Патент ссср 416723

 

416723

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРО(О.МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. с!3илетсг!ьс!13«№

Ч К I, 6 08с 9/04

Заявлено 26.Х.1970 (¹ 1484589 18-24) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опх.бликовапо 25.11.1974. Б!О .,1стснь ¹ 7

Государственный комитет

Совета Ыиииотров СССР оо делам изобретений и открытий

УДК 681.325(088.8) Дата опубликования описаш!я (ÎË 1(. (97-(Автор изобре геши

C. C. Михайловский с- - (1

Институт физики им. Л. В. Киренского

Заяьитсль

ДАТЧИК УГЛОВЫХ ПЕ." ЕМЕШЕРИЙ

Изобретение относится к технике измере1шч неэлектрических величин радиотехническими и электротехническими средствами, в частности к области измерения и регистрации малых линейных и угловых перемещений в инерциальной системе отсчета, и может быть использовано лля ориентации исслелуе ..О! о объекта с высокой точностью и регистрации крайне малых величин перемещения, а также магнитометр а, облада 1ощего высокой чувствп- 10 тельностью и хорошими направленными сво!11ствами, для спер высокой стабилизации величины магнитного поля электромагнитов и в области ква!!товой гироскопии, нспользующе. ": гиротрогшыс свойства твердого тела;::".. соз- 1 дания гироскопов без вращающихся частей.

Извсстсн датчик угля с прп..!ененнем магнитной i. 10!11(!I, сс1!Ованнь! и н 1 свОйст13с ci!01!таиной и«матч!пченностп ферромагшг ной пленки пз.,!сиять частоту прсцесс;,1! !3 завис.: — 20 мости < т направления эффектишн!c! Ii м:1! ни::—

ПОГО ПОЛЯ 0"!ЮСН! ЛЬНО ОСП 31«i!!I!! l!0!1 «ННЗОтропин пленки.

Однако т«кой прибор не позвол; .. непосРедстве1!по Оненивать УГлы !IOВОРОта I!. IF!11(!I 25 отноистельного внешнего неподвижного м«гнитпого поля, приложенного перпендикулярно к плоскости пленки. Амплитуда сигнала н« выходе прибора сложным образом связана с углом поворота плоскости датчика. 30

11ель изобре:"!i:и -- повышение чувствп1етьностн и непосредствеш!ый отсчет малых углов поворота датчика.

Для этого предлагаемый прибор солсржнг с.:еснтели, усилители промежуточной частот.... настраиваемый гетеродпн, амплп:улньш детектор, индпка. Ор нуля, нс1(очи пк компснснру 0:!!его напряжеш!я и систему возбу>кле шя ферромагнитного резонанса, причем вхсл первого смесителя соединен с генератором накачки фер ром«гпптпого резонанса, а выхол через первьн! усилитель промежуточной час.:оты соединен с пе;.ьым I3xo,",03! второг0 смесителя, втор(!! в..ол которого сседш!ен с н«стр«нваемым гстеродпн031, а вы;0;1 131орого с. Iccl! ел я !срез второй уснлнтсль промежу !Т3ч!!Ой !астот1 сОслннен с. 13ходом

: !1лп..!тору !I!, i»I, «источник пос:010!!ОГО

Н«Н(1Ч>,(III»I СОЕДПНСН С СНСТ(СМО!! В !30! :К i(!i!i:i фс(: (10,1;1Гнп! I i ÎÃÎ рсзо! 1 анС;1.,;j30ìà того, спс1см«вазбу,".,((I! 1»1 ферромагнитного резонанса выпо1liс:1;i в виде сердечника соленоида с pa û ценны,ш внугри него ортогонально pac110,10 el»II!3! II по отношению друг к другу полосковой линней и съемным витком.

416723

f —; (Н вЂ” 4-{» — Е1((), На фиг. 1 изображена блок-с смл прс;(ллгаемого, ятчпка угловых псремс !!СП1! .i; л фиг. 2 — — сигналы., наблк.,(асмыс на экране

GС1(И !ЛОГPЛф 2 В 1!PО!!СССС 1(ЯСТ;.) 01! К!1 ДЛ 111 .Л, Где а --- линия ферро «агнии!ого резонанса в

>!Hire!ii(oir pe?KInic возбу?кдсппя в масштабе, пропорцпопаль((ом разверт кс «ягпнтн()го Ол;( элок (рамя! Пита полем модулиру;о(цпх катушек; (! — — линия ферромап(итного резонанса

llpll нелинейно>! pe?KH)ie ня!(Ячкн (j)epðîì!.гнил!ого резонанса, Вызванпо)«увсличсшюм

2мплll 1 уды Высокачяс 10TIIoro ПО;lя в 1(олоскаВой липин; с — линия генерации, наведен)л 1 в системс возбуждеш(я ферромагнитного резонанса параметрически.;!и колебяпи. .мп намагниченности пленки, +- H, — ямпл;пуда IioIH модуляции; на фиг. 3 — конструкцин; системы возбуждения ферромагнитного pcaoiiaiica, содержащая с.ьемный виток, возбуждающую по locKQB) липшо и компенсирующий солelloид (1!Оказi!HL! тякжp !IапряВлснпя и;)1!ложе(шых к пленке (E«!arnnTнь>... поле,) ..

Да1тчнк > ГлОВых перемещен и)1 содер?ки 1 Генератор 1 накачки феррамагшггного резонанса, магнитную пленку 2, систему 8 !>,>3 у?к депия ферромагнитного резонанса, c,>«lcnoè,r 4 постоянного магнитного поля >(эг! к" ромагнит), магнитное поле которого приложено перпендикулярно к плоскосп! Плс;.1 i; и ИA!cci величину, необходнму:о для Boa>, ii (io>Ben!» ферромагпип!ог0 рсзонапсл ня фи; справа;1пой частоте генератора н.-кячкн, смссптель а, Гстеродином Iio i 0{)oi 0 ьл !ется Гс .(ера Ог) н !1качкп, усилптель и(>)(е?!(ут оч и:. и .лс; оты второй смсситсль 7„цастрл(шаемый гсгеродп;I

8, усилитель 9 проме?ку!о нк;и част() гы Второй ступени преобразог.анпя, лмнлптудп п: д: -.с>.тор 10, селективный ус:!лите.!ь 11. Настроенный на частоту модуля(>ионногo Ilo, я обмо) к!!

12 соленоида 4„гепсрата() 13 низко гастоп!Сй моду«!Яции, синхронlн>!й дстскт01> 1:,, Irri, I(!Ка I ор нуля или ся:(!Онпсerl, 1 О и ис i О>1 них компенсирующего напря?кения 1б { AB — — ось поВорОта плоскастп г!Ленки, П!П> — г!сре!<Л10>12толи рода работ) .

В(ля работы датчика угловых перемещений

IIeo0K0äHì0 настоян: ым магни I I!Liм нолем электромагнил а 4 осу;цествить условие ферром;(гпитного резонанса П2 (j)liKcllpoBall!Ioй ч1стоте reiiep a i oj> ". I .

COO) lIGIIIPllHP 3! c?ж I» ч -lстатой ()OРРОмлгнптнс>го резонанса / и величппой н(>,!я Н, ориент> рова Ног0 точно нсрн .!rl ()T!rpi;0 K 11->оскос r iI пленки, следу:On(cc! где у=2,8 мгц/э — гиромагшгп;ос O.no»re»»c;

I!.— — на{м ягнг!ченность о бр азн л пленки, - (>гj,(= 10- э;

H;; — -Величина пО.I>1 янизот 1)анни В и;lоска. сти пленки.

Наблюдение ферромагнитного резонанса в магнитном поле Н на частоте f осущес!влясся в поло?кепии 1 переключателя po;;(! рябо

4 ты П(, П, (с":и Ге!еродин 8 !!àñòðo .ь iia час— (1 ",-Iã.,1 — »лс, !.;.,Bc.г )(» 1-0 у (и тел(1 Iромсжутсч i . . 1(!c 1;i !! 1 О.

Сигплл с ямпл!!Т>диого дс>сктора 10 можно

1!абл!адать нл осциллографе. На экране его прп модул!>цпп величины >i с по(!О!ць!о перс.!е:ного )rar.!lr(lioã(> 1(оля клгушек !2 пабл:о,1;(сlс(>,lиния си!П(lл;1 (j>cp(>(>?iari(è>-НОГО рс30нл rca {см. фпг.? а). (ялее увелич IBI!lof нянр>!?Кениг вых(дя Icператора накачки 1 до возникнове(шя существенно нелинейных ампли!у;1 феррсмàrilHп!Ого резона!rca. Нл экране Ос!>Илnorf>2/2 пабл:о дают линию нелинейного ферро iar»HTnoro резонанса (см. фиг. 2 0) .

Бег>нчин) пост ояпнОГО поля электромагнита смещают до значе!(ия, соответствую,.rего точi(c А i!2 фиг. 2 б.

Переключате,lb П>, П затем ставится в по;1()?>(el(Иe 1.

Работа датчика угловых перемещений ос!(о>!Влепг!н Возб, ?кденг!>! Пара()!етрг!>(еских колебаний плмагпиче!шостп ферромагнитной пленки на частоте, о" личающсйся о; чистО ы 0 1.. 1 >,1 ячl и и зависимости амплн туды колебания и величины поля Н, в когором су!цествуют эти параметрические колебания о; ориентации плоскости фсрромагпитно;( пленки сп!>Oсительно направления Н.

Сигнал, наведен;!Ый колебаниями намагниченности пленки в сьемном ви! Ке частоты F поступает нл ci«cc!ITeль 5, у которого гетеро;1 10»i являстс;1 часть сиГналя чясто 1 ы някячки /, снимается с гене;)атора i. Проме?куточная частor; преобразования / — F поступает на усилитель б и затем па второй каскад гетеродинного преобразования, сос i оящий из смеси(еля 7 и настраиваемого гетеродина 8, сигнал второй промежуточной частоты поступ2еТ В > си«!1!! ель в и Зятсм на лмпли 1 дныи детектор 10.

l!a фиг. 2 в показана ам.innòóTà низкочастотной модуляции принимаемого сигнала часT0Tbl F с помощью (!Ягнитного поля модуляционных катушек 12. 11а фиг. 2 в показана область существования колебания намагниченности на частоте F в магнитном поле Н. !

Цирипа области обычного порядка 10 —, а положение в поле Н крайне чувствительно к определенной орпе!Ггации магнитной пленки относи гел(п!0 ма(Гни (ч(ОГО поля Н.

32 re (i >>стяняв. 1ПВЯ!От r >r)(án:I>, I(10,2)(ënp lо(цего поля обмотки 12, необходимую для осуществления дифа)ерепцг!Яльного cK(пирования лппии 112 фиг. 2 !.

После нрохо?кдения принимаемого сигналя

-!срез селективный низкочастотньш усилитель, настроеппьш rra частоту модуляции магнитного поля Н, и сннхронньш де;ектор 14, па выходе получгнот сигнал, пропорциональныи производной линии»а фиг. 2б. Если зафиксироÂ21ь 3ii;1 Ip1iI!c поля Н В макси((1 (м линии ня (риг. 2 В, 10 пя Выходе детекгора 14 Hanpa?Kcпие равно нулю.

419723

1О

15 го (рад), И

Поворот плоскости ферромагнитной пленки относительно фиксированного по ве1ичине и направлению магнитного поля на угол <р вокруг оси АВ сдвигает максимум линии генерации частоты F на фиг. 2в в иное значение H.

На выходе детектора 14 возникает сигнал определенной величины и полярности, регистрируемый индикатором нуля или самописцем 15.

Источником компенсирующего постоянного напряжения 16 подбирается магнитное поле компенсриующего соленоида такой величины, чтобы оыо компенсировало составляющую поля H в плоскости пленки, возникшую в результате поворота пленки вокруг оси AB на угол . Компенсация производится по установлению начального напряжения выхода детектора, равного нулю.

Угол отклонения плоскости магнитной пленки от первоначального положения определяется из соотношения где Й вЂ” постоянная соленоида компенсации, э/а;

1 — ток обмотки соленоида компенсации, а;

Н вЂ” значение поля электромагнита, э.

Ошибка измерения известными методами может быть не более 0,1ого.

Система возбуждения ферромагнитного резонанса состоит из секции короткозамкнутой полосковой линии (см. фиг. 3), являющейся нагрузкой генератора накачки; съемного витка 18, ортогонального высокочастотному магнитному полю полосковой линии; магнитно."! пленки, напыленной на стеклянную подложку

19 и ориентированной осью легкого намагничивания вдоль h; соленоида компенсирующего магнитного поля 20; диаграммы ориентации приложенных к плоскости магнитной пленке полей.

На фиг. 3 приняты следующие буквенные обозначения: Н вЂ” поле электромагнита; h— высокочастотное поле полосковой линии; Н вЂ” поле компенсирующего соленоида; А — ось поворота плоскости пленки.

В полосковой линии 17 генератором накачки создается высокочастотное поле lг, взаимодействующее с намагниченностью магнитной пленки. В определенном значении магнитного поля Н возникает незатухающая прецессия намагниченности вокруг поля Н с частотой генератора накачки.

С ростом амплитуды h растет амплитуда прецессии. Но дальнейший рост ее ограничивается нелинейными эффектами прецессии.

Одним из них является рост амплитуды колебаний намагниченности на частотах, отличающихся от частоты поля h. Эти колебания ул авлива ются съемным витком 18.

Если плоскость пленки повернуть иа небольшой угол 1р=10 —" рад вокруг оси АВ, то возникает составляющая поля Н (= 10+4 э) вдоль плоскости пленки Н tg it;= 10 †" э. Подбирая направление и величину постоянного поля H, создаваемого соленоидом 20, компенсируют составляющую в плоскости от поля Н, при этом

H =H q

Предмет изобретения

1. Датчик угловых перемещений, содержащий высокочастотный генератор накачки ферромагнитного резо!!анси, селективный усилитель низкой частоты, соедиченный через синхронны!1 детектор с генератором низкочастотной модуляции, и соленоид постояги1ого магнит !ого поля, в зазоре сердечника которого размещена тонкая мапштная пленка, нанесенная иа стеклянну1о подложку, о т л Il ч а ю щ и йс я Tc и, что, с целью повышения чувствительности и непосредственного отсчета малых углсв поворота датчика. оч содержит смесптели, усилители промежуточной частоты, настраиваемый гетеродпн, амп:.итудный детектор, 1шдикатор н /ля, исто !пик коыпенсир1 !оп!его напряжения и систему возбуждения (>eppo»ial нитного резонанса, причем вход первого смесителя соединен с генератором накачки ферромагнитного резонанса, а выход через первый усилитель промежуточной частоты соединен с первым входом второго смеси1еля. второй вход которого соединен с настраиваемым гетеродином, а выход второго смесителя через второй усилитель промежуточной Гастоты соединен с входом амплитудного детектора, выход которого соединен с входом селективного усилителя низкой частоты, выход синхронного детектора подклгочен к и Iq»I;aropy нуля, а источник постоянного напряжения соединен с системой возбуждения ферромагнитного резонанса.

2. Датчик по и. 1, orëè÷àioöèi1ñÿ тем, что система возбуждения ферромагн;!тиого резонанса выполнена в виде сердечника соленоида с размещенными внутри него ортогоиильио расположенными по î1пои!ению друг к другу полос! Овои линие!1 и съемным витком.

, кг, и i. Кненоигг (:о< г;I гггггив M. г1ерснкова

Корр,кгi3i 1-, 10снггова

-Закан .5!(; . 11.:т ЛЪ 530 Тираж 624 Подписное

1l! 111!1 1<1,,г икрc ã;;ñlf:toãо ко;,:нтета Совета Министров (".",ì;:".îápåòå tïé и открытий

М,)", а,, ;,- >5. Ран шсггая иао., д. /5 ::ilo рафия.. Hp. Сапунова, 2