SU1359762A2 - Гистериограф - Google Patents

Description

1359762

Изобретение относитс  к средствам измерений свойств магнитных материани

лов.

Известен гистериограф, который содержит систему намагничивани испыты- ваемогообразца, обмотка которой подключена к выходу генератора переменног тока, первичные преобразователи магнитной индукции в образце и напр женности намагничивающего образец магнитного пол , выполненные на датчиках Холла, которые записаны от генератора |биполйрньпс импульсов, период повторени  которых почти равен периоду намагничивающего пол , и подключены к входам двух соответствующих измерительных трактов, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных усилител  переменного тока, амплитудного фазочувст вительного детектора, опорный вход которого подключен к генератору би - пол рных импульсов посредством формировател  однопол рных импульсов, и полосового фильтра, графопостроитель входы которого подключены к выходам измерительных трактов, и систему (элемент) компенсации вли ни  намагничивающего пол  на тракт измерени  магнитной индукции в испытываемом образце.

Однако на преобразователь индукции в испытываемом образце в общем случае действует внешнее намагничивающее испытываемый образец магнитное поле, а воздействие намагничивающего пол  на преобразователь индукции в образце приводит к искажению формы регистрируемой динамической петли гистерезиса, и тем самым снижает . точность определени  параметров испытываемого образца, например потока насьщени  магнитной пленки.

Предназначенна  дл  устранени  этого недостатка система компенсации вли ни  намагничивающего пол  на тракт измерени  индукции в испытываемом образце требует периодической ее

подстройки, поскольку вли ние намагничивающего пол  на тракт измерени  индукции измен етс  во времени из-за непосто нства температуры окружающей среды и других факторов. Необходимость проведени  периодической настройки системы.компенсации ограничивает точность и быстродействие процесса регистрации динамической петли гистерезиса.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности регистрации динамичес-

0

5

0

5

0

кой петли гистерезиса.

Цель достигаетс  тем, что в гис- териографе, содержащем блок намагничивани , обмотка которого подключена к выходу генератора, генератор бипол рных импульсой, первичные преобразователи индукции и напр женности на Датчиках Холла, подключенные к входам двух соответствующих измерительных Т1 актов, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных усилител  переменного тока, амплитудного фазочувствительного детектора , опорный вход которого подключен к генератору бипол рных им- пульсов через формирователь однопол рных импульсов, и полосового фильтра , подключенного к входу графопостроител , и компенсатор вли ни  намагничивающего пол  на тракт измерени  магнитной индукции, компенсатор вли ни  намагничивающего пол  на тракт измерени  магнитной индукции выполнен в виде генератора спаренных однопол рных импульсов, синхронизируемого генератором переменного тока, подключенного к нему первого сумматора, вьгход которого подсоединен к токовой цепи первичных преобразователей , последовательно соединенных с выходом усилител  переменного тока измерительного тракта индукции, третьего амплитудного фазочувствительного детектора, опорный вход которого подключен к генератору спаренных импульсов, фильтра

0 верхних частот, фазочувствительного детектора, перестраиваемого делител , сигнальньй вход которого подсоединен к выходу первичного преобразовател  напр женности магнитного пол  и второго сумматора, второй вход которого св зан с выходом первичного преобразовател  индукции, а также формировател  разнопол рных расщиренных импульсов , вход которого подключен к выходу генератора спаренных однопол рных импульсов, а выход - к опорному входу фазочувствительного. детектора . При этом цепь синхронизации генератора спаренных однопол рных импульсов выполнена в виде перестраиваемого блока задержки, первый вход которого св зан с генератором переменного тока, управл ющий вход nof ключей к генератору бипол рных им5

5

0

5

пульсов, а выход - к входу генерато- ра спаренных однопол рных импульсов. На фиг. 1 изображена структурна  схема гйстериографа; на фиг. 2 - графические материалы, по сн ющие принцип его работы, и динамические петли гистерезиса, .по сн ющие эффект увеличени  точности регистрации.

Устройство состоит из испытываемого образца 1, блока 2 намагничивани , обмотка 3 которого подключена к генератору 4 переменного тока. В блоке 2 намагничивани  размещены также первичный преобразователь 3 индукции в испытываемом образце и первичный преобразователь 6 напр женности намагничивающего пол . Эти преобразователи выполнены на датчиках Холла, токовые цепи которых подключены посредством сумматора 7 к генератору 8 бипол рных импульсов, период которых соизмерим с периодом генератора 4 переменного тока, и к генератору 9 спаренных однопол рных импульсов, синхронизируемому генератором 4 переменного тока. К выходу первичного преобразовател  6 напр женности намагничивающего пол  подключен вход соответствующего измерительного тракта, составленного из последовательно соединенных усилител  10, амплитудного фазочувствитель- ного детектора 11 и полосового фильтра 12, выход которого подключен к одному из входов графопостроител  13. Вход измерительного тракта сигналов первичного преобразовател  магнитной индукции в образце (последовательно соединенные усилитель 14, амплитудный фазочувствительный детектор 15 И полосовой фильтр 16, выход которого подключен к второму входу графопостроител  13) подсоединен посредством сумматора 17 к выходу первичного преобразовател  5 индукции в образце и к выходу управл емого перестраиваемого делител  18, сигнальный вход которого подключен к выходу первичного преобразовател  6 напр женности намагничивающего пол . Опорные входы амплитудных фазочувствительных детекторов 11 и 15 подключены к генератору 8 посредством формировател  19 однопол рных импульсов, к в ыходу усилител  14, используемого в канале измерени  индукции в испытываемом образце, дополнительно подключена цепь из последовательно.соединенных

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

амплитудного фазочувствительного детектора 20, опорный вход которого подключен к генератору 9 однопол рных спаренных импульсов, фильтра 21 верхних частот, фазочувствительного детектора 22, опорный вход которого подключен посредством формировател  23 разнопол рных рагаиренных импульсов к выходу генератора 9 спаренных импульсов, и фильтра 24 нижних час.- тот, к выходу которого подключен управл ющий вход перестраиваемого делител  18. Цепь синхронизации генератора 9 спаренных однопол рных импульсов от генератора 4 переменного тока содержит перестраиваемый блок 25 задержки, управл ющий вход которого подключен к генератору 8 бипол рных импульсов.

Устройство работает следующим образом .

Испытываемый образец 1 периодически перемагничиваетС  переменным магнитным полем, создаваемым блоком 2. На первичньш преобразователь 5, установленный вблизи испытываемого образца , действует магнитное поле рассе ни  образца, а также определенна  (нескомпенсированна) часть напр женности внешнего магнитного пол .

На преобразователь 6 напр женности внешнего магнитного пол  аналогичное действие оказывает поле рассе ни  образца, но поскольку напр женность внешнего магнитного пол  несоизмеримо вьш1е напр женности пол  рассе ни  образца, то вли нием последнего можно пренебречь и учитывать только составл ющую напр женность внешнего намагничивающего пол .

Первичные преобразователи 5 и 6, выполненные на датчиках Холла, запи- тываютс  от генератора 8 бипол рных импульсов и генератора 9 спаренных однопол рных импульсов. Поскольку импульсы этих генераторов разнесены во времени, а в трактах измерени  индукции в испытываемом образце и напр женности намагничивающего пол  наход тс  фазочувствительные детекторы 11 и 15, на опорные входы которых подаютс  сигналы, синхронные с импульсами соответствующих генераторов , то рассмотрение работы данных трактов можно проводить на основании только холловских ЭДС, возникающих за счет взаимодействи  управл ющего тока датчиков Холла в виде бипол рных импульсов и соответствующих времени формировани  этих импульсов мгновенных значений индукции в образце и напр женности намагничивающего пол . Поскольку частота следовани  бипол рных импульсов управл ющего тока датчиков Холла не равна частоте намагничивающего пол , а отличаетс  от таковой на малую величину, то вы- ходные напр жени  измерительных трактов повтор ют форму индукции в испы- тьшаемом образце 1 и напр женности намагничивающего пол  с разностной частотой рассмотренных сигналов (как это имеет место в стробоскопических установках). Графопостроитель 13 использует данные выходные напр жени  дл  построени  кривой динамической петли гистерезиса испытьтаемого образца (фиг.2).

На фиг. 2 приведены кривые а и б предельной динамической петли гистерезиса одного и того же испытываемого образца; крива  а соответствует истиной предельной динамической, петле гистерезиса и характеризуетс   вно выраженными горизонтально расположенными участками в начальной час- ; ти обратных ее ветвей (участок от т. I до т. II в первом квадранте .и аналогичный участок в третьем квадранте ) . Уровень залегани  этих участков определ етс  индукцией насыщени  испытываемого образца. Естественно, что крутизна указанных участков кри- ;Вой неискаженной петли гистерезиса должна быть равна нулю.

Крива  б соответствует искаженной :форме петли гистерезиса. Этот вид искажений обуславливаетс  вли нием намагничивающего пол  на тракт изме- рени  индукции в испытываемом образце (по вление в данном тракте сигнала , пропорционального напр женности намагничивающего пол ). Наличие искажений формы регистрируемой петли гистерезиса легко обнаруживаетс , кай это подтверждаетс  сравнением приведенных кривых а и б, по изменению крутизны начальных участков обратных ветвей петель гистерезиса.

Измерение крутизны указанньпс участков петель гистерезиса производитс  в предлагаемом гистериографе следующим образом.

Генератор 9 периодически формирует однопол рные, пр моугольные спаренные импульсы, которые поступают в

0

5

5

токовые цепи датчиков Холла, используемых в качестве первичных преобра- зователей. Формирование первого из этих импульсов осуществл етс  в момент времени, когда напр женность намагничивающего пол  близка к своему максимальному (амплитудному) значению .Формирование второго импульса производитс  по истечению некоторого промежутка времени, в течение которого напр женность намагничивающего пол  существенно снижаетс , но испытываемый образец 1 еще находитс  в полностью намагниченном состо нии (насыщение образца) (на фиг. 2 совмещенна  осцилограмма I напр женности намагничивающего пол  и управл ющего тока датчиков Холла, на которой импульсы тока,сформированные генератором бипол рных импульсов 8, в отличие от спаренных импульсов генератора 9 с целью нагл дности изображены пунктирными лини ми). Поскольку при записи предельных пр моугольных петель гистерезиса используют намагничивающее поле, амплитудное значение напр женности которого превьшает в 4-5 раз значение коэрцитивной силы испытываемого образца, то временной интервал между двум  спаренными импульсами при этом может быть установлен до двух дес тых периода намагничивающего пол . Необходима  синхронизаци  времени следовани  спаренных импульсов относительно -напр женности намагничивающего пол  осуществл етс  цепью синхронизации генераторов 9 и 4 переменного тока.

Взаимодействие управл ющего тока Датчиков Холла в виде спаренных им пульсов с действующими на -эти датчики магнитными пол ми приводит к по влению на выходах преобразователей g спаренных импульсов, амплитуда определ етс  мгновенными значени ми напр женности действующих на них полей. На осцилограмме 2 (фиг.2) представде- ны спаренные импульсы на выходе преобразовател  индукции, соответствующие двум случа м. В случае (а), когда на первичный преобразователь 5 индукции в испытываемом образце 1 действует только поле рассе ни  образца , его выходное напр жение . представл ет собой импульсы равной амплитуды, амплитудное значение которых определ етс  индукцией насыщени  испытьшаемого образца. При отсутст0

5

0

0

5

ВИИ испытываемого образца и при от- сутствии вли ни  намагничивающего пол  на преобразователь 5 индукции на его выходе спаренные импульсы вообще не наблюдаютс , В случае (б), когда результирующа  напр женность действующих на преобразователь магнитных полей определ етс  суммой напр женности пол  рассе ни  образца и некоторой (нескомпенсированной) части напр женности намагничивающего пол , выходное напр жение преобразовател  индукции представл ет собой спаренные импульсы на выходе преобразовател  магнитной индукции, причем в образце 1 они будут наблюдатьс  и в случае вли ни  намагничивающего пол  на данный преобразователь при отсутствии испытываемого образца Таким образом, разность амплитудных значений спаренных импульсов определ ет степень вли ни  намагничивающего пол  на преобразователь индукци в испытываемом образце.

На входе усилител  14 наблюдаютс  спаренные импyльdы, соотношение амплитуд которых определ етс  соотношением амплитуд спаренных импульсов двух сигналов: входного импульсного напр жени  преобразовател  индукции в образце 1 и импульсного напр жени  снимаемого с выхода перестраиваемого делител  18. Пол рность и амплитуда спаренных импульсов выходного напр жени  перестраиваемого делител  18 устанавливаютс  такими, чтобы данное напр жение компенсировало составл ющую выходного напр жени  преобразовател  индукции, обусловленную вли нием на этот преобразователь намагничивающего пол . В случае взаимной компенсации указанных составл ющих на входе усилител  14 наблюдаютс  спаренные импульсы равной амплитуды (без испытываемого образца амплитуда спаренных импульсов соответственно равна нулю), При преобладании одной из указанных составл ющих над другой баланс амплитуд спаренных импульсов на входе усилител  14 нарушаетс , при этом в зависимости от знака раз- баланса наблюдаетс  преобладание амплитуды первого импульса над амплитудой второго или наоборот. Усиленные спаренные импульсы поступают с выхода усилител  14 на сигнальный вход амплитудного фазочувствительно- го детектора 20, на опорный вход ко0

5

0

5

торого поступают спаренные импульсы с генератора 9. Форма входного напр жени  детектора 20 представлена на ос- цилограмме 3 (фиг.2). В случае а данное напр жение представлет собой практически посто нное напр жение. В случае б выходное напр жение синхронного детектора 20 представл ет пульсирующее напр жение, амплитуда пульсаций которого пропорциональна разности амплитуд спаренных импульсов , а пол рность выбросов этого напр жени  определ етс  направлением разбаланса компенсации. Поскольку информацию о разбалансе системы несут переменные составл ющие выходного напр жени  детектора 20, то они выдел ютс  посредством фильтра 21 верхних частот и подаютс  на сигнальный вход фазочувствительного детектора 22. Детектор 22, на опорный вход которого подаютс  расширенные импульсы с формировател  23 (осцилограм- ма 5), позвол ет получить напр жение, пол рность которого однозначно указывает напр жение разбаланса компенсации , а его амплитуда определ ет амплитуду разбаланса системы компенсации вли ни  намагничивающего пол  на тракт индукции в испытываемом образце 1. Это напр жение подаетс  посредством фильтра 24 нижних частот, служащего дл  сглаживани - пульсаций и необходимой фазовой коррекции цепи 5 обратной св зи, на управл ющий вход перестраиваемого делител  18. Под воздействием этого напр жени  перестраиваемый делитель 18 измен ет свой коэффициент передачи до уровн , при котором поступающее на него напр жение минимально, а, следовательно , и разность амплитуд спаренных импульсов минимальна.

Таким образом, предлагаема  система компенсации представл ет след щую систему с отрицательной обратной св зью.

Далее остановимс  на рассмотрении специфики выполнени  цепи синхронизации генератора 9 от генератора 4.

Рассматрива  работу основных трактов измерени  и работу системы компенсации мы допускали условие - импульсы генераторов 9 и 8 разнесены во времени. В действительности же, как это было отмечено, первый импульс генератора 9 формируетс  во врем  максимальной напр женности на0

0

5

0

5

магничивающего пол , а его второй импульс - с некоторым временем запаздывани  относительно первого импульса , т.е. спаренные импульсы имеют вполне определенное местоположение относительно напр женности намагничивающего пол , В отличии от ни . бипол рные импульсы i генератора 8 в процессе записи динамической петли гистерезиса плавно смещаютс  во времени относительно напр женности намагничивающего пол . Таким образом, в некоторые моменты времени могло, бы произойти совпадение импульсов генераторов 8 и 9, что неизбежно привело бы к взаимному вли нию этих кратковременных взаимных вли ний каналов и пришлось бы ограничивать их быстродействие за счет увеличени 

посто нной, времени полосовых фильтров 12 и 16 и фильтра нижних частот. Дл  обеспечени  максимального быстродействи  гистериографа рассматриваема  цепь синхронизации выполнена в виде перестраиваемого блока 25 задержки , управл ющий вход которого подключен к генератору 8 бипол рных импульсов. Назначение этого блока - исключение возможности совпадени  импульсов генераторов 8 и 9. Это достигаетс  за счет изменени  времени задержки блока 25 задержки, кото- рым обеспечиваетс  дополнительное смещение спаренных импульсов относительно своего исходного положени  на небольшую величину в моменты возможного совпадени  импульсов указанных генераторов.

/

а

3.

4.

/. t У

ГП

п

f

-.1 6.

сриа2

Составитель Е.Данилина Редактор Т.Парфенова Техред А.Кравчук

/

Корректор В.Бут га

Заказ 6152/49 Тираж 730 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул Проектна , 4

Claims (2)

1.ГИСТЕРИОГРАФ по авт.св. № 1320782, отличающийся тем, что,с целью повышения точности регистрации динамической петли гистерезиса, компенсатор влияния намагничивающего поля на тракт измерения магнитной индукции выполнен в виде генератора спаренных однополярных импульсов, синхронизируемого генератором переменного тока, подключенного к нему первого сумматора, выход которого подсоединен к токовой цепи первичных преобразователей, последовательно соединенных с выходом усилителя переменного тока измерительного тракта индукции, третьего амплитудного фазочувствительного детекто ра, опорный вход которого подключен к генератору спаренных импульсов, фильтра верхних частот, фазочувствительного детектора, фильтра нижних частот, перестраиваемого делителя, сигнальный вход которого подсоединен к выходу первичного преобразователя напряженности магнитного поля и второго сумматора, второй вход которого связан с выходом первичного преобразователя индукции, а также формирователя разнополярных расширенных импульсов, вход которого подключен к выходу генератора спаренных однополярных импульсов, а выход - к опорному входу фазочувствительного детектора.

2. Гистериограф по п.1, о т л и чающийся тем, что цель синхронизации генератора спаренных однополярных импульсов выполнена в виде перестраиваемого блока задержки, первый вход которого связан с генератором переменного тока, управляющий вход подключен к генератору биполярных импульсов, а выход - к входу генератора спаренных однополярных импульсов.

cpust >

К)