DE1541807A1

DE1541807A1 - Device for measuring and registering dynamic hysteresis curves

Info

Publication number: DE1541807A1
Application number: DE19661541807
Authority: DE
Inventors: Vogel Juergen K; Schott Dipl-Ing Winfried
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1966-10-29
Filing date: 1966-10-29
Publication date: 1970-01-22

Description

Einrichtung zur Messung und Registrierung dynamischer Nysteresiskurven Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung dynamischer Hysteresiskurven und zur Darstellung dieser Kurven mittels Registriervorrichtungen mit niedriger Grenzfrequenz unter Verwendung einer Abtasteinheit.Device for measuring and registering dynamic nysteresis curves The invention relates to a device for measuring dynamic hysteresis curves and to display these curves by means of recording devices with lower Cutoff frequency using a sampling unit.

Einrichtungen zur Messung dynamischer Hysteresiskurven mit periodischer, vorzugsweise sinusförmiger Aussteuerung sind bekannt. Sie bestehen aus einem Generator, dem Me#kreis und einem Integrator.Equipment for measuring dynamic hysteresis curves with periodic, preferably sinusoidal modulation are known. They consist of a generator, the measuring circuit and an integrator.

Die Stromquelle liefert einen im allgemeinen einstellbaren Strom, der über eine auf der Probe aufgebrachten primären Wicklung ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Um aufwendige Generatoren, z.The current source supplies a generally adjustable current, a magnetic alternating field via a primary winding applied to the sample generated. In order to use complex generators, e.g.

Oszillatoren mit Leistungsstufen, zu umgehen, verwendet man als Generatoren meistens einen vom Netz gespeisten Transformator, so da# das magnetische Wechselfeld sinusförmig mit der Netzfrequenz sich ändert. Die über der auf der Probe aufgebrachten Sekundärwicklung induzierte Spannung wird integriert und als Funktion des Aussteuerungsstromes auf einen Oszillographenschirm sichtbar gemacht.To bypass oscillators with power stages, one uses as generators mostly a transformer powered by the mains, like that da # the magnetic Alternating field changes sinusoidally with the mains frequency. The one above the one on the sample applied secondary winding induced voltage is integrated and as a function of the modulation current made visible on an oscilloscope screen.

Nachteilig bei dieser Art der Darstellung ist die durch Schirmbildgröße und Strahlstärke begrenzte Genauigkeit sowie die Tatsache, daß eine Konservierung der Eurven zur nachträglichen Auswertung und Archivierung zeitraubend und aufwendig ist. Sie kann beispielsweise durch Potografieren oder Abzeichnen erfolgen.-*-Eine direkte Darstellung der Hysteresiskurven, z.B. auf einem XY-Schreiber, scheiter an der zu niedrigen Schreibgeschwindigkeit handelsüblicher Geräte. Es sind Abtatverfahren (Sampling-Technik) bekannt, die es gestatten, schnell verlaufende periodische Vorgänge mit geringer Schreibgeschwindigkeit darzustellen.The disadvantage of this type of display is the size of the screen and radiant intensity limited accuracy as well as the fact that a preservation the Eurven for subsequent evaluation and archiving time-consuming and complex is. It can be done, for example, by portraying or drawing. * - One direct display of the hysteresis curves, e.g. on an XY recorder, fails the too low writing speed of commercially available devices. They are abortion procedures (Sampling technique) known, which allow rapid periodic processes to be displayed at low writing speed.

Hierbei wird die Abtastung gesteuert durch eine an einem freilaufenden Oszillator einstellbare Frequenz, wobei die Schreibgeschwindigkeit gegeben ist durch die Differenz der Oszillatorfrequens und der Frequens des dafzustellenden periodisehen Verganges. Dieses Verfahren hat menrere naehteile: Die Einetellung des Öszillaters ist sehr kritisen und oftmals zietraubend. Weiternin werden an den Oszillater nöhe Anforaerungen hineichtlich seines Frequenzverhaltene gestellt. Wühseht man biespielweise eine Periode eines mit 50 Hz sich weiderfnelenden Verganges in ioo Sekunden zu schreiben, (diese Forderung ist bei der Darstellung der Hysteresiskurven insbesondere von Speicherkernen sinnvoll) dann müßte der Oszillator auf 49,99 oder 50,01 Hz eingestellt werden. Ändert sich beispielsweise die Frequenz des darzustellenden Vorganges oder die des Oszillators um nur 1 0, so würde sich die Schreibdauer für eine Periode von loo Sekunden auf ca. 2 Sekunden erniedrigen, d.h. auf 2 % der gewünschten Zeit absinken, und damit die maxinal zulässige Schreibgeschwindigkeit wesentlich überschritten werden. Für eine zulässige Schreibzeitänderung von 10 ß würde beispielsweise eine Konstanz von der Grö#enordnung 1. 10-5 für die Oszillatorfrequenz und die Periodendauer des Meßvorgangeszu -fordern sein, was eine Verwendung der Netzfrequenz praktisch ausschließt.Here the scanning is controlled by a free-running one Oscillator adjustable frequency, whereby the writing speed is given by see the difference between the oscillator frequency and the frequency of the period to be set The past. This procedure has several advantages: The adjustment of the oscillator is very critical and often costly. In addition, the oscillator will be close Requirements placed in terms of its frequency behavior. If you want to know, for example a period of a past recurring at 50 Hz in ioo Seconds to write (this requirement is in the representation of the hysteresis curves especially useful for memory cores) then the oscillator would have to be set to 49.99 or 50.01 Hz can be set. For example, if the frequency of the display changes Process or that of the oscillator by only 1 0, the writing time for reduce a period of 100 seconds to approx. 2 seconds, i.e. to 2% of the desired Time decrease, and with it the maximum permissible writing speed significantly be crossed, be exceeded, be passed. For a permitted write time change of 10 ß, for example a constancy of the order of magnitude of 1. 10-5 for the oscillator frequency and the period of the measuring process, which makes it practical to use the mains frequency excludes.

Zweck der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe eine hinreichend konstante Schreibgeschwindigkeit ohne kritische Abstimmarbeit mit möglichst geringem Aufwand erreicht wird. Dies geschieht erfindungsgemä# dadurch, da# eine mit der Generatorfrequenz @@gesteuerte und die Abtaster durch in ihrer Phasenlagen Gegeniü@er der Steuerfrequenz verschiebbare Steuerimpulse betätigende Steureinrichtung vorgesehen ist.The purpose of the invention is to provide a device with which Help a sufficiently constant writing speed without critical adjustment work is achieved with the least possible effort. According to the invention, this is done by because # one with the generator frequency @@ controlled and the scanner through in their Phase positions opposite the control frequency actuating control pulses that can be displaced Control device is provided.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigen: Fig. 1 das Blockschaltbild der erfindungsgemä#en Einrichtung zur automatischen Registrierung einer dynamisch erzeugten Hysteresiskurve mit Hilfe eines Meßgerätes geringer maximaler Schreibgeschwindigkeit, r Fig. 2 das Blockschaltbild der erfindungsgemä#en Steuer und Abtasteinrichtung, Pig. 3 einen Impuleplan für die Steuer- und Abtastvorrichtung nach Fig. 2, und Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für das zeitbestimmende Glied zur Erläuterung der Wirkungsweise.The invention is explained with reference to the drawings. Show in it: Fig. 1 shows the block diagram of the device according to the invention for automatic registration a dynamically generated hysteresis curve with the help of a measuring device lower maximum Writing speed, r FIG. 2 shows the block diagram of the control according to the invention and scanner, Pig. 3 shows a pulse schedule for the control and scanning device according to Fig. 2, and Fig. 4 an embodiment for the time-determining member for Explanation of the mode of operation.

Fig. 1 zeigt das Blocksohaltbild der gesamten Einrichtung zur automatischen Registrierung einer dynamisch erzeugten Hysteresiskurve. Ein Generator G1 speist die Primärwicklung Wp des Prüflings P mit einem Wechselstrom der Generator-Frequenz fpe Die in der Sekundärwicklung WS induzierte Spannung wird dem Integrator I zugeführt, dessen Ausgang mit dem Abtaster Sy verbunden ist. In den Primärkreis ist ein weiterer Abtaster Sx eingeschaltet. Weiterhin liefert der Generator G1 eine Ausgangsgrö#e ebenfalls mit der Generator-Frequenz fp, die dem Steuerteil S zugeführt wird. Der Steuerteil S seinerseits steuert die Abtaster Sx und 5y und bestimmt somit den Zeitpunkt der Abtastung.Fig. 1 shows the block image of the entire device for automatic Registration of a dynamically generated hysteresis curve. A generator G1 feeds the primary winding Wp of the test object P with an alternating current of the generator frequency fpe The voltage induced in the secondary winding WS is fed to the integrator I, whose output is connected to the sampler Sy. In the primary circle is another Pickup Sx turned on. The generator G1 also supplies an output variable also with the generator frequency fp, which is fed to the control part S. Of the The control part S in turn controls the scanners Sx and 5y and thus determines the point in time of scanning.

Die Ausgänge der Abtaster Sx und Sy sind mit den X- und Y-Eingängen eines Me#gerätes M, z.B. eines XY-Schreibers, verbunden.The outputs of the samplers Sx and Sy are connected to the X and Y inputs of a measuring device M, e.g. an XY recorder.

Zur detaillierten Erklärung der Funktionsweise der Steuereinrichtung S und der Abtaster Sx und Q dienen Fig. 2 und 3.For a detailed explanation of how the control device works S and the samplers Sx and Q serve FIGS. 2 and 3.

Dem Eingang E einer Impulsformerstufe, z.B, eines Schmitt-Triggers ST, wird die vom Generator G1 gelieferte beispielsweise sinusförmige Spannung UE zugeführt und in einen Rechteckpuls gleicher Periodendauer umgewandlet (UST in Fig. 3).The input E of a pulse shaper stage, e.g. a Schmitt trigger ST, the, for example, sinusoidal voltage UE supplied by the generator G1 and converted into a rectangular pulse of the same period (UST in Fig. 3).

In der nachfolgenden bistabilen Kippstufe FF wird aus dieser Spannung ein Puls von der Periodenauer 2/f erzeugt. Eine der p Anstiegsflanken, beispielsweise, wie in Fig. 3 dargestellt, die positive, triggert eine erste monostabile Kippstufe Ml, deren Verweilzeit im quasistabilen Zustand im Bereich Tmin # t # Tmax veränderbar ist, wobei Tmin die aus technischen Gründen notwendige minimale Verweilzeit bedeutet und Tmax Tmin # T, zu wählen ist. Dadurch ist es möglich, die Rückschaltflanke des Pulses UM1 um mindestens eine volle Periodendauer der Eingangsspannung UEzu verschieben. Mit ihr wird eine zweite monostabile Kippstufe M2 angesteuert, deren konstante Verweilzeit im quasistabilen Zustand gleich der Abtastzeit # ist. Für diese Zeit#werden die beiden Abtastschalter in Sx und Sy eingeschaltet und die zu dieser Zeit an den Eingängen der Abtaster vorhandenen Amplituden abgefragt, und für die Zeit 2/fp gespeichert und registriert.In the subsequent bistable flip-flop FF, this voltage becomes a pulse with a period of 2 / f is generated. One of the p leading edges, for example, as shown in Fig. 3, the positive one triggers a first monostable multivibrator Ml, whose dwell time in the quasi-stable state can be changed in the range Tmin # t # Tmax where Tmin is the minimum residence time necessary for technical reasons and Tmax Tmin # T, is to be selected. This makes it possible to reduce the switch-back edge of the Pulse UM1 to be shifted by at least a full period of the input voltage UE. With it, a second monostable multivibrator M2 is controlled, its constant dwell time is equal to the sampling time # in the quasi-stable state. For this time, the both sampling switches in Sx and Sy switched on and those at the inputs at this time the scanner interrogates the existing amplitudes and stores them for the time 2 / fp and registered.

Die Verweilzeit des monostabilen Multivibrators Ml, die den Augenblick des Abtastens bestimmt, kann auf verschiedene Weise gesteuert werden, z.B. durch Verändern der Betriebsspannungen oder der Zeitkonstanten entweder von Hand oder automatisch. In dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 ist hierfür ein Generator G2 vorgesehen.The residence time of the monostable multivibrator Ml, the moment of scanning determined can be controlled in various ways, e.g. by Changing the operating voltages or the time constants either manually or automatically. In the exemplary embodiment in FIG. 2, this is a Generator G2 provided.

Fig. 4 zeigt ein ausführungsoeispiel der in ihrer Verweilzeit veränderbaren monostabilen Kippstufe und des Generators G2, der in diesen Fall ein Motor mit Getriebe ist. Die Veränderung der Verweilzeit erfolgt in diesem Fall durch einen vom Motor gesteuerten, die Zeitkonstante bestimmenden Widerstand R.Fig. 4 shows an exemplary embodiment of the variable in their dwell time monostable multivibrator and the generator G2, which in this case is a motor with gearbox is. In this case, the dwell time is changed by one of the motor controlled resistance R, which determines the time constant.

Vorteilhaft im Vergleich zu bekannten Ausführungen ist: Infolge der Steuerung der Abtasteinrichtung direkt durch die abzutastende Größe entfällt jeglicher Einstellaufwand und die Forderung nach extremer Brequenzkonstanz. Dies wird am deutlichsten durch die Weiterführung des obengenannten Zahlenbeispiels: Für die gleiche zulässige Schreibzeitänderung von 10 % darf sich nier die Periodendauer entweder des Generators G2 oder aber die des zu messenden Vorganges ebenfalls um 10 % ändern. Diese Forderungen sind mit geringem technischen @ufwand realisierbar und lassen auch als Generator G1 eir;en vom. etz betriebenen Transformator zu.The following is advantageous compared to known designs: As a result of the There is no control of the scanning device directly by the size to be scanned Adjustment effort and the requirement for extreme constancy of the frequency. This is most evident by continuing the above numerical example: For the same permissible Write time change of 10% may never be the period duration of either the generator Change G2 or that of the process to be measured by 10%. These demands can be implemented with little technical effort and can also be used as a generator G1 eir; s from. mains operated transformer too.

Selbstverständlich kann @ie Steuerung der Verweilzeit der monostabilen Kippstufe K1 durch jede Art mechaniscn, elektrisch, magnetisch oder optisch steuerbare die Zeitkonstante bestimmende Parameter erfolgen, wobei der Generator eine mechanische, elestrische, magnetische oder optische Steuergrö#e mit einer gleich der gewünschten Schreibzeit gewählten Periodendauer liefern muß.Of course, @ie can control the dwell time of the monostable Tilting stage K1 by any kind of mechanical, electrical, magnetic or optical controllable the parameters determining the time constant take place, whereby the generator has a mechanical, electrical, magnetic or optical control variable with an equal the the desired writing time must supply the selected period.

Weiterhin ist es möglich, den Generator so triggerbar aus zu bilden, daß er einen Bereich von einem beliebigen einstellbaren Ausgangswert bis zu seinem Endwert nur einmal überstreicht. Auch ist es möglich, e,B. von Hand, eine feste Verweilzeit der monostabilen Kippstufe N 1 und damit den Zeitpunkt der Abtastung einzustellen und die abgetastete Größe als Funktion anderer Parameter, zum Beispiel Aussteuerungsamplitude, Temperatur usw. zu untersuchen.It is also possible to make the generator triggerable, that it has a range from any adjustable output value to its own End value only passed once. It is also possible to use e, B. by hand, a fixed one Dwell time of the monostable multivibrator N 1 and thus the point in time of the sampling adjust and the sampled size as a function of other parameters, for example Investigate modulation amplitude, temperature, etc.

Patentansprüche: Patent claims:

Claims

Device for measuring and registering dynamic Hysteresis curves with a generator, a measuring circuit, an integrator, a 2-coordinate recorder and a scanner for each of the coordinates, characterized in that # is one with the generator frequency (fp) controlled and the samplers (Sx, Sy) through in their Phase position relative to the control frequency (fp) actuating control pulses that can be shifted Control device (S) is provided.

2. Device according to claim 1, characterized in that the control device consists of a pulse shaper stage controlled by the generator frequency (fp) (ST,), a bistable multivibrator (FF) controlled by this pulse shaper, a first monostable controlled by said bistable multivibrator (FF) Flip-flop (M1) and a second (M2) controlled by the first (M1) monostable and the scanner (Sx, Sy) controlling the flip-flop, una gown (G2) for change the residence time of the first monostable Kip @ stage (M1).

L e r s e i t e