RU2775608C1 - Automated workstation for measuring the multidimensional distribution of the magnetic field - Google Patents
Automated workstation for measuring the multidimensional distribution of the magnetic field Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775608C1 RU2775608C1 RU2021127686A RU2021127686A RU2775608C1 RU 2775608 C1 RU2775608 C1 RU 2775608C1 RU 2021127686 A RU2021127686 A RU 2021127686A RU 2021127686 A RU2021127686 A RU 2021127686A RU 2775608 C1 RU2775608 C1 RU 2775608C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- magnetic field
- control
- outputs
- measuring
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic Effects 0.000 title claims abstract description 58
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000004807 localization Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 5
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 2
- 101700025439 RUNX1 Proteins 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001808 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000004805 robotic Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения поверхностного распределения магнитных полей или контроля уровня намагниченности образцов плоскостных источников постоянного магнитного поля: ферромагнитных пленок и магнитных систем с ферромагнитными чувствительными элементами.The claimed invention relates to measuring technology and is intended to measure the surface distribution of magnetic fields or to control the level of magnetization of samples of planar sources of a constant magnetic field: ferromagnetic films and magnetic systems with ferromagnetic sensitive elements.
Известно устройство для измерения параметров магнитного поля [патент на полезную модель RU №93539, МПК G01N 27/82, G01R 33/02, опубл. 27.04.2010]. Устройство для измерения параметров магнитного поля включает в себя последовательно соединенные источник тока, датчик Холла, соединенный с датчиком положения, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллерный блок, блок для вывода информации.A device for measuring the parameters of the magnetic field [utility model patent RU No. 93539, IPC G01N 27/82, G01R 33/02, publ. 04/27/2010]. The device for measuring the parameters of the magnetic field includes a series-connected current source, a Hall sensor connected to the position sensor, an amplifier, an analog-to-digital converter, a microcontroller unit, and an information output unit.
Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает:The disadvantage of this device is that it does not provide:
- размещение и фиксацию плоскостного источника постоянного магнитного поля, что ограничивает области применения известного устройства;- placement and fixation of a planar source of a constant magnetic field, which limits the scope of the known device;
-перемещение датчика Холла в вертикальной плоскости, что не позволяет проводить локальные измерения пространственного распределения магнитного поля для заданного участка поверхности образца.- movement of the Hall sensor in the vertical plane, which does not allow local measurements of the spatial distribution of the magnetic field for a given area of the sample surface.
Также известна система для измерения поверхностного распределения магнитного поля низкой или чрезвычайно низкой частоты [патент на изобретение US №7471084 В2, МПК G01R 33/02, опубл. 30.12.2008].Also known is a system for measuring the surface distribution of a magnetic field of low or extremely low frequency [patent US No. 7471084 B2, IPC G01R 33/02, publ. December 30, 2008].
Система включает в себя чувствительный элемент, включающий три ортогонально расположенных феррозондовых датчика магнитного поля, роботизированную систему пространственного перемещения чувствительного элемента, контроллер позиционирования чувствительного элемента, тестовую камеру с размещенными в ней тремя катушками Фанселау для формирования измеряемых магнитных полей, плату сбора и передачи данных с последовательно соединенными трехканальным предварительным усилителем мощности переменного тока со встроенным эквалайзером, трехканальным выпрямителем переменного тока со сглаживающим фильтром, трехканальным аналоговым мультиплексором, аналого-цифровым преобразователем и управляющим контроллером.The system includes a sensitive element, including three orthogonally arranged fluxgate magnetic field sensors, a robotic system for the spatial movement of the sensitive element, a sensor positioning controller, a test chamber with three Fanselau coils placed in it to form the measured magnetic fields, a board for collecting and transmitting data with serial connected by a three-channel AC power preamplifier with built-in equalizer, a three-channel AC rectifier with smoothing filter, a three-channel analog multiplexer, an analog-to-digital converter and a control controller.
Недостатком данной системы является то, что она не обеспечивает размещение и фиксацию плоскостного источника постоянного магнитного поля, что ограничивает области применения известной системы.The disadvantage of this system is that it does not provide placement and fixation of a planar source of a constant magnetic field, which limits the scope of the known system.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому комплексу является способ измерения многомерного распределения магнитного поля образца в реальном времени и устройство для его осуществления [патент на изобретение US №6611142 В1, МПК G01R 33/10, G01R 33/07, опубл. 26.08.2003].The closest in technical essence to the claimed complex is a method for measuring the multidimensional distribution of the magnetic field of the sample in real time and a device for its implementation [US patent No. 6611142 B1, IPC G01R 33/10, G01R 33/07, publ. 26.08.2003].
Известное устройство измерения многомерного распределения магнитного поля образца в реальном времени состоит из измерительного стола, векторного магнитометра с тремя ортогонально расположенными датчиками магнитного поля на основе эффекта Холла, контроллера системы перемещения, контроллера векторного магнитометра, системы горизонтального перемещения, управляющего персонального компьютера, монитора, принтера, клавиатуры, манипулятора «мышь». Взаимодействие компонентов устройства измерения многомерного распределения магнитного поля образца обеспечивается шиной данных и управления.A well-known device for measuring the multidimensional distribution of the magnetic field of a sample in real time consists of a measuring table, a vector magnetometer with three orthogonally located magnetic field sensors based on the Hall effect, a movement system controller, a vector magnetometer controller, a horizontal movement system, a control personal computer, a monitor, a printer, keyboard, mouse. The interaction of the components of the device for measuring the multidimensional distribution of the magnetic field of the sample is provided by the data and control bus.
Контроллер векторного магнитометра включает в себя многоканальный предварительный усилитель, аналоговый мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, управляющий контроллер векторного магнитометра.The vector magnetometer controller includes a multichannel preamplifier, an analog multiplexer, an analog-to-digital converter, and a vector magnetometer control controller.
В процессе функционирования устройства, системой горизонтального перемещения осуществляется линейное перемещение векторного магнитометра относительно поверхности образца по управляющим командам, получаемым от контроллера системы перемещения.During the operation of the device, the horizontal movement system performs linear movement of the vector magnetometer relative to the sample surface according to control commands received from the movement system controller.
Обработка результатов измерений выполняется элементами контроллера векторного магнитометра, а именно:Processing of the measurement results is performed by the elements of the vector magnetometer controller, namely:
- усиление и нормализация входного напряжения феррозондовых датчиков - предварительный усилитель;- amplification and normalization of the input voltage of flux-gate sensors - pre-amplifier;
- коммутация феррозондовых датчиков со средствами обработки данных в соответствии с процедурой измерений - аналоговый мультиплексор;- switching flux-gate sensors with data processing facilities in accordance with the measurement procedure - analog multiplexer;
- преобразование входных сигналов в двоичный код - аналого-цифровой преобразователь;- conversion of input signals into binary code - analog-to-digital converter;
- формирование управляющих воздействий для аналого-цифрового преобразователя и аналогового мультиплексора, передача данных в управляющий персональный компьютер - устройство управления.- formation of control actions for an analog-to-digital converter and an analog multiplexer, data transfer to a control personal computer - a control device.
По результатам измерений, встроенным программным обеспечением управляющего персонального компьютера осуществляется построение карты поверхностного распределения магнитного поля с привязкой к прямоугольной системе координат на плоскости образца.Based on the results of measurements, the built-in software of the control personal computer builds a map of the surface distribution of the magnetic field with reference to a rectangular coordinate system on the sample plane.
Недостатком данной системы является то, что она не обеспечивает перемещение датчиков магнитного поля на основе эффекта Холла в вертикальной плоскости, что не позволяет проводить локальные измерения пространственного распределения магнитного поля для заданного участка поверхности образца.The disadvantage of this system is that it does not provide movement of the magnetic field sensors based on the Hall effect in the vertical plane, which does not allow local measurements of the spatial distribution of the magnetic field for a given area of the sample surface.
Технический результат заключается в обеспечении возможности пространственной локализации и определения размеров дефектов поверхностного распределения магнитного поля образца в автоматическом режиме.The technical result consists in providing the possibility of spatial localization and determination of the size of defects in the surface distribution of the magnetic field of the sample in automatic mode.
Указанный технический результат достигается тем, что автоматизированное рабочее место измерения многомерного распределения магнитного поля, включающее измерительный стол с закрепленной на нем системой горизонтального перемещения, входы которой соединены с соответствующими выходами контроллера системы перемещения, чувствительный элемент, включающий три ортогонально расположенных феррозондовых датчика магнитного поля, выходы которых соединены со входами контроллера векторного магнитометра, включающего последовательно соединенные предварительный усилитель, аналоговый мультиплексор, устройство управления, управляющий выход которого также соединен с управляющим входом аналогового мультиплексора, при этом входы и выходы контроллера системы перемещения и контроллера векторного магнитометра соединены с соответствующими входами и выходами управляющего персонального компьютера посредством шины данных и управления, дополнительно содержит систему вертикального перемещения чувствительного элемента, вход которой соединен с соответствующим выходом контроллера системы перемещения, устройство хранения информации и блок регистрации образца, входы и выходы которых соединены с входами и выходами управляющего персонального компьютера посредством шины данных и управления.The specified technical result is achieved by the fact that the automated workplace for measuring the multidimensional distribution of the magnetic field, including a measuring table with a horizontal movement system fixed on it, the inputs of which are connected to the corresponding outputs of the movement system controller, a sensitive element, including three orthogonally located fluxgate magnetic field sensors, outputs which are connected to the inputs of the vector magnetometer controller, which includes a preamplifier connected in series, an analog multiplexer, a control device, the control output of which is also connected to the control input of the analog multiplexer, while the inputs and outputs of the motion system controller and the vector magnetometer controller are connected to the corresponding inputs and outputs of the control personal computer via the data and control bus, additionally contains a system for vertical movement of the sensing element, the input of which is connected to the corresponding output of the controller of the movement system, the information storage device and the sample registration unit, the inputs and outputs of which are connected to the inputs and outputs of the control personal computer via the data and control bus.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом фиг. 1, на котором показана структурная схема заявляемого автоматизированного рабочего места измерения многомерного распределения магнитного поля.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawing of Fig. 1, which shows a block diagram of the proposed workstation for measuring the multidimensional distribution of the magnetic field.
Предлагаемое автоматизированное рабочее место измерения многомерного распределения магнитного поля включает в себя: управляющий персональный компьютер (1), устройство хранения информации (2), блок регистрации образца (3), контроллер системы перемещения (4), систему горизонтального перемещения (5), систему вертикального перемещения чувствительного элемента (6), измерительный стол (7) с размещенным на нем образцом (9), векторный магнитометр (10), включающий: предварительный усилитель (10.1), аналоговый мультиплексор (10.2), аналого-цифровой преобразователь (10.3), устройство управления (10.4), чувствительный элемент (8), включающий три ортогонально расположенных датчика магнитного поля (8.1-8.3) на основе эффекта Холла, шину данных и управления (11).The proposed workstation for measuring the multidimensional distribution of the magnetic field includes: a control personal computer (1), an information storage device (2), a sample registration unit (3), a movement system controller (4), a horizontal movement system (5), a vertical movement of the sensitive element (6), measuring table (7) with a sample placed on it (9), vector magnetometer (10), including: preamplifier (10.1), analog multiplexer (10.2), analog-to-digital converter (10.3), device control (10.4), a sensitive element (8), including three orthogonally located magnetic field sensors (8.1-8.3) based on the Hall effect, data and control bus (11).
Выход чувствительного элемента (8) соединен со входом предварительного усилителя (10.1), входящего в состав контроллера векторного магнитометра (10), включающего последовательно соединенные предварительный усилитель (10.1), аналоговый мультиплексора (10.2), аналого-цифровой преобразователь (10.3) и устройство управления (10.4), входы и выходы которого связаны с соответствующими входами и выходами управляющего персонального компьютера (1) посредством шины данных и управления (11).The output of the sensitive element (8) is connected to the input of the pre-amplifier (10.1), which is part of the controller of the vector magnetometer (10), which includes a pre-amplifier (10.1), an analog multiplexer (10.2), an analog-to-digital converter (10.3) and a control device connected in series (10.4), the inputs and outputs of which are connected to the corresponding inputs and outputs of the control personal computer (1) via the data and control bus (11).
Также к соответствующим входам и выходам управляющего персонального компьютера (1) подсоединены входы и выходы устройства хранения информации (2), блока регистрации образца (3), а также, посредством шины данных и управления (11), вход контроллера системы перемещения (4), выходы которого связаны с соответствующими входами системы горизонтального перемещения (5) и системы вертикального перемещения чувствительного элемента (6), жестко закрепленых на измерительном столе (7).Also, the inputs and outputs of the information storage device (2), the sample registration unit (3), and also, via the data and control bus (11), the input of the movement system controller (4) are connected to the corresponding inputs and outputs of the control personal computer (1), the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the horizontal movement system (5) and the vertical movement system of the sensing element (6), rigidly fixed on the measuring table (7).
Блок регистрации образца (3) обеспечивает оптическое считывание штрихового кода, нанесенного на индивидуальный антистатический пакет, в котором образец (9) подается на заявляемое автоматизированное рабочее место измерения многомерного распределения магнитного поля образца, с целью получения идентификационного номера образца, и передачу полученного идентификационного номера образца на управляющий персональный компьютер (1). Формат отображения и принцип его преобразования в последовательность символов изложены в ГОСТ ISO/IEC 15420-2010 «Автоматическая идентификация. Кодирование штриховое. Спецификация символики штрихового кода EAN/UPC».The sample registration unit (3) provides optical reading of a bar code printed on an individual antistatic bag, in which the sample (9) is supplied to the inventive automated workstation for measuring the multidimensional distribution of the magnetic field of the sample, in order to obtain the sample identification number, and transfer the received sample identification number to the control personal computer (1). The display format and the principle of its transformation into a character sequence are described in GOST ISO/IEC 15420-2010 “Automatic identification. Bar coding. EAN/UPC Barcode Symbology Specification.
Техническая реализация блока регистрации образца (3) может быть осуществлена с использованием известного из уровня техники оптического считывателя штриховых кодов Voyager ХР 1470g (Honeywell, США).The technical implementation of the sample registration unit (3) can be carried out using the known from the prior art optical barcode reader Voyager XP 1470g (Honeywell, USA).
Система горизонтального перемещения (5) и система вертикального перемещения чувствительного элемента (6) аналогичны по конструкции и представляют собой шаговый электродвигатель с промежуточной сильфонной соединительной муфтой и приводной шарико-винтовой передачи, на подвижной каретке которой жестко закреплены: образец (9) для системы горизонтального перемещения (5) и чувствительный элемент (8) для системы вертикального перемещения чувствительного элемента (6).The horizontal movement system (5) and the vertical movement system of the sensing element (6) are similar in design and represent a stepper motor with an intermediate bellows coupling and a drive ball screw, on the movable carriage of which are rigidly fixed: sample (9) for the horizontal movement system (5) and a sensing element (8) for the vertical movement of the sensing element (6).
Элементы системы горизонтального перемещения образца (5) и системы вертикального перемещения чувствительного элемента (6) жестко закреплены на измерительном столе (7) и на фиг. 1 не показаны.The elements of the system for horizontal movement of the sample (5) and the system for vertical movement of the sensitive element (6) are rigidly fixed on the measuring table (7) and in Fig. 1 are not shown.
Приводной винт шарико-винтовой передачи системы горизонтального перемещения (5) расположен параллельно плоскости измерительного стола (7), винт шарико-винтовой передачи системы вертикального перемещения чувствительного элемента (6) расположен перпендикулярно плоскости измерительного столика (7) по оси геометрического центра измерительного стола.The drive screw of the ball screw of the horizontal movement system (5) is located parallel to the plane of the measuring table (7), the ball screw of the ball screw of the vertical movement of the sensitive element (6) is located perpendicular to the plane of the measuring table (7) along the axis of the geometric center of the measuring table.
Контроллер системы перемещения (4) представляет собой управляющую материнскую плату с размещенными на ней управляющим процессором, источником электропитания и микросхемами управления встроенными приводами системы горизонтального перемещения (5) и системы вертикального перемещения чувствительного элемента (6).The movement system controller (4) is a control motherboard with a control processor, a power supply and control chips for the built-in drives of the horizontal movement system (5) and the vertical movement system of the sensing element (6) placed on it.
Контроллер системы перемещения (4) обеспечивает формирование управляющих воздействий для шаговых электродвигателей с приводными шарико-винтовыми передачами, входящими в систему горизонтального перемещения (5) и систему вертикального перемещения чувствительного элемента (6) в соответствии с требуемыми параметрами линейного перемещения образца (9) по осям X, Y и чувствительного элемента (8) по оси Z декартовой системы координат в трехмерном пространстве.The controller of the movement system (4) provides the formation of control actions for stepper motors with drive ball screws included in the horizontal movement system (5) and the vertical movement system of the sensitive element (6) in accordance with the required parameters of the linear movement of the sample (9) along the axes X, Y and sensitive element (8) along the Z-axis of the Cartesian coordinate system in three-dimensional space.
Информационное взаимодействие контроллера системы перемещения (4) и управляющего персонального компьютера (1) осуществляется в соответствии с требованиями стандарта на способ кодирования информации управляющих программ устройств с числовым программным управлением ГОСТ 20999-83.Information interaction between the controller of the movement system (4) and the control personal computer (1) is carried out in accordance with the requirements of the standard for the method of encoding information of control programs of devices with numerical control GOST 20999-83.
Техническая реализация контроллера системы перемещения (4) может быть осуществлена с использованием известного из уровня техники платы управления устройств с числовым программным управлением MKS SBASE («Makerbase Co.,Ltd», КНР).The technical implementation of the controller of the movement system (4) can be carried out using the known from the prior art control board for devices with numerical control MKS SBASE (“Makerbase Co., Ltd”, China).
Устройство хранения информации (2) представляет собой массив жестких магнитных дисков и предназначено для хранения результатов измерения поверхностного распределения магнитных полей образцов, а также обеспечения доступа к ним по заданному идентификационному номеру образца (15).The information storage device (2) is an array of hard magnetic disks and is intended for storing the results of measuring the surface distribution of magnetic fields of the samples, as well as providing access to them by a given sample identification number (15).
Векторный магнитометр (10) состоит из последовательно соединенных предварительного усилителя (10.1), аналогового мультиплексора (10.2), аналого-цифрового преобразователя (10.3) и устройства управления (10.4). Феррозондовые датчики магнитного поля (8.1-8.3) чувствительного элемента (8) подключены к соответствующим входам предварительного усилителя (10.1).The vector magnetometer (10) consists of a preamplifier (10.1), an analog multiplexer (10.2), an analog-to-digital converter (10.3) and a control device (10.4) connected in series. Ferroprobe sensors of the magnetic field (8.1-8.3) of the sensitive element (8) are connected to the corresponding inputs of the preamplifier (10.1).
В процессе горизонтального перемещения измерительного стола (7) с размещенным на нем образцом (9) относительно текущего положения чувствительного элемента (8) наблюдаются локальные изменения магнитного рельефа, определяемые поверхностной структурой образца (9). Магнитный рельеф оказывает воздействие на датчики магнитного поля (8.1-8.3) на основе эффекта Холла и преобразуется в электропотенциальный рельеф с распределением вектора магнитной индукции вдоль чувствительных осей координат X', Y' и Z' (см. Фиг. 1). Сигналы с выходов датчиков магнитного поля (8.1-8.3) поступают на соответствующие входы предварительного усилителя (10.1). Усиленное напряжение с выходов предварительного усилителя (10.1) поступает на входы аналогового мультиплексора (10.2), обеспечивающего передачу требуемой составляющей выходного сигнала для чувствительных осей координат X', Y' и Z' чувствительного элемента (8) в соответствии с программной исследования образца (9) и управляющей командой, полученной от устройства управления (10.4). Заданная компонента выходного сигнала поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (10.3), где преобразуется в цифровой код, который затем передается в устройство управления для дальнейшей обработки передачи на вход управляющего персонального компьютера (1) посредством шины данных и управления (11). Формат представления цифрового кода и управляющих команд определяется стандартом IEEE 488.2-1992 «IEEE Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation».In the process of horizontal movement of the measuring table (7) with the sample (9) placed on it relative to the current position of the sensitive element (8), local changes in the magnetic relief are observed, determined by the surface structure of the sample (9). The magnetic relief affects the magnetic field sensors (8.1-8.3) based on the Hall effect and is converted into an electropotential relief with the distribution of the magnetic induction vector along the sensitive coordinate axes X', Y' and Z' (see Fig. 1). The signals from the outputs of the magnetic field sensors (8.1-8.3) are fed to the corresponding inputs of the pre-amplifier (10.1). The amplified voltage from the outputs of the pre-amplifier (10.1) is fed to the inputs of the analog multiplexer (10.2), which provides the transmission of the required component of the output signal for the sensitive coordinate axes X', Y' and Z' of the sensitive element (8) in accordance with the software study of the sample (9) and the control command received from the control device (10.4). The specified component of the output signal is fed to the input of the analog-to-digital converter (10.3), where it is converted into a digital code, which is then transferred to the control device for further processing of the transmission to the input of the control personal computer (1) via the data and control bus (11). The format for representing the digital code and control commands is determined by the IEEE 488.2-1992 "IEEE Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation".
Техническая реализация векторного магнитометра (10) может быть осуществлена с использованием известного из уровня техники трехосевого векторного магнитометра ТНМ1176 (Metrolab Technology SA, Швейцария).The technical implementation of the vector magnetometer (10) can be carried out using a three-axis vector magnetometer THM1176 known from the prior art (Metrolab Technology SA, Switzerland).
В памяти управляющего персонального компьютера (1) установлена программа управления автоматизированным рабочим местом измерения многомерного распределения магнитного поля образца, которая может быть реализована в виде программного модуля с применением инструментальных средств системы программирования Windows Presentation Foundation (WPF), использующих расширяемый язык разметки XAML.In the memory of the control personal computer (1) there is a control program for an automated workstation for measuring the multidimensional distribution of the magnetic field of the sample, which can be implemented as a software module using the tools of the Windows Presentation Foundation (WPF) programming system using the extensible XAML markup language.
Программа управления автоматизированным рабочим местом измерения многомерного распределения магнитного поля образца обеспечивает выполнение следующих функций:The control program for the automated workstation for measuring the multidimensional distribution of the magnetic field of the sample provides the following functions:
- регистрация образца (9) по идентификационному номеру образца, считанному блоком регистрации образца (3);- sample registration (9) according to the sample identification number read by the sample registration unit (3);
- оперативное управление векторным магнитометром (10), входящим во состав предлагаемого рабочего места;- operational control of the vector magnetometer (10), which is part of the proposed workplace;
- расчет параметров горизонтального перемещения образца (9) и вертикального перемещения чувствительного элемента (8) в зависимости от текущих значений координат X, Y положения образца и координаты Z положения чувствительного элемента (см. Фиг. 1);- calculation of the parameters of the horizontal movement of the sample (9) and the vertical movement of the sensitive element (8) depending on the current values of the X, Y coordinates of the sample position and the Z coordinate of the position of the sensitive element (see Fig. 1);
- формирование управляющих команд для системы горизонтального перемещения (5) и системы вертикального перемещения чувствительного элемента (6) в соответствии с форматом, определяемым требованиями ГОСТ 20999-83 и их передача контроллеру систем перемещения (4);- formation of control commands for the horizontal movement system (5) and the vertical movement system of the sensing element (6) in accordance with the format determined by the requirements of GOST 20999-83 and their transfer to the movement systems controller (4);
- визуализация результатов измерения распределения магнитного поля по поверхности образца (9);- visualization of the results of measuring the distribution of the magnetic field over the surface of the sample (9);
- протоколирование и запись на устройство хранения информации (2) результатов измерения параметров поверхностного распределения магнитного поля, их привязка к идентификационному номеру образца (9).- logging and recording on the information storage device (2) the results of measuring the parameters of the surface distribution of the magnetic field, their binding to the identification number of the sample (9).
Рассмотрим процесс функционирования заявляемого автоматизированного рабочего места измерения многомерного распределения магнитного поля.Consider the process of functioning of the proposed workstation for measuring the multidimensional distribution of the magnetic field.
Перед началом процесса измерений, осуществляется регистрация поступившего образца (9) с использованием блока регистрации образца (3), при этом осуществляется считывание индивидуального штрихового кода, который содержит идентификационный номер образца (9) контроля в графической форме.Before starting the measurement process, the incoming sample (9) is registered using the sample registration unit (3), while reading an individual bar code that contains the identification number of the control sample (9) in graphic form.
Исследуемый образец (9) размещается на измерительном столике (7) таким образом, чтобы предполагаемое направление вектора намагничивания образца было направлено вдоль оси Y перемещения образца относительно текущего положения чувствительного элемента (8). При этом за начало координат принимается левый нижний угол поверхности образца.The test sample (9) is placed on the measuring table (7) in such a way that the expected direction of the sample magnetization vector is directed along the Y axis of sample movement relative to the current position of the sensing element (8). In this case, the lower left corner of the sample surface is taken as the origin of coordinates.
Пользователем вводятся параметры горизонтального перемещения образца по осям X, Y и вертикального перемещения чувствительного элемента по оси Z в соответствии с линейными размерами образца (9):The user enters the parameters of the horizontal movement of the sample along the X, Y axes and the vertical movement of the sensitive element along the Z axis in accordance with the linear dimensions of the sample (9):
- начальное значение координаты X плоскости образца;- initial value of the X coordinate of the sample plane;
- шаг перемещения образца по координате X;- step of moving the sample along the X coordinate;
- конечное значение координаты X плоскости образца;- final value of the X coordinate of the sample plane;
- начальное значение координаты Y плоскости образца;- initial value of the Y coordinate of the sample plane;
- шаг перемещения образца по координате Y;- step of moving the sample along the Y coordinate;
- конечное значение координаты Y плоскости образца;- the final value of the Y coordinate of the sample plane;
- начальное значение координаты Z чувствительного элемента;- the initial value of the Z coordinate of the sensitive element;
- шаг перемещения чувствительного элемента по координате Z;- step of moving the sensitive element along the Z coordinate;
- конечное значение координаты Z чувствительного элемента/- final value of the Z coordinate of the sensing element/
Горизонтальное перемещение образца (9) осуществляется системой горизонтального перемещения (5) вдоль координатных осей X и Y плоскости образца таким образом, чтобы предназначенный для измерений участок образца (9) был расположен на оси чувствительного элемента и в процессе измерений параметров поверхностного распределения магнитного поля была охвачена вся площадь образца. Перемещение чувствительного элемента (8) осуществляется системой вертикального перемещения чувствительного элемента (6) вдоль координатной оси Z таким образом, чтобы обеспечивалось вертикальное позиционирование чувствительного элемента для заданного диапазона расстояний от внешней поверхности чувствительного элемента до поверхности образца (9).The horizontal displacement of the sample (9) is carried out by the horizontal displacement system (5) along the coordinate axes X and Y of the sample plane in such a way that the portion of the sample (9) intended for measurements is located on the axis of the sensitive element and, in the process of measuring the parameters of the surface distribution of the magnetic field, is covered the entire area of the sample. The movement of the sensitive element (8) is carried out by the system of vertical movement of the sensitive element (6) along the coordinate axis Z in such a way that the vertical positioning of the sensitive element is ensured for a given range of distances from the outer surface of the sensitive element to the surface of the sample (9).
Непосредственно процесс измерения характеристик поверхностного распределения магнитного поля образца (15) осуществляется по следующему алгоритму:Directly the process of measuring the characteristics of the surface distribution of the magnetic field of the sample (15) is carried out according to the following algorithm:
1) перемещение чувствительного элемента (8) в точку вертикального позиционирования с заданной координатой Z1;1) moving the sensitive element (8) to the point of vertical positioning with a given coordinate Z 1 ;
2) перемещение образца (9) точку горизонтального позиционирования с заданными координатами X1 и Y1;2) moving the sample (9) horizontal positioning point with given coordinates X 1 and Y 1 ;
3) регистрация векторным магнитометром (10) составляющих вектора магнитной индукции вдоль чувствительных осей координат X', Y' и Z' на выходе чувствительного элемента (8);3) registration by the vector magnetometer (10) of the components of the magnetic induction vector along the sensitive coordinate axes X', Y' and Z' at the output of the sensitive element (8);
4) сохранение текущих значений составляющих вектора магнитной индукции вдоль чувствительных осей координат X', Y' и Z' на выходе чувствительного элемента (8) в устройстве хранения информации (2) с указанием параметров X1, Y1 и Z1;4) saving the current values of the magnetic induction vector components along the sensitive coordinate axes X', Y' and Z' at the output of the sensitive element (8) in the information storage device (2) indicating the parameters X 1 , Y 1 and Z 1 ;
5) перемещение образца (9) точку горизонтального позиционирования с заданными координатами Х2 и Y2, при этом Х2>X1 и Y2>Y1;5) moving the sample (9) horizontal positioning point with given coordinates X 2 and Y 2 , while X 2 >X 1 and Y 2 >Y 1 ;
6) регистрация векторным магнитометром (10) составляющих вектора магнитной индукции вдоль чувствительных осей координат X', Y' и Z' на выходе чувствительного элемента (8);6) registration by the vector magnetometer (10) of the components of the magnetic induction vector along the sensitive coordinate axes X', Y' and Z' at the output of the sensitive element (8);
7) сохранение текущих значений составляющих вектора магнитной индукции вдоль чувствительных осей координат X', Y' и Z' на выходе чувствительного элемента (8) в устройстве хранения информации (2) с указанием параметров Х2, Y2 и Z2;7) saving the current values of the magnetic induction vector components along the sensitive coordinate axes X', Y' and Z' at the output of the sensitive element (8) in the information storage device (2) indicating the parameters X 2 , Y 2 and Z 2 ;
8) повторение пунктов 2-7 для заданного диапазона координат X и Y при этом максимальные значения координат X и Y ограничены линейными размерами образца (9);8) repetition of points 2-7 for a given range of X and Y coordinates, while the maximum values of the X and Y coordinates are limited by the linear dimensions of the sample (9);
9) повторение пунктов 2-7 для заданного диапазона координат X и Y при этом максимальные значения координат X и Y ограничены линейными размерами образца (9);9) repetition of points 2-7 for a given range of X and Y coordinates, while the maximum values of the X and Y coordinates are limited by the linear dimensions of the sample (9);
10) повторение пунктов 1-9 для заданного пользователем диапазона значений координаты Z с заданным шагом.10) repetition of points 1-9 for a user-specified range of values of the Z coordinate with a specified step.
После завершения процесса измерения характеристик поверхностного распределения магнитного поля образца (9) программой управления автоматизированным рабочим местом многомерного распределения магнитного поля образца выполняется визуализация результатов измерения поверхностного распределения магнитного поля с формированием контурных карт распределения магнитного поля раздельно для чувствительных осей координат X', Y' и Z'. При этом для значений составляющих вектора магнитной индукции вдоль чувствительных осей координат X', Y' и Z' рассчитывается значение математического ожидания и дисперсии полученных значений.After the completion of the process of measuring the characteristics of the surface distribution of the magnetic field of the sample (9), the control program for the automated workstation of the multidimensional distribution of the magnetic field of the sample visualizes the results of measuring the surface distribution of the magnetic field with the formation of contour maps of the magnetic field distribution separately for the sensitive coordinate axes X', Y' and Z '. In this case, for the values of the components of the magnetic induction vector along the sensitive coordinate axes X', Y' and Z', the value of the mathematical expectation and the dispersion of the obtained values is calculated.
Таким образом, предлагаемое автоматизированное рабочее место измерения многомерного распределения магнитного поля образца в автоматизированном режиме с непрерывной регистрацией пространственного распределения составляющих вектора магнитной индукции и формированием контурных карт распределения магнитного поля по площади испытываемого образца, что обеспечивает неразрушающий контроль качества и однородности поверхности образцов и позволяет определить оптимальные параметры технологического процесса производства испытываемых плоскостных источников постоянного магнитного поля.Thus, the proposed automated workplace for measuring the multidimensional distribution of the magnetic field of a sample in an automated mode with continuous registration of the spatial distribution of the components of the magnetic induction vector and the formation of contour maps of the distribution of the magnetic field over the area of the test sample, which provides non-destructive control of the quality and uniformity of the surface of the samples and allows you to determine the optimal parameters of the technological process for the production of tested planar sources of a constant magnetic field.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2775608C1 true RU2775608C1 (en) | 2022-07-05 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2799233C1 (en) * | 2023-03-30 | 2023-07-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Device for diagnostics of electromagnetic field |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0802413A2 (en) * | 1996-02-21 | 1997-10-22 | bioMerieux Vitek, Inc. | Automatic sample testing machine |
| US6611142B1 (en) * | 1997-04-01 | 2003-08-26 | Redcliffe Limited | Apparatus and method of measuring the multi-dimensional magnetic field distribution of a magnetic sample in real-time |
| RU2245542C2 (en) * | 2002-09-16 | 2005-01-27 | Альтман Петр Семёнович | Method for magnetic control and device for realization of said method |
| CN113342557A (en) * | 2020-03-03 | 2021-09-03 | 慧荣科技股份有限公司 | Flash memory data fault detection method and computer readable storage medium |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0802413A2 (en) * | 1996-02-21 | 1997-10-22 | bioMerieux Vitek, Inc. | Automatic sample testing machine |
| US6611142B1 (en) * | 1997-04-01 | 2003-08-26 | Redcliffe Limited | Apparatus and method of measuring the multi-dimensional magnetic field distribution of a magnetic sample in real-time |
| RU2245542C2 (en) * | 2002-09-16 | 2005-01-27 | Альтман Петр Семёнович | Method for magnetic control and device for realization of said method |
| CN113342557A (en) * | 2020-03-03 | 2021-09-03 | 慧荣科技股份有限公司 | Flash memory data fault detection method and computer readable storage medium |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2799233C1 (en) * | 2023-03-30 | 2023-07-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Device for diagnostics of electromagnetic field |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Betta et al. | GMR-based ECT instrument for detection and characterization of crack on a planar specimen: A hand-held solution | |
| US20190298202A1 (en) | Magnetocardiographic measurement apparatus, calibration method, and recording medium having recorded thereon calibration program | |
| CN111413750B (en) | Error correction method of fluxgate sensor for cable positioning | |
| CN105783778B (en) | Non-contact optical minute surface detecting system and its detection method based on laser scanning method | |
| CN109633490B (en) | Calibration method of full-tensor magnetic gradient measurement assembly | |
| CN109633491B (en) | Calibration device and calibration method for installation error of full tensor magnetic gradient measurement system | |
| JP2019171019A (en) | Magnetocardiograph measurement device, calibration method, and calibration program | |
| CN113325353B (en) | Magnetometer spatial attitude calibration method and system | |
| JP2018004286A (en) | Signal processing device, signal processing method, signal processing program, and magnetic field measurement system | |
| Zierdt et al. | Development of a system for three-dimensional fleshpoint measurement of speech movements | |
| EP2972440A1 (en) | Magnetic field imaging system | |
| RU2775608C1 (en) | Automated workstation for measuring the multidimensional distribution of the magnetic field | |
| CN111504446A (en) | Test system for surface sound intensity distribution on automatic scanning equipment | |
| CN100559206C (en) | Be used to measure the probe in magnetic field | |
| CN107966670B (en) | Superconducting full-tensor detection device and superconducting full-tensor detection method | |
| JPH09243725A (en) | Method of measuring magnetic distribution, magnetic distribution measuring device, and magnetic detector plate | |
| Voulgaraki et al. | Theoretical simulations and quantitative magnetic field measurements for eddy-current testing with an HTS SQUID system | |
| RU2774859C1 (en) | Automated device for measuring the magnetic characteristics of ferromagnetic films | |
| CN110568387B (en) | Magnetic gradient tensor-based spacecraft magnetic moment testing method | |
| JPH02222846A (en) | Measurement of magnetic field | |
| CN113359070A (en) | Low-frequency magnetic field frequency spectrum measuring method and system | |
| Meng et al. | Construction and Experimental Verification of a New Miniature Low-noise Hall Sensor for Wide-range Vector Magnetic Field Measurements | |
| Kasatkin et al. | Magnetic Location Based on a Magnetoresistive Compass | |
| CN109633499A (en) | A kind of magnetic susceptibility tester and magnetic susceptibility measurement method | |
| JP7262243B2 (en) | Measuring device, signal processing device, signal processing method, and signal processing program |