
Количество обслуживаемых шаговых двигателей	3
Минимальный шаг системы позиционирования, мм	0.095
Максимальное количество шагов	125×125
Размер зоны измерения	11.9 мм × 11.9 мм
Тактовая частота микроконтроллера (1 инструкция - 1 такт), МГц	16
Размер памяти программ, Кбайт	128
Размер ОЗУ, Кбайт	4+32
Скорость обмена с ПК по каналу RS-232, бод/с	115200

Таблица 2
Характеристики экспериментальной установки при использовании датчиков 2SA-10
Линейный диапазон измеряемого поля, мТл	±40
Максимальный диапазон измеряемого поля, мТл	±45
Разрешающая способность (К0=1, К=512, число измерений = 10000), мкТл	±2
Нелинейность (в линейном диапазоне измеряемого поля), %	0.2
Максимальная частота изменения измеряемого поля, кГц	0.1

Для измерения вектора индукции магнитного поля использовался интегральный датчик Холла 2SA-10 фирмы SENTRON. Чтобы измерять 3 компоненты поля индукции использовалось 2 датчика, расположенных в перпендикулярных плоскостях. Измерение компонент вектора индукции поля двумя датчикам в одной точке достигалось соответствующим сдвигом второго датчика так, чтобы его чувствительная область располагалась в той же точке пространства, что и первая область.

Для того чтобы измерять поле в дискретном наборе точек посредством описанной выше системы из двух датчиков использовалась 3D-система позиционирования, построенная на трехшаговых двигателях. Для того чтобы исключить их влияние (они сделаны из магнитных материалов) на результаты измерения, датчики магнитного поля были удалены от них посредством достаточно длинного держателя (около 120-150 мм) из немагнитного материала (табл.3).

Таблица 3
Характеристики датчика 2SA-10
Количество измеряемых компонент поля	2
Размер чувствительной области (диаметр диска-концентратора магнитного поля), мм	0.2
Магнитная чувствительность, В/Тл	50
Линейный диапазон измеряемого поля, мТл	±40
Максимальный диапазон измеряемого поля, мТл	±45
Частота изменения измеряемого поля, кГц	0…15
Нелинейность (типичное значение в линейном диапазоне измеряемого поля), %	0.1
Напряжение смещения, мВ	±10
Максимальная спектральная плотность магнитного шума (в центре диска-концентратора), нТл/ $\sqrt{Г ц}$	750
Рекомендуемое напряжение питания, В	5.0
Тип корпуса	SOIC-8

Посредством описанной системы были достигнуты следующие основные результаты. При использовании в качестве источника постоянного магнита с модулем магнитного момента 0.05 А/м², конфигурации области измерения куб 3x3x3 точки измерения с шагом 0.95 мм по каждой из осей погрешность определения местоположения магнита составила от 1 до 3 мм (растет при удалении от магнита) на расстояниях до 40 мм.

При решении ОЗД-N для случая двух слабо взаимодействующих диполей с магнитными моментами 0.012 А/м² (цилиндры: диаметр 3 мм, высота 1.5 мм, материал NdFeB), конфигурации области измерения куб 3×3×3 точки измерения с шагом 1.9 мм по каждой из осей расстояние между источниками около 30 мм, расстояние от плоскости источников до плоскости измерения 13 мм, погрешность определения местоположения диполей составила около 1 мм.

Преимущества способа:

- способ позволяет определить не только величину пространственного сдвига контролируемых точек объекта, но и пространственный поворот среды в этих точках;

- способ дистанционный: система датчиков располагается не на исследуемом объекте, а возле него;

- способ интроскопический: исследуемый объект может быть скрыт от системы датчиков слоем из немагнитного материала;

- способ достаточно быстродействующий: быстродействие измерений ограничено, в основном, быстродействием используемых датчиков магнитного поля (на сегодняшний день - порядка нескольких тысяч измерений в секунду).

1. Способ измерения деформаций объектов из немагнитных материалов характеризующийся тем, что на поверхности или внутри объекта размещают постоянные дипольные источники магнитного поля, например постоянные магниты на основе сплава неодим-железо-бор, при этом для определения параметров линейной деформации (деформации вдоль прямой линии) используют, как минимум, два магнита, не лежащие в одной точке, для определения параметров плоской деформации - минимум три магнита, не лежащие на одной прямой, для определения параметров объемной деформации - минимум четыре магнита, не лежащие в одной плоскости, затем возле поверхности исследуемого объекта примерно напротив каждого источника поля устанавливают систему датчиков, позволяющих измерить по 1, 2 или 3 компоненты вектора индукции магнитного поля в нескольких точках, сосредоточенных в малой (по сравнению с расстоянием до источников поля) области пространства, или в качестве системы датчиков используют один одно-, двух- или трехосевой датчик с системой 3D-позиционирования, позволяющей поместить этот датчик в требуемые точки в пределах областей измерения и измерить по 1, 2 или 3 компоненты вектора индукции магнитного поля в них, сигналы с датчиков усиливают и преобразуют в цифровой вид, по данным о координатах точек измерения и значениям компонент вектора магнитной индукции, измеренных до деформации объекта, решают обратную задачу и определяют координаты положения диполей и их ориентацию до деформации объекта и таким же образом посредством решения обратной задачи на основе данных, полученных после деформации объекта, определяют координаты положения диполей после деформации объекта, на основе полученной таким образом информации о местоположении диполей и их ориентации до и после деформации определяют параметры деформации исследуемого объекта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источников берут магниты, модули векторов магнитных моментов которых примерно одинаковы.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что для закрепления на поверхности исследуемого объекта предпочтительно используют постоянные магниты цилиндрической или кубической формы, а при внедрении в тело объекта предпочтительно используют постоянные магниты шарообразной формы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что датчики магнитного поля должны измерять по 1, 2 или 3 компоненты вектора индукции магнитного поля в каждой точке области измерения, обладать большим динамическим диапазоном, высокой чувствительностью, высоким разрешением, малыми по сравнению с размером области измерения размерами чувствительной области и высокой линейностью.

5. Установка для измерения деформаций объектов из немагнитных материалов, отличающаяся тем, что она содержит постоянные дипольные источники магнитного поля, выполненные, например, в виде магнитов из сплава неодим-железо-бор цилиндрической, кубической и шарообразной формы, размещенные на поверхности исследуемого объекта или внедренные в него, при этом при определении параметров линейной деформации (деформации вдоль прямой линии) установка содержит как минимум два магнита, не лежащие в одной точке, при определении параметров плоской деформации - минимум три магнита, не лежащие на одной прямой, при определении параметров объемной деформации - минимум четыре магнита, не лежащие в одной плоскости, примерно напротив каждого из источников располагается группа датчиков, измеряющих по 1, 2 или 3 компоненты вектора индукции магнитного поля в нескольких точках, сосредоточенных в областях пространства, малых, по сравнению с расстояниями до источников, или в качестве системы датчиков используется один одно-, двух- или трехосевой датчик, снабженный системой 3D-позиционирования, позволяющей поместить этот датчик в требуемые точки в пределах областей измерения и измерить 1, 2 или 3 компоненты вектора индукции магнитного поля в них, сигналы с датчиков поступают на вход усилителя, выход которого связан с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого связан с входом вычислительного модуля, например персонального компьютера, с помощью компьютерной программы усиленный сигнал в АЦП преобразуется в цифровой вид, по данным о координатах точек измерения и значениям компонент вектора магнитной индукции, измеренных до деформации объекта, решают обратную задачу и определяют координаты положения диполей и их ориентацию до деформации объекта и таким же образом посредством решения обратной задачи на основе данных, полученных после деформации объекта, определяют координаты положения диполей после деформации объекта, на основе полученной таким образом информации о местоположении диполей и их ориентации до и после деформации определяют параметры деформации исследуемого объекта.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения деформаций и напряжений на поверхности деталей машин, подвергающихся циклическому нагружению.

Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом положительной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика // 2507477

Изобретение относится к измерительной технике. Способ заключается в том, что при сопротивлении нагрузки Rн>500кОм определяют температурный коэффициент чувствительности (ТКЧ) мостовой цепи α+ до и α- до при температуре t+ и t-, соответствующей верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур, и нелинейность ТКЧ мостовой цепи (Δαдо=α+ до-α- до).

Изобретение относится к измерительной технике. Способ заключается в том, что определяют температурный коэффициент чувствительности (ТКЧ) мостовой цепи α+ до и α- до при температуре t+ и t-, соответствующей верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур, нелинейность ТКЧ мостовой цепи (Δαдо=α+ до-α- до).

Изобретение относится к измерительной технике. Способ заключается в том, что определяют ТКЧ мостовой цепи α+ до и α- до при температуре t+ и t-, соответствующей верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур, нелинейность ТКЧ мостовой цепи (Δαдо=α+ до-α- до).

Способ электромагнитной дефектоскопии в многоколонных скважинах и электромагнитный скважинный дефектоскоп // 2507393

Изобретение относится к области контроля технического состояния обсадных колонн, насосно-компрессорных труб и других колонн нефтяных и газовых скважин. Техническим результатом является повышение точности и достоверности выявления наличия и местоположения поперечных и продольных дефектов конструкции скважины и подземного оборудования как в магнитных, так и в немагнитных первом, втором и последующих металлических барьерах.

Изобретение относится к измерительной технике. Способ заключается в том, что при сопротивлении нагрузки Rн>500 кОм определяют температурный коэффициент чувствительности (ТКЧ) мостовой цепи и при температуре t+, и t-, соответствующей верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур, и нелинейность ТКЧ мостовой цепи .

Наклеиваемый полупроводниковый тензорезистор (варианты) // 2505782

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в прочностных испытаниях для определения напряженного состояния конструкций и в качестве чувствительного элемента в датчиках механических величин (силы, давления, веса, перемещения и т.д.).

Стенд для градуировки тензоэлементов // 2500983

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензометрии. Технический результат заключается в расширении области практического применения стенда и тензоэлемента, обеспечении мобильности стенда.

Датчик тензометрический // 2488771

Изобретение относится к горному делу, в частности к приборам измерения проявления горного давления, а именно к датчикам для измерения натяжения анкера. .

Тензометр // 2483277

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для продолжительных измерений напряженно-деформированного состояния морских ледостойких сооружений.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности. Сущность: при сопротивлении нагрузки Rн≥500 кОм определяют температурный коэффициент чувствительности (ТКЧ) мостовой цепи α д о + и α д о − при температурах t+ и t-, соответствующих верхнему и нижнему пределу рабочего диапазону температур, и нелинейность ТКЧ мостовой цепи ( Δ α д о = α д о + − α д о − ) . Если полученное значение ∆αдо является положительным, то преобразуют положительную нелинейность ТКЧ мостовой цепи в отрицательную. Для этого определяют входное сопротивление и его температурный коэффициент сопротивления (ТКС), а также ТКЧ тензорезисторов α д + и α д − при температурах t+ и t- и вычисляют нелинейность ТКЧ тензорезисторов ( Δ α д = α д + − α д − ) . Вычисляют номинал термозависимого резистора Rαвх, и термонезависимых резисторов Rдвх, и Ri. Устанавливают резистор Ri в диагональ питания мостовой цепи, входное сопротивление которой шунтируют последовательно соединенными резисторами Rαвх и Rдвх. Определяют ТКЧ мостовой цепи при температурах t+ и t-, вычисляют нелинейность ТКЧ мостовой цепи ∆αдо. Если нелинейность ТКЧ принимает отрицательное значение, удовлетворяющее неравенству ∆αдо≤-2·10-6 1/°C, то производят компенсацию мультипликативной температурной погрешности путем вычисления и включения термозависимого резистора Rαвых, зашунтированного термонезависимым резистором Rдвых, в выходную диагональ мостовой цепи последовательно с нагрузкой. Технический результат: повышение точности настройки при положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи. 1 табл., 2 ил.

Способ измерения прогибов балок // 2533343

Изобретение относится к способу измерения прогиба металлических, деревянных и других по материалу балок при поперечном изгибе от эксплуатационной нагрузки и других причин в процессе эксплуатации балки. Способ неразрушающего измерения прогиба балок заключается в том, что на поверхностях верхнего и нижнего поясов балки в месте наибольшего прогиба Δ0 наклеивают тензорезисторы с одинаковыми характеристиками непосредственно на подготовленную поверхность верхнего и нижнего поясов балки. Рабочие и компенсационные тензорезисторы наклеивают в количестве от 3 до 5 штук в каждом поясе на участке длиной от 15 до 25 см с наибольшим прогибом Δ0. Рабочие тензорезисторы крепят вдоль главных напряжений σ вдоль балки, а компенсационные - между рабочими тензорезисторами поперек балки, защищают их от различных воздействий эпоксидной смолой, монтируют мостовые схемы для каждой пары тензорезисторов (рабочих и компенсационных) и соединяют провода от них с тензостанцией; измеряют начальное сопротивление R0 рабочих тензорезисторов, при этом прогиб балки Δ(t) в любой момент времени t определяют по формуле: Δ(t)=Δ0+r·(|ΔR1(t)|+|ΔR2(t)|), где Δ0 - начальный наибольший прогиб балки в момент времени t=0, измеренный с помощью высокоточной геодезической рейки и нивелира до наклейки тензорезисторов; r - постоянный коэффициент, зависящий от расчетных схем и размеров балки. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений. 4 ил., 1 табл.

Устройство для измерения динамических деформаций // 2536329

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство для измерения динамических деформаций содержит измерительные тензорезисторы, опорные резисторы, усилитель, электронно-вычислительную машину с программным обеспечением, источник постоянного напряжения, эталонный резистор, коммутатор, блок управления, аналоговую программируемую многофункциональную плату с программным обеспечением, подключенную к ЭВМ. Программируемая плата может быть подключена к ЭВМ интерфейсом USB или путем установки в слот расширения PCI или PCIExpress, а устройство может быть снабжено устройством сопряжения, при этом подключение источника питания к первому аналоговому входу платы, второго вывода усилителя к аналоговому выходу платы, входа блока управления к цифровому выходу платы, выхода усилителя к аналоговому входу платы производится через соответствующие входы и выходы устройства сопряжения, связанного интерфейсом с совместимым разъемом указанной платы. Технический результат - расширение диапазона измеряемых величин и линейности выходной характеристики, повышение надежности функционирования устройства. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика // 2539816

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторной датчиковой аппаратуры с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности. В диагональ питания мостовой цепи устанавливают термозависимый технологический резистор Rαm, номинал которого больше возможных значений компенсационного термозависимого резистора Rα. Параллельно резистору Rαm устанавливают перемычку. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при нормальной температуре t0, а также температуре t+, соответствующей верхнему пределу рабочего диапазона температур, и t-, соответствующей нижнему пределу рабочего диапазона температур. На основе проведенных измерений вычисляют ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи α ∂ изм + и α ∂ изм − при температурах t+ и t- соответственно, а также нелинейность ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи ( Δ α ∂ изм = α ∂ изм + − α ∂ изм − ) . Измеряют входное сопротивление мостовой цепи датчика. Включают термонезависимый резистор Ri=0,5·Rвх. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. На основе проведенных измерений вычисляют ТКС входного сопротивления при температурах t+ и t-. Отключают резистор Ri и снимают перемычку с резистора Rαm. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. На основе выполненных измерений вычисляют ТКС технологического термозависимого резистора Rαm при температурах t+ и t-. Если ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи и его нелинейность принадлежат области применения способа, то вычисляют номинал термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора R∂ с использованием полученных значений ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи, ТКС входного сопротивления и ТКС технологического термозависимого резистора. Технологический термозависимый резистор Rαm заменяют резистором Rα путем частичного задействования. Шунтируют резистор Rα термонезависимым резистором R∂. Технический результат заключается в повышении точности компенсации мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика с использованием широко распространенной измерительной аппаратуры. 1 з.п. ф-лы

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: в выходную диагональ мостовой цепи устанавливают термозависимый технологический резистор Rαm, номинал которого больше возможных значений компенсационного термозависимого резистора Rα. Параллельно резистору Rαm устанавливают перемычку. Измеряют выходное сопротивление мостовой цепи Rвых. Датчик подключают к низкоомной нагрузке Rн=2·Rвых. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при нормальной температуре t0, а также температуре t+, соответствующей верхнему пределу рабочего диапазона температур, и t-, соответствующей нижнему пределу рабочего диапазона температур. Повторяют измерения после подключения датчика к низкоомной нагрузке R н ' = R в ы х . На основе измеренных значений начального разбаланса и выходного сигнала датчика вычисляют ТКЧ мостовой цепи α д и з м + , и α д и з м − и ТКС выходного сопротивления при температурах t+ и t- соответственно, а также нелинейность ТКЧ мостовой цепи ( Δ α д и з м = α д и з м + − α д и з м − ). Снимают перемычку с резистора Rαm. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. На основе измеренных значений начального разбаланса и выходного сигнала датчика вычисляют ТКС термозависимого резистора Rαm при температурах t+ и t-. Если ТКЧ мостовой цепи и его нелинейность принадлежат области применения способа, то вычисляют номинал термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора R∂. Технологический термозависимый резистор Rαm заменяют резистором Rα путем частичного задействования резистора Rαm. Шунтируют резистор Rα термонезависимым резистором R∂. Технический результат: повышение точности компенсации. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторной датчиковой аппаратуры с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности. В диагональ питания мостовой цепи устанавливают термозависимый технологический резистор Rαт, номинал которого больше возможных значений компенсационного термозависимого резистора Rα. Параллельно резистору Rαт устанавливают перемычку. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при нормальной температуре t0, а также температуре t+, соответствующей верхнему пределу рабочего диапазона температур, и t-, соответствующей нижнему пределу рабочего диапазона температур. На основе проведенных измерений вычисляют ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи α д и з м + и α д и з м − при температурах t+ и t- соответственно, а также нелинейность ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи ( Δ α д и з м = α д и з м + − α д и з м − ) . Измеряют входное сопротивление мостовой цепи датчика. Включают термонезависимый резистор Ri=0,5·Rвх. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. На основе проведенных измерений вычисляют ТКС входного сопротивления при температурах t+ и t-. Отключают резистор Ri и снимают перемычку с резистора Rαт. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. На основе выполненных измерений вычисляют ТКС технологического термозависимого резистора Rαт при температурах t+ и t-. Если ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи и его нелинейность принадлежат области применения способа, то вычисляют номинал термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора Rш с использованием полученных значений ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи, ТКС входного сопротивления и ТКС резистора Rαт. Резистор Rαт заменяют резистором Rα путем частичного задействования. Шунтируют входное сопротивление мостовой цепи термонезависимым резистором Rш. Технический результат заключается в повышении точности компенсации мультипликативной температурной характеристики выходного сигнала датчика. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: в выходную диагональ мостовой цепи устанавливают термозависимый технологический резистор Rαт, номинал которого больше возможных значений компенсационного термозависимого резистора Rα. Параллельно резистору Rαт устанавливают перемычку. Измеряют выходное сопротивление мостовой цепи Rвых. Датчик подключают к низкоомной нагрузке Rн=2·Rвых. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при нормальной температуре t0, а также температуре t+, соответствующей верхнему пределу рабочего диапазона температур, и t-, соответствующей нижнему пределу рабочего диапазона температур. Повторяют измерения после подключения датчика к низкоомной нагрузке R н ' = R в ы х . На основе измеренных значений начального разбаланса и выходного сигнала датчика вычисляют ТКЧ мостовой цепи α д изм + и α д изм − и ТКС выходного сопротивления при температурах t+ и t- соответственно, а также нелинейность ТКЧ мостовой цепи ( Δ α д изм = α д изм + − α д изм − ). Снимают перемычку с резистора Rαт. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. На основе измеренных значений начального разбаланса и выходного сигнала датчика вычисляют ТКС термозависимого резистора Rαт при температурах t+ и t-. Если ТКЧ мостовой цепи и его нелинейность принадлежат области применения способа, то вычисляют номинал термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора Rш. Технологический термозависимый резистор Rαт заменяют резистором Rα путем частичного задействования резистора Rαт. Шунтируют выходное сопротивление мостовой цепи термонезависимым резистором Rш. Технический результат: повышение точности компенсации. 1 з.п. ф-лы.

Наклеиваемый полупроводниковый тензорезисторный датчик деформаций для прочностных испытаний // 2548600

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций в условиях однородных деформационных полей в процессе прочностных испытаний. Сущность: датчик включает в себя носитель 1 из тонкой металлической фольги. В носителе 1 посредством прямоугольных отверстий 2 образованы две тонкие нити 3 и площадка 4 между ними. На носитель 1 осаждена в вакууме тонкая разделительная диэлектрическая пленка 5, которая повторяет форму носителя 1. На диэлектрическую пленку 5 осаждены тензочувствительные элементы 6, 7 из моносульфида самария, которые соединены в мост Уитстона, и металлические контактные площадки 8, которые являются входными и выходными контактами датчика. В носителе 1 могут быть дополнительно выполнены две сквозные прорези, каждая из которых начинается от середины соответствующего крайнего прямоугольного отверстия 2 и перпендикулярна ему, образуя площадки, на которых выполнены металлические контактные площадки. Технический результат: увеличение выходного сигнала, температурная независимость. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ измерения напряжений в конструкции без снятия статических нагрузок // 2550826

Способ определения напряжений в конструкции без снятия статических нагрузок может быть использован для оценки прочности конструкции и прогнозирования ее несущей способности. Измерения поверхностных деформаций ε производят в контролируемых точках на конструкции, находящейся в напряженно-деформированном состоянии. Контролируемые точки выбирают таким образом, что они имеют возможность дополнительного нагружения независимо от конструкции. В контролируемых точках создают с помощью известной внешней силы P дополнительные напряжения, совпадающие по направлению с измеряемыми, ступенчато увеличивают деформацию на Δε, измеряют изменение внешней силы ΔPi. Нагружение увеличивают до тех пор, пока K = | Δ P i + 1 Δ P i − 1 | * Δ ε не увеличится до значения, соответствующего нормированному отклонению от закона Гука механической характеристики материала конструкции. Деформацию конструкции определяют, вычитая из известного значения деформации для заранее известной механической характеристики материала конструкции измеренную дополнительную деформацию. Техническим результатом изобретения является упрощение процесса измерения и ненарушение целостности исследуемой конструкции. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ определения параметров динамического деформирования металлических материалов и устройство для его реализации // 2559118

Использование: для определения параметров высокоскоростного движения метательных тел, например измерения перегрузок, скорости соударения, и для исследования параметров динамического деформирования металлических материалов в авиационной и космической технике. Сущность изобретения заключается в том, что при регистрации электромагнитного поля, возникающего при динамическом деформировании тел, полезный сигнал регистрируют, используя исследуемый образец, подключенный через коаксиальное соединение к устройству измерения, при этом исследуемый образец является первичным физическим преобразователем ударного воздействия в полезный сигнал. Технический результат: обеспечение возможности прямого измерения без больших инструментальных и статистических погрешностей. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.