УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ МАГНИТНЫХ ШУМОВ Российский патент 1994 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к магнитоизмерительной технике и может быть использовано в приборостроительной, электротехнической и радиотехнической промышленности, а также для неразрушающего контроля материалов и изделий.

Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - структурная схема цифрового компенсатора; на фиг.3 - функциональная схема блока управления; на фиг.4 показана структурная схема генератора возбуждения.

Устройство (фиг.1) содержит генератор 1 возбуждения, магнитомодуляционный преобразователь 2, обмотка возбуждения которого подключена к первому выходу генератора 1 возбуждения, цифровой компенсатор 3, первый вход которого подключен к сигнальной обмотке магнитомодуляционного преобразователя 2, а второй - ко второму выходу генератора 1 возбуждения, блок 4 управления и регистрирующий прибор 5 (ЭВМ).

Цифровой компенсатор 3 (фиг.2) содержит последовательно соединенные дифференциальный усилитель 6, вход которого предназначен для подключения к сигнальной обмотке магнитомодуляционного преобразователя 2, аттенюатор 7, сумматор 8, усилитель 9, аналого-цифровой преобразователь 10, вход "запуск" которого подключен к второму выходу генератора 1 возбуждения, оперативное запоминающее устройство 11 (ОЗУ), информационный вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя 10, адресный - к третьему выходу блока 4 управления, а входы управления соответственно - к выходу "Конец преобразования" аналого-цифрового преобразователя 10, к второму выходу генератора 1 возбуждения и четвертому выходу блока 4 управления, и цифроаналоговый преобразователь 12, вход которого подключен к выходу ОЗУ 11, а выход - к второму входу сумматора 8.

Блок управления 4 (фиг.3) содержит формирователь 13, вход которого подключен к первому выходу генератора 1 возбуждения, программируемые счетчики 14, 14, триггер 16 и элемент И 17.

Генератор возбуждения (фиг.4) содержит последовательно соединенные задающий генератор 18 (кварцевый генератор), счетчик 19, мультиплексор 20, счетчик 21 и усилитель 22 мощности.

Устройство работает в трех режимах. Первый режим - "Компенсация", предназначен для заполнения резидентного ОЗУ 11 цифрового компенсатора (фиг. 2). В этом режиме с помощью программируемого счетчика 15 блока управления (фиг. 3) задается число отсчетов на периоде перемагничивания, т.е. объем памяти, заполняемый в резидентном ОЗУ 14. По входу "Компенсация" (от кнопки или ЭВМ) триггер 16 переходит в единичное состояние и переводит ОЗУ 11 в режим "Запись". Процесс перехода триггера 16 в единичное состояние синхронизирован с началом цикла перемагничивания, что реализовано посредством формирователя 13, который запускается по фронту импульса, поступающего с выхода усилителя 22 мощности. В этот же момент обнуляют программируемый счетчик 15, на счетный вход которого подают импульсы с выхода мультиплексора 20 (фиг.4). Посредством переключения мультиплексора 20 можно регулировать частоту перемагничивания. Коэффициент пересчета счетчика 21 постоянен и определяет максимальное число отсчетов, которое может быть получено на периоде перемагничивания. Ваpьиpование коэффициента пеpесчета счетчика 15 позволяет снизить количество отсчетов на пеpиоде пеpемагничивания. Если ОЗУ 11 работает в режиме "Запись", то на выходе цифроаналогового преобразователя 12 присутствует нулевое напряжение, следовательно, на вход аналого-цифрового преобразователя 10 поступает напряжение только от измерительной обмотки магнитомодуляционного преобразователя 2. Аттенюатор 7 служит для достижения более полного использования динамического диапазона аналого-цифрового преобразователя 10. Коэффициент усиления усилителя 9 может быть равен либо единице, либо номинальному значению, в зависимости от состояния триггера 16. В режиме "Компенсация" коэффициент усиления равен единице.

Мгновенные значения напряжения и измерительной обмотки магнитомодуляционного преобразователя 2 преобразуются в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем 10 и хранятся в резидентном ОЗУ 11. После того, как на периоде перемагничивания получено заданное число отсчетов, импульс "Переполнение" со второго выхода счетчика 15 устанавливает триггер 16 в нулевое состояние, ОЗУ 11 переходит в режим "Считывание", на втором входе сумматора 8 появляется компенсирующее напряжение, а на его выходе - напряжение шума, которое усиливается усилителем 9 и преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем 10.

Таким образом устройство переходит в следующий режим - "Измерение". В этом режиме ОЗУ 11 работает в режиме "Считывание" и на выходе цифроаналогового преобразователя 12 имеем дискретные значения напряжений, полученных на выходе измерительной обмотки магнитомодуляционного преобразователя 2 в режиме "Компенсация". В сумматоре 8 эти напряжения инвертируются и складываются с напряжением, поступающим с выхода аттенюатора 7. Так как режимы "Компенсация" и "Измерение" протекают синхронно, то в соответствующие моменты времени напряжение измерительной обмотки магнитомодуляционного преобразователя 2 компенсируется напряжением с выхода цифроаналогового преобразователя 12 и в эти моменты времени мы имеем на входе аналого-цифрового преобразователя 10 только напряжение шумов. Так как запуск аналого-цифрового преобразователя 10 синхронизирован с процессом компенсации (считыванием из ОЗУ 11), то дискретные значения напряжения шума поступают с выхода аналого-цифрового преобразователя 10 в ОЗУ ЭВМ 5, младшие адресные разряды которого объединены с адресными разрядами ОЗУ 14. Для получения низкочастотной составляющей шума необходимо осуществить анализ отсчетов за ряд циклов перемагничивания. Для этой цели служит программируемый счетчик 14, который задает как число анализириуемых циклов перемагничивания ΔТ, так и дискретность по циклам перемагничивания N. Очевидно, что число циклов перемагничивания составит N = 2 (1) где f_пер - частота перемагничивания;
f_н.а. - нижняя частота анализа.

Шаг дискретизации по циклам перемагничивания определяет верхняя частота анализа избыточного шума в спектрограмме f_в, т.е. Δ Т = 1/2f_в (2)
Учитывая (1) и (2) после несложных преобразований получим число отсчетов по циклам перемагничивания: n = (3) Если мы имеем на периоде перемагничивания m отсчетов, то в результате режима "Измерение" в ОЗУ 4 ЭВМ 5 будем иметь двумерный массив, размерность которого составит mxn, где m = 2^Q1, n = 2^Q2, Q₁ - число выходных разрядов в счетчике 18, Q₂ - число выходных разрядов в счетчике 7.

После того, как двумерный массив mxn получен, устройство переходит в режим "Индикация". При этом со второго выхода счетчика 14 (выход "Переполнение") поступает сигнал прерывания в ЭВМ 5, после анализа которого последняя перегружает двумерный массив отсчетов из буферного ОЗУ ЭВМ 5 в собственное ОЗУ и приступает к определению дискретного двумерного унитарного преобразования для этого массива отсчетов в соответствии с программой. После определения преобразования ЭВМ 5 осуществляет вывод элементов преобразованного массива на терминальное устройство в численной форме или в виде полутонового изображения.

Изобретение может быть использовано в магнитоизмерительной технике и неразрушающем контроле. Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 возбуждения, магнитомодуляционный преобразователь 2, цифровой компенсатор 3, блок управления 4 и регистрирующий прибор /ЭВМ/ 5. Цифровой компенсатор выполнен в виде усилителя 6, аттенюатора, сумматора, усилителя, АЦП, оперативного запоминающего устройства и ЦАП. Блок управления состоит из формирователя, счетчиков триггера и элемента И. Генератор 1 возбуждения состоит из задающего генератора, счетчиков мультиплексора и усилителя мощности. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ МАГНИТНЫХ ШУМОВ, содержащее последовательно соединенные генератор возбуждения, магнитомодуляционный преобразователь, компенсатор и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений, в него дополнительно введен блок управления, первый вход которого соединен с первым выходом генератора, второй - с вторым выходом генератора и вторым входом компенсатора, а выходы соединены с соответствующими входами компенсатора. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор возбуждения выполнен в виде последовательно соединенных задающего генератора, первого счетчика, мультиплексора, второго счетчика и усилителя, выход которого подключен к первому выходу генератора возбуждения, а выход мультиплексора - к его второму выходу. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления выполнен в виде формирователя, первый вход которого подключен к первому входу блока, элемента И, первого счетчика, второго счетчика, вход установка нуля которого подключен к выходу формирователя и первому входу элемента И, а его счетный вход - к второму входу блока, триггера, тактовый вход которого подключен к выходу формирователя, вход установка единицы соединен с входом установка нуля первого счетчика, входа установка нуля - к второму выходу второго счетчика, второй вход элемента И соединен с инверсным выходом триггера, а выход элемента И подключен к счетному входу первого счетчика. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цифровой компенсатор выполнен в виде последовательно соединенных с измерительной обмоткой магнитомодуляционного преобразователя дифференциального усилителя, аттенюатора сумматора, усилителя, аналого-цифрового преобразователя, оперативного запоминающего устройства и цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к второму входу сумматора, второй вход усилителя соединен с выходом блока управления и входом адреса оперативного запоминающего устройства, входы управления которого подключены соответственно к выходу "конец преобразования" аналого-цифрового преобразователя, входу "запуск" аналого-цифрового преобразователя и прямому выходу триггера блока управления, вход "запуск" аналого-цифрового преобразователя соединен с вторым выходом генератора возбуждения.