УСТРОЙСТВО ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ С МОДЕЛЯМИ Российский патент 2005 года по МПК G01R33/00 

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано при создании источников изменяющихся магнитных полей.

Известна индукционно-импульсная установка со ступенчатым режимом измерений [Средства измерений магнитных параметров материалов / В.Г.Антонов, Л.М.Петров, А.П.Щепкин. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. - С.59-63], содержащая источник намагничивающего тока, измеритель магнитного потока, дифференцирующий нуль-орган, блок управления и двухкоординатный регистрирующий прибор. Установка позволяет реализовать режим испытания образцов по автоматически выработанной программе, обеспечивающей их статическое намагничивание и измерение приращений магнитного потока за промежутки времени, равные длительности ступеней намагничивающего поля. Недостатком данного устройства является необходимость измерения большого количества точек для уменьшения погрешности аппроксимации полученных данных, что в значительной степени увеличивает время измерения и энергозатраты.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство воспроизведения изменяющегося магнитного поля [А.с. 18203434 СССР, МКИ G 01 R 33/00. Устройство воспроизведения изменяющегося магнитного поля / Ланкин М.В., Горбатенко Н.И., Гречихин В.В. и Савин Д.Д.; Опубл. В Б.И. 1990]. Устройство содержит компаратор, генератор одиночных импульсов, запоминающее устройство, регистр, ЦАП, усилитель, первую катушку индуктивности, резистор, источник опорного напряжения, суммирующий усилитель, вторую катушку индуктивности, выпрямитель, схему ограничения скорости нарастания напряжения.

Недостатком известного устройства является следующее. Для получения минимальной погрешности аппроксимации при обработке результатов измерения необходимо измерять большое количество точек. Это в свою очередь влечет за собой увеличение времени измерения и энергозатрат. Однако воспользовавшись методикой, предложенной в [Ланкин М.В., Пжилуский А.А. Адаптивное управление размагничивающим магнитным полем для определения параметров МТМ // Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы: Материалы междунар. науч.-практич. конф., Новочеркасск, 26 октября 2001 г.: В 2 ч. / Юж. - Рос. гос. техн. ун-т - Новочеркасск: OOO НПО "Темп", 2001. - Ч.2. - С.6-22], можно оптимально выбирать значение приращения напряженности ΔH перемагничивающего внешнего поля, такое, что при обработке результатов измерения погрешность аппроксимации будет минимальна. Определение ΔН происходит путем расчета по одной из четырех моделей кривых размагничивания (КР), полученных из усреднения 49 нормированных КР, взятых из [ГОСТ 17809-72. Материалы магнитотвердые литые. Марки и технические требования. М.: Изд-во стандартов, 1972. - 8 с., ГОСТ 21559-76. Материалы магнитотвердые спеченные. Марки, технические требования и методы контроля. М.: Изд-во стандартов, 1976. - 8 с., ГОСТ 24897-81. Материалы магнитотвердые деформируемые. Марки и технические требования. М.: Изд-во стандартов, 1981. - 8 с., Постоянные магниты: Справочник / Под ред. Ю.М.Пятина. - М.: Энергия, 1971. - 376 с.]. Нормирование производится по В_r и Н_c, которые можно определять на этапе магнитной подготовки. Таким образом, построив четыре модели КР и определив, к какой из моделей ближе измеряемая КР, можно спрогнозировать последующее приращение напряженности ΔH, тем самым минимизировать количество измеряемых точек при минимальной погрешности аппроксимации.

Технической задачей изобретения является уменьшение времени измерения за счет уменьшения количества измеряемых точек при минимальной погрешности аппроксимации выходных данных.

Поставленная задача решается с помощью устройства воспроизведения изменяющегося магнитного поля с моделями, содержащего последовательно соединенные схему ограничения скорости нарастания напряжения, усилитель, первую катушку индуктивности, выход которой соединен с вторым входом усилителя и с резистором, вторую катушку индуктивности, причем она охватывает нейтральное сечение перемагничивающего образца и выходом присоединена к входу выпрямителя, выход выпрямителя соединен с первым входом первого суммирующего усилителя, второй вход которого соединен с выходом первого источника опорного напряжения (ИОН), а выход - с вторым входом схемы ограничения нарастания напряжения, также содержащего первый регистр и последовательно соединенные первый компаратор, первый счетчик, запоминающее устройство, первый ЦАП, дополнительно снабженного генератором прямоугольных импульсов, двумя ЦАПами, счетчиком, двумя регистрами, пятью аналоговыми ключами, пятью ИОН, шестью компараторами, одним логическим элементом "НЕ", одиннадцатью суммирующими усилителями, четырьмя аналоговыми запоминающими устройствами (АЗУ), аналоговым умножителем, двумя аналоговыми делителями, мультиплексором, логическим элементом "4 ИЛИ", четырьмя триггерами хранения, четырьмя логическими элементами "ИЛИ", четырьмя аналоговыми моделями, устройством определения минимального значения, каналом измерения напряженности, задатчиком количества измеряемых точек и двумя приоритетными шифраторами. Причем соединены они следующим образом. Выход генератора прямоугольных импульсов соединен через первый ключ с входом второго счетчика, выход которого соединен с первым входом второго ЦАПа и первым входом второго регистра. Выход второго регистра соединен с первым входом третьего регистра, выход которого соединен с первым входом третьего ЦАПа, второй вход которого подключен к выходу второго ИОН. Выход третьего ЦАПа соединен с вторыми входами второго компаратора и второго суммирующего усилителя. Первый вход второго компаратора соединен с первым выходом задатчика количества измеряемых точек, который так же через второй ключ подключен к первому входу второго суммирующего усилителя. Управляющий вход второго ключа подключен к выходу второго компаратора. Выход второго суммирующего усилителя подключен к второму входу аналогового умножителя, первый вход которого соединен с выходом первого аналогового запоминающего устройства, а выход - с первым входом схемы ограничения скорости нарастания напряжения. Первый вход первого аналогового делителя подключен к выходу первого АЗУ, второй вход - к выходу канала измерения напряженности, а выход - к 1, 2, 3 и 4 контактам третьего ключа, контакты 5, 6, 7 и 8 которого подключены параллельно к входам мультиплексора и четырех аналоговых моделей соответственно. Выход мультиплексора подключен к выходу второго ЦАПа, к второму входу которого подключен третий ИОН. Выходы четырех аналоговых моделей параллельно соединены с контактами 1, 2, 3 и 4 четвертого ключа, контакты 5, 6, 7 и 8 которого соединены с вторым входом третьего компаратора, первый вход которого соединен с выходом первого ЦАПа, второй вход которого соединен с выходом четвертого ИОН; и с первыми входами 3-6 суммирующих усилителей соответственно, вторые входы которых соединены с выходом второго аналогового делителя. Выход второго АЗУ параллельно соединен с вторым входом второго аналогового делителя и через пятый ключ - с вторым входом седьмого суммирующего усилителя, второй вход которого соединен с выходом третьего АЗУ, а выход - с первым входом восьмого суммирующего усилителя, второй вход которого соединен с выходом выпрямителя, а выход параллельно соединен с первым входом второго аналогового делителя и входом четвертого АЗУ, выход которого соединен с входом третьего АЗУ. Вход управления пятого ключа соединен с выходом второго компаратора. Выходы суммирующих усилителей 3-6 параллельно соединены с 1, 2, 3 и 4 входами устройства определения минимального значения, 5 вход которого подключен к выходу первого компаратора, первый вход которого подключен к выходу пятого ИОН, а второй вход - к выходу второй катушки индуктивности, и с вторыми входами 9-12 суммирующих усилителей соответственно, первые входы которых соединены с выходом устройства определения минимального значения. Выходы этих суммирующих усилителей соединены с первыми входами 4-7 компараторов соответственно, вторые входы которых соединены с выходом шестого ИОН. Выходы этих компараторов соединены с входами первого регистра, выход которого соединен с младшими разрядами первого приоритетного шифратора, старшие разряды которого соединены с вторым выходом задатчика количества измеряемых точек, а выход - со входом ПЗУ. Выходы 4-7 компараторов также параллельно соединены с информационными входами 1-4 триггеров хранения и с вторыми входами 1-4 логических элементов "ИЛИ" соответственно, первые входы которых соединены с выходом третьего компаратора, а выходы - с тактовыми входами триггеров соответственно, выходы которых параллельно соединены с входами логического элемента "4 ИЛИ" и входами второго приоритетного шифратора, выход которого соединен с управляющим входом мультиплексора. Выход логического элемента "4 ИЛИ" соединен с управляющим входом первого и четвертого ключей, четвертого АЗУ, второго регистра и входом логического элемента "НЕ", выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа, первого и третьего регистров и третьего АЗУ.

Проведенный поиск среди средств того же назначения, что и заявляемое, не выявил тождественных технических решений в отношении всей совокупности существенных признаков предлагаемого изобретения. Это позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "новизна".

Анализ уровня техники позволил установить, что присущие предлагаемому изобретению отличительные признаки, такие как генератор прямоугольных импульсов, ЦАП, счетчик, регистр, аналоговый ключ, ИОН, компаратор, логический элемент "НЕ", суммирующий усилитель, аналоговое запоминающее устройство, аналоговый умножитель, аналоговый делитель, мультиплексор, логический элемент "4 ИЛИ", триггер хранения, логический элемент "ИЛИ", устройство определения минимального значения и приоритетный шифратор [Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС: Пер. с англ. - М.: Мир, 1985. 572 с., Аналоговые и цифровые ИМС: Справочное пособие; Под ред. С.В.Якубовского. - М.: Радио и связь, 1984], при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы в заявляемое устройство воспроизведения изменяющегося магнитного поля с моделями проявляют новые свойства, что приводит к уменьшению времени измерения за счет уменьшения количества измеряемых точек при неизменной погрешности аппроксимации выходных данных благодаря прогнозированию последующего приращения напряженности перемагничивающего поля. Это позволяет сделать положительный вывод о соответствии технического решения критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 представлена блок-схема устройства воспроизведения изменяющегося магнитного поля с моделями, на фиг.2 - пример реализации задатчика количества измеряемых точек, на фиг.3 - пример реализации аналоговых моделей.

Устройство воспроизведения изменяющегося магнитного поля с моделями содержит последовательно соединенные схему ограничения скорости нарастания напряжения 1, усилитель 2, первую катушку индуктивности 3, выход которой соединен с вторым входом усилителя и с резистором 4, вторую катушку индуктивности 5, причем она охватывает нейтральное сечение перемагничиваемого образца 6 и выходом присоединена к входу выпрямителя 7, выход выпрямителя соединен с первым входом первого суммирующего усилителя 8, второй вход которого соединен с выходом первого источника опорного напряжения 9, а выход - с вторым входом схемы ограничения нарастания напряжения, также содержащего первый регистр 10 и последовательно соединенные первый компаратор 11, первый счетчик 12, запоминающее устройство 13, первый ЦАП 14. Генератор прямоугольных импульсов 15 соединен через первый ключ 16 с входом второго счетчика 17, выход которого соединен с первым входом второго ЦАПа 18 и первым входом второго регистра 19. Выход второго регистра соединен с первым входом третьего регистра 20, выход которого соединен с первым входом третьего ЦАПа 21, второй вход которого подключен к выходу второго ИОН 22. Выход третьего ЦАПа соединен с вторыми входами второго компаратора 23 и второго суммирующего усилителя 24. Первый вход второго компаратора соединен с первым выходом задатчика количества измеряемых точек 25, который так же через второй ключ 26 подключен к первому входу второго суммирующего усилителя. Управляющий вход второго ключа подключен к выходу второго компаратора. Выход второго суммирующего усилителя подключен к второму входу аналогового умножителя 27, первый вход которого соединен с выходом первого аналогового запоминающего устройства 28, а выход - с первым входом схемы ограничения скорости нарастания напряжения. Первый вход первого аналогового делителя 29 подключен к выходу первого АЗУ, второй вход - к выходу канала измерения напряженности 30, а выход - к 1, 2, 3, и 4 контактам третьего ключа 31, контакты 5, 6, 7 и 8 которого подключены параллельно к входам мультиплексора 32 и четырех аналоговых моделей 33-36 соответственно. Выход мультиплексора подключен к выходу второго ЦАПа, к второму входу которого подключен третий ИОН 37. Выходы четырех аналоговых моделей параллельно соединены с контактами 1, 2, 3 и 4 четвертого ключа 38, контакты 5, 6, 7 и 8 которого соединены с вторым входом третьего компаратора 39, первый вход которого соединен с выходом первого ЦАПа, второй вход которого соединен с выходом четвертого ИОН 40; и с первыми входами 3-6 суммирующих усилителей 41-44 соответственно, вторые входы которых соединены с выходом второго аналогового делителя 45. Выход второго АЗУ 46 параллельно соединен с вторым входом второго аналогового делителя и через пятый ключ 47 - с вторым входом седьмого суммирующего усилителя 48, второй вход которого соединен с выходом третьего АЗУ 49, а выход - с первым входом восьмого суммирующего усилителя 50, второй вход которого соединен с выходом выпрямителя, а выход параллельно соединен с первым входом второго аналогового делителя и входом четвертого АЗУ 51, выход которого соединен с входом третьего АЗУ. Вход управления пятого ключа соединен с выходом второго компаратора. Выходы 3-6 суммирующих усилителей параллельно соединены с 1, 2, 3 и 4 входами устройства определения минимального значения 52, 5 вход которого подключен к выходу первого компаратора, первый вход которого подключен к выходу пятого ИОН 53, а второй вход - к выходу второй катушки индуктивности; и с вторыми входами 9-12 суммирующих усилителей 54-57 соответственно, первые входы которых соединены с выходом устройства определения минимального значения. Выходы этих суммирующих усилителей соединены с первыми входами 4-7 компараторов 58-61 соответственно, вторые входы которых соединены с выходом шестого ИОН 62. Выходы этих компараторов соединены с входами первого регистра, выход которого соединен с младшими разрядами первого приоритетного шифратора 63, старшие разряды которого соединены с вторым выходом задатчика количества измеряемых точек, а выход - с входом ПЗУ. Выходы 4-7 компараторов также параллельно соединены с информационными входами 1-4 триггеров хранения 64-67 и с вторыми входами 1-4 логических элементов "ИЛИ" 68-71 соответственно, первые входы которых соединены с выходом третьего компаратора, а выходы - с тактовыми входами D-триггеров соответственно, выходы которых параллельно соединены с входами логического элемента "4 ИЛИ" 72 и входами второго приоритетного шифратора 73, выход которого соединен с управляющим входом мультиплексора. Выход логического элемента "4 ИЛИ" соединен с управляющим входам первого и четвертого ключа, четвертого АЗУ, второго регистра и входом логического элемента "НЕ" 74, выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа, первого и третьего регистра и третьего АЗУ.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии ключ 16 и ключ 38 разомкнуты, ключ 26, ключ 31 и ключ 47 замкнуты, регистр 19 находится в режиме хранения, а регистры 10 и 20 - в режиме записи новой информации, АЗУ 51 - в режиме записи информации, а АЗУ 49 - в режиме хранения. С первого выхода задатчика количества измеряемых точек 25 подается аналоговый сигнал, амплитудой соответствующий количеству измеряемых точек на первый вход компаратора 23, и сравнивается с сигналом, поступающим с выхода ЦАПа 21 на второй вход компаратора 23. Если значение сигнала на первом входе компаратора 23 больше, чем на втором, то открывается ключ 26, соединяя задатчик количества измеряемых точек 61 с первым входом суммирующего усилителя 24, на второй вход которого подается сигнал с ЦАПа 21. С выхода суммирующего усилителя 24 сигнал поступает на второй вход аналогового умножителя 27, на первый вход которого подается сигнал, значение которого соответствует коэрцетивной силе по напряженности, записанный в АЗУ 28. Таким образом производится денормирование и формируется управляющий сигнал, пропорциональный приращению напряженности внешнего перемагничивающего поля. С выхода аналогового умножителя 27 сигнал поступает на первый вход схемы ограничения скорости нарастания напряжения 1. Скорость нарастания напряжения определяется выходным напряжением суммирующего усилителя 8, которое в свою очередь определяется суммой напряжения ИОН 9 и напряжения, пропорционального скорости изменения индукции в образце 6, снимаемого с выхода катушки индуктивности 5 и выпрямляемого выпрямителем 7. Сигнал, пропорциональный измеренному значению напряженности поля на поверхности образца, с канала измерения напряженности 30 поступает на первый вход аналогового делителя 29, в котором производится нормирование этого сигнала по коэрцетивной силе, поступающей с выхода АЗУ 28 на второй вход аналогового делителя 29. С выхода аналогового делителя 29 сигнал через ключ 31 поступает параллельно на четыре аналоговые модели 33-36. Аналоговые модели построены таким образом, что каждая из моделей является одной из четырех нормированных типовых характеристик В(Н), представленных в [Ланкин М.В., Пжилуский А.А. Адаптивное управление размагничивающим магнитным полем для определения параметров МТМ // Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы: Материалы междунар. науч.-практич. конф., Новочеркасск, 26 октября 2001 г.: В 2 ч. / Юж. - Рос. гос. техн. ун-т - Новочеркасск: ООО НПО "Темп", 2001. - Ч.2. - С.6-22]. Таким образом подаваемый сигнал на аналоговые модели пропорционален нормированному значению напряженности, а на выходе получается нормированное значение индукции, соответствующее поданному значению напряженности для каждой из типовых кривых. С выходов аналоговых моделей 33-36 сигналы поступают на инвертирующие входы суммирующих усилителей 41-44 и вычитаются из сигнала, полученного от аналогового делителя 45. В свою очередь сигнал на выходе аналогового делителя 45 формируется путем деления значения напряжения с выхода суммирующего усилителя 50 на величину, поступающую с выхода АЗУ 46 и пропорциональную значению остаточной индукции образца, тем самым производится нормирование измеренного значения индукции по остаточной индукции. На выходе суммирующего усилителя 50 сигнал формируется путем вычитания сигнала с выпрямителя 6, пропорционального текущему приращению индукции, из сигнала с выхода суммирующего усилителя 48. На выходе суммирующего 48 усилителя сигнал соответствует предыдущему значению индукции и первоначально равен значению остаточной индукции, записанному во АЗУ 25, подаваемому на второй вход суммирующего усилителя 48 через ключ 47, управление которым производится с помощью коммутатора 23. Сигналы с выходов суммирующих усилителей 41-44 поступают параллельно на устройство определения min значения 52 и неинвертирующие входы суммирующих усилителей 54-57 соответственно. Работа устройства определения min значения 52 стробируется сигналом, поступающим с компаратора 11. Формирование стробирующего сигнала производится при близком к нулю значении сигнала, поступающего от катушки индуктивности 5 на второй вход компаратора 11, т.е. при . Устройство определения min значения 52 производит сравнение входных сигналов и на выходе формирует напряжение, равное наименьшему из входных значений, затем сигнал на суммирующих усилителях 54-57 вычитается из выходных сигналов суммирующих усилителей 41-44. В зависимости от того, на выходе какого из суммирующих усилителей появится напряжение, близкое к нулю, один из компараторов 58-61 сформирует сигнал, соответствующей логической "1". Таким образом, с помощью суммирующих усилителей 41-44 и 54-57, компараторов 58-61 и устройства определения min значения 52 определяется, к какому из значений, поступающих с выходов аналоговых моделей 33-36, ближе всего измеренное значение индукции. Сигнал логическая "1" поступает на второй вход одного из 4-х логических элементов "ИЛИ" 68-71. С выхода логического элемента сигнал логическая "1" поступает на тактовый вход одного из 4-х триггеров хранения 64-67, сигнальный вход которого параллельно соединен с вторым входом соответствующего логического элемента "ИЛИ". Этим осуществляется хранение сигнала логической "1" до тех пор, пока не появится новый тактовый сигнал от логического элемента "ИЛИ". В соответствии с тем, на какой из логических элементов и триггеров хранения поступает сигнал логическая "1", коммутатор 32, входы управления которого через приоритетный шифратор 73 подключены к выходам триггеров 64-67, а четыре выхода - к аналоговым моделям 33-36 соответственно, подключает выход ЦАПа 14 к входу одной из моделей. Параллельно с управляющими входами коммутатора 32 сигнал логической "1" с одного из триггеров хранения подается на один из входов логического элемента "4 ИЛИ" 72. Сигнал логическая "1", появившийся на выходе логического элемента "4 ИЛИ" 72, производит замыкание ключа 16, соединяя выход генератора прямоугольных импульсов 15 с входом счетчика 17; перевод АЗУ 51 в режим хранения информации поступающей с выхода суммирующего усилителя 50, а АЗУ 49 через логический элемент "НЕ" 74 в режим записи новой информации, чем производится считывание и запись информации с выхода суммирующего усилителя 50; перевод регистра 19 в режим записи новых данных, поступающих с выхода счетчика 17, а регистра 20 через логический элемент "НЕ" 74 в режим хранения данных, чем производит запись данных, поступающих от счетчика 17; замыкание ключа 38, соединяя выходы аналоговых моделей 33-36 с вторым входом компаратора 39; через логический элемент "НЕ" 74 перевод регистра 10 в режим хранения данных, сохраняя код, полученный от компараторов 58-61; размыкание ключа 31, отсоединяя входы моделей 33-36 от выхода аналогового делителя 29, тем самым используя модели 33-36 в режиме определения следующего приращения напряженности внешнего поля.

С выхода счетчика 17 цифровой код параллельно подается на входы регистра 19 и ЦАПа 18. На выходе ЦАПа 18 формируется аналоговый сигнал, амплитудой пропорциональный коду, поступающему со счетчика 17 и зависящему от значения выходного напряжения ИОН 37. Через коммутатор этот сигнал подается на одну из аналоговых моделей 33-36. Как только сигнал, поступающий с выхода модели 33-36 на второй вход компаратора 39, будет больше, чем сигнал, поступающий от ЦАПа 14 на первый вход компаратора 39, компаратор 39 формирует сигнал логической "1", поступающий на первый вход логических элементов "ИЛИ" 68-71.

Формирование аналогового сигнала, поступающего от ЦАПа 14, производится следующим образом. Счетчик 12 формирует младшие разряды кода, поступающего на вход ПЗУ 13 в соответствии с текущим количеством сформированных на выходе компаратора 11 сигналов логической "1". Старшие разряды кода формируются приоритетным шифратором 63 в соответствии с сигналом, пропорциональным числу измеряемых точек, поступающим на вход приоритетного шифратора 73 со второго выхода устройства количества измеряемых точек 25; и кода, поступающего с выходов регистра 10, в свою очередь код на котором был сформирован в соответствии с тем, на каком из компараторов 58-61 появился уровень логической "1". Сформированный код поступает на входы ПЗУ 13 и является адресом заложенных в нем данных. В соответствии с адресом на выходе ПЗУ 13 формируется код, поступающий на вход ЦАПа 14.

При появлении на первом входе сигнала логической "1" одного из логических элементов "ИЛИ" 68-71 формируется сигнал, поступающий на тактовый вход одного из 4-х триггеров хранения 64-67. При появлении тактового сигнала соответствующий триггер хранения на выходе формирует сигнал логического "0", в связи с тем что на информационный вход триггера поступает сигнал логического "0" от компараторов 58-61. Таким образом, на управляющие входы коммутатора 32 подается сигнал логического "0" и разрывается цепь между ЦАПом 18 и одной из аналоговых моделей. Параллельно с управляющими входами компаратора 32 сигнал логического "0" поступает на входы логического элемента "4 ИЛИ" 72, формирует на его выходе сигнал логического "0". Этот сигнал производит размыкание ключа 16, чем разрывает цепь выход генератора прямоугольных импульсов 15 с входом счетчика 17; перевод АЗУ 51 в режим хранения, а АЗУ 49 через логический элемент "НЕ" 74 в режим записи данных, поступающих с АЗУ 50, чем осуществляется подача сигнала В_i-1 на первый вход суммирующего усилителя 48, необходимого для определения текущего значения индукции В_i

B_i=B_i-1-ΔB,

где B_i-1 - предыдущее значение индукции, ΔB - измеренное значение приращения индукции, B_i - текущее значение индукции;

перевод регистра 19 в режим хранения информации, а регистра 20 через логический элемент "НЕ" 74 в режим записи данных, поступающих с выхода регистра 19, чем осуществляется подача сигнала на вход ЦАПа 21, равного смоделированному значению напряженности поля для следующей точки измерения; размыкание ключа 38 и через логический элемент "НЕ" 74 замыкание ключа 31, соединяя входы моделей 33-36 с выходом аналогового делителя 29, переводя их в первоначальный режим функционирования; через логический элемент "НЕ" 74 перевод регистра 10 в режим записи данных, поступающих с выходов компараторов 58-61.

В связи с тем что все последующие значения амплитуды сигнала, поступающего с выхода ЦАПа 21, будут больше, чем сигнал, поступающий с первого выхода задатчика количества измеряемых точек 25, то ключи 26 и 31 будут замкнуты и на выходе суммирующего усилителя 24 будет формироваться сигнал, равный сигналу на выходе ЦАПа 21, а на выходе суммирующего усилителя 48 - сигнал, равный значению, записанному в АЗУ 49.

Блоки, входящие в состав устройства воспроизведения изменяющегося магнитного поля с моделями, могут быть выполнены, например:

- усилитель 2 по схеме усилителя мощности с обратной связью по току, как показано на рис.4.13 в [Шихин А.Я. Автоматические магнитоизмерительные системы. - М.: Энергия, 1977. - 136 с.];

- катушка индуктивности 3, представляющая собой электромагнит, любой из описанных в [Испытание магнитных материалов и систем / Е.В.Комаров, А.Д.Покровский, В.Г.Сергеев, А.Я.Шихин. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - С.323.];

- ЦАПы 14, 18 и 21 на микросхеме К572ПА1А;

- запоминающее устройство 13 на микросхеме КР5569РТ16;

- генератор прямоугольных импульсов 15 на основе операционного усилителя, как показано в [П.Хоровиц, У.Хилл. Искусство схемотехники. В 3-х томах. Пер. с англ. - М.: Мир, 1993, т.1, C.301].

- счетчики 17 и 12 на микросхеме КР1533ИЕ7;

- схема ограничения скорости нарастания напряжения 1, как и в устройстве-прототипе (фиг.3 в [А.с. 18203434 СССР, МКИ G 01 R 33/00. Устройство воспроизведения изменяющегося магнитного поля / М.В.Панкин, Н.И.Горбатенко, В.В.Гречихин и Д.Д.Саввин - Заявл. 09.10.90; №1213445; Опубл. 07.06.93; Бюл. №21]);

- компараторы 11, 23, 39 и 58-61 на интегральном компараторе типа К521СА3;

- аналоговые запоминающие устройства 28, 46, 49 и 51 согласно [Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС: Пер. с англ. - М.: Мир, 1985, - 752 с.];

- аналоговые делители 29 и 45 и аналоговый умножитель 27 на микросхеме К525ПС2;

- регистры 10, 19 и 20 на микросхеме КР 1533ИР23;

- ключи 16, 26, 31, 38 и 47 на микросхемах интегральных ключей с полевыми транзисторами серии 590КН;

- выпрямитель 7, как и в устройстве-прототипе на основе аналогового интегратора;

- суммирующие усилители 50, 41-44 и 54-57 как дифференциальные устройства на основе операционного усилителя;

- суммирующие усилители 24 и 48 как сумматор на основе операционного усилителя;

- мультиплексор 32 на микросхеме КР1533КП17;

- логический элемент "4 ИЛИ" 72 на микросхеме К176ЛП11;

- логические элементы "ИЛИ" 68-71 на микросхеме КР1564 ЛЛ1;

- приоритетные шифраторы 63 и 73 на микросхеме КР155ИВ1;

- триггеры хранения 64-67 на микросхеме КР155ТМ9;

- задатчик количества измеряемых точек 25 показан на фиг.2 и содержит: ИОН N₁ с выходным сигналом, равным сигналу логической "1"; четыре ИОН N_2-5, задающие значение первого приращения напряженности поля, определяемого согласно [Ланкин М.В., Пжилуский А.А. Адаптивное управление размагничивающим магнитным полем для определения параметров МТМ // Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы: Материалы междунар. науч. - практич. конф., Новочеркасск, 26 октября 2001 г.: В 2 ч./ Юж. - Рос. гос. техн. ун-т - Новочеркасск: ООО НПО "Темп", 2001. - Ч.2. - С.6-22]:

где Δh₁ - первое приращение напряженности поля, n - количество измеряемых точек; и четырех сдвоенных ключей N_6-9. В зависимости от того, какой ключ замкнут, на первом выходе задатчика появится аналоговый сигнал с соответствующей амплитудой, а на втором выходе - цифровой код;

- устройство определения минимального значения 52 на основе операционного усилителя согласно [Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. Практика аналогового моделирования динамических систем: Справочное пособие - М.: Энергоатомиздат, 1987. 384 с.];

- аналоговая модель 33-36 показана на фиг.3 и содержит 14 диодов VD1-14, 17 резисторов R1-17, ИОН М и операционного усилителя DA1, и представляет собой схему, реализующую нелинейность на токовых ячейках, предложенную в [Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. Практика аналогового моделирования динамических систем: Справочное пособие - М.: Энергоатомиздат, 1987. С.122-123].

Экспериментальные исследования макета заявляемого устройства воспроизведения изменяющегося магнитного поля с моделями показали, что по сравнению с устройствами аналогичного назначения (прототип) заявляемое устройство обеспечивает уменьшение времени измерения за счет уменьшения количества измеряемых точек при неизменной погрешности аппроксимации выходных данных.

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано при создании источников изменяющихся магнитных полей. Устройство воспроизведения изменяющегося магнитного поля с моделями содержит схему ограничения скорости нарастания напряжения, усилитель, две катушки индуктивности, резистор, выпрямитель, запоминающее устройство, генератор прямоугольных импульсов, 3 ЦАП, 2 счетчика, 3 регистра, 5 аналоговых ключей, 6 источников опорного напряжения, 7 компараторов, логический элемент "НЕ", 12 суммирующих усилителей, 4 аналоговых запоминающих устройства (АЗУ), аналоговый умножитель, 2 аналоговых делителя, мультиплексор, логический элемент "4 ИЛИ", 4 D-триггера, 4 логических элемента "ИЛИ", 4 аналоговые модели, устройство определения минимального значения, канал измерения напряженности, задатчик количества измеряемых точек и 2 приоритетных шифратора. Благодаря возможности уменьшения количества измеряемых точек гистерезисных кривых при неизменной погрешности аппроксимации выходных данных уменьшается время измерений. 3 ил.

Устройство воспроизведения изменяющегося магнитного поля с моделями, содержащее последовательно соединенные схему ограничения скорости нарастания напряжения, усилитель, первую катушку индуктивности, выход которой соединен со вторым входом усилителя и с резистором, вторую катушку индуктивности, причем она охватывает нейтральное сечение перемагничиваемого образца и выходом присоединена к входу выпрямителя, выход выпрямителя соединен с первым входом первого суммирующего усилителя, второй вход которого соединен с выходом первого источника опорного напряжения (ИОН), а выход со вторым входом схемы ограничения нарастания напряжения, также содержащее первый регистр и последовательно соединенные первый компаратор, первый счетчик, запоминающее устройство, первый ЦАП, отличающееся тем, что оно снабжено генератором прямоугольных импульсов, двумя ЦАПами, счетчиком, двумя регистрами, пятью аналоговыми ключами, пятью ИОН, шестью компараторами, одним логическим элементом "НЕ", одиннадцатью суммирующими усилителями, четырьмя аналоговыми запоминающими устройствами (АЗУ), аналоговым умножителем, двумя аналоговыми делителями, мультиплексором, логическим элементом "4 ИЛИ", четырьмя триггерами хранения, четырьмя логическими элементами "ИЛИ", четырьмя аналоговыми моделями, устройством определения минимального значения, задатчиком количества измеряемых точек и двумя приоритетными шифраторами, причем выход генератора прямоугольных импульсов соединен через первый ключ с входом второго счетчика, выход которого соединен с первым входом второго ЦАПа и первым входом второго регистра, выход второго регистра соединен с первым входом третьего регистра, выход которого соединен с первым входом третьего ЦАПа, второй вход которого подключен к выходу второго ИОН, выход третьего ЦАПа соединен со вторыми входами второго компаратора и второго суммирующего усилителя, первый вход второго компаратора соединен с первым выходом задатчика количества измеряемых точек, который так же через второй ключ подключен к первому входу второго суммирующего усилителя, управляющий вход второго ключа подключен к выходу второго компаратора, выход второго суммирующего усилителя подключен ко второму входу аналогового умножителя, первый вход которого соединен с выходом первого аналогового запоминающего устройства, а выход с первым входом схемы ограничения скорости нарастания напряжения, первый вход первого аналогового делителя подключен к выходу первого АЗУ, второй вход к выходу канала измерения напряженности, а выход к 1, 2, 3 и 4 контактам третьего ключа, контакты 5, 6, 7 и 8 которого подключены параллельно к входам мультиплексора и четырех аналоговых моделей соответственно, выход мультиплексора подключен к выходу второго ЦАПа, ко второму входу которого подключен третий ИОН, выходы четырех аналоговых моделей параллельно соединены с контактами 1, 2, 3 и 4 четвертого ключа, контакты 5, 6, 7 и 8 которого соединены со вторым входом третьего компаратора, первый вход которого соединен с выходом первого ЦАПа, второй вход которого соединен с выходом четвертого ИОН; и с первыми входами 3-6 суммирующих усилителей соответственно, вторые входы которых соединены с выходом второго аналогового делителя, выход второго АЗУ параллельно соединен со вторым входом второго аналогового делителя и через пятый ключ со вторым входом седьмого суммирующего усилителя, первый вход которого соединен с выходом третьего АЗУ, а выход с первым входом восьмого суммирующего усилителя, второй вход которого соединен с выходом выпрямителя, а выход параллельно соединен с первым входом второго аналогового делителя и входом четвертого АЗУ, выход которого соединен со входом третьего АЗУ, вход управления пятого ключа соединен с выходом второго компаратора, выходы суммирующих усилителей 3-6 параллельно соединены с 1, 2, 3 и 4 входами устройства определения минимального значения, 5 вход которого подключен к выходу первого компаратора, первый вход которого подключен к выходу пятого ИОН, а второй вход к выходу второй катушки индуктивности, и со вторыми входами 9-12 суммирующих усилителей соответственно, первые входы которых соединены с выходом устройства определения минимального значения, выходы этих суммирующих усилителей соединены с первыми входами 4-7 компараторов соответственно, вторые входы которых соединены с выходом шестого ИОН, выходы этих компараторов соединены со входами первого регистра, выход которого соединен с младшими разрядами первого приоритетного шифратора, старшие разряды которого соединены со вторым выходом задатчика количества измеряемых точек, а выход со входом ПЗУ, выходы 4-7 компараторов также параллельно соединены с информационными входами 1-4 триггеров хранения и со вторыми входами 1-4 логических элементов "ИЛИ" соответственно, первые входы которых соединены с выходом третьего компаратора, а выходы с тактовыми входами 1-4 триггеров хранения соответственно, выходы которых параллельно соединены со входами логического элемента "4 ИЛИ" и входами второго приоритетного шифратора, выход которого соединен с управляющим входом мультиплексора, выход логического элемента "4 ИЛИ" соединен с управляющими входами первого и четвертого ключей, четвертого АЗУ, второго регистра и входом логического элемента "НЕ", выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа, первого и третьего регистров и третьего АЗУ.