Способ измерения диаграммы Прейсаха и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК G01R33/12 

поцключенцым к второму аасоау нуль органе, блок деления, один вэ входов которого соединен с выходными зажимами катушки взаимной индуктивности, другой с измерительной обмоткой, а выход соединен с входом стробоскопического сме- ситепя, и фильтр, вход которого соединен с выходом стробоскопического смесителя, а выход - с входом регистрирующего прибора.

1. Способ измерения диаграммы Прейсаха, основанный на перемагничивании по частным циклам, отличающий с я тем, что, с целью повхшения точности и производительности измерения, магнитное состояние образца устанавливают в определенной точке на ветви предельного гистерезисного цикла, периодически перемагничивают образец импульсным полем в состояние насьпаения и подмагннчивают модулирующим полем с пёриод ш, в два раза превышающим период следсива- . ния импульсов перемагничиваккцегося поля, стробируют сигаал нап1М1жения, вепткна которого в каждый момент вре- мени пропорциональна дифферёнциальнсЛс восприимчивости на восходящей ветви частного цикла перемагничивания, причем моменты стробирования устанавливают соответствующими определенному значению напряжения поля в образце, выделяют в стробированном сигнале гагмоническую составляющую с периодом модулирующего поля, при этом модулирующее попе изменяют во времени по закону меандра, симметрично относительно нулевого уровня, причем моменты переключения полярности модулирующего поля с юпадают с момен тами максимального значения импульсного перемагничивающего попя, и по отношению амплитуды этой составляющей к амплитуде модулирующего поля судят о плотности распределения частиц на диаграмме Прейсаха в точке, координаты которой определяются в соответствии с соотношениями VA - ПР - - Н - Р , Ва .гае Р, соответственно по смещения и коэрцитивная сцпе в точке, гае определяется плотность распределения п( начрвженности подя в образце, соответствующее исходному состоянию на ветви предельного цикла; Ь - значение напряженности поля в образце и моМент строби;о рования. 2. Устройство для осуществления споОд 00 00 соба по п. 1, содержащее генератор тока с намагничивающей обмоткой, измерительную оЬмотку, измерительный резистор, последовательно соединенные регулируемый ИСТОЧНИК напряжения, нуль-орган и стробог сжопический смеситель и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повыпеиия точности н производительности измерения, в него диполиительно введены катушка взаимной ин- дукшвности, входная пара зажимов которой включена между намагничивающей обмоткой и измерительным резистором.

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для измерения диаграммы Прейсаха поликристалл ических ферромагнитных материалов.. Известны способы измерения диаграмм Прейсаха при перемагничивании по часо ным циклам гистерезиса l , когда предварительно размагниченный образец намагничивают в поле fj, перемагничи- вают посдадовательно в полях ii и {jи соответственно измеряют его намагниченность З. И 3j. Затем вновь размагниченный образед намагничивают в поле ) и пе ремагничивают в тех же полях , И , соответственно измеряют намагниченность и Усредненную плотнос диаграммы Прейсаха в прямоугольной области определяют по выражению й. АЭ-Оз-Эр-СЗ -э,), u(V aa-li)(ii4-). Основная погрешность этого способа связана с измерением приращений, jipeHставляющих разность величин, существенн превышающих результат вычитания. Такая операция сопровождается большой случайной составляющей относительной погрешности. Кроме того, способ обладае низкой производительностью, так как для получения одного значения плотности диаграммы Прейсаха в точке (малой прям угольной области) необходимо произвести измерение координат четырех точек на частных циклах перемагничивания. Нанболее близким к изобретению по технической сущности является устрой- ство для измерения магнитных свойств образцов из ферромагнитных материалов, содержащее .последовательно соединенные генератор, усилитель, резистор. Намагничивающую и измерительную обмотки, инте ратор, стробоскопический смеситель, цифровой вольтметр, цифропечатающее устрой ство, регулируемый источник напряжения и нуль-орган, входы которого подключены к резистору и источнику, а выход - к стробоскопическому смесителю . Такое устройство, в принципе, позволяет измерять диаграмму Прейсаха, однако обладает большой погрешностью измерения малых приращений намагниченности и ни кой производительностью измерений. Целью изобретения является повьппение точности и произвоцительности измерения диаграммы Прейсаха. Цель достигается тем, что согласно способу, основанному на перемагничивании по частным циклам, магнитное состояние образца устанавливают в определенной точке на ветви предельного гистеребисного цикла, периодически перемагничивают образец импульсным полем в состояние насыщения и подмагничивают модули- , руюшим полем с периодом, в два раза превьш1ающим период следования нмпул сов перемагничивающего поля, стробируют сигнал напряжения, величина которого в каждый момент времени пропорциональ на дифференциальной восприимчивости образца на восходящей ветви частного цикла перемагничивания, причем моменты стробирования устанавливают соответствующими определенному значению напряженности поля в образце, выделяют в стробированном сигнале гармоническую составляющую с гюриодом модулирующего поля, прн этом модулирующее поле изменяют во времени по закону меандра, симметрично относительно нулевого уровня, причем моменты переключения полярности модулирующего поля совпадают с моментами максимальjHorQ значения имйульсного перемагничи- вающего поля и по отношению амплитуды этой составляющей к амплитуде модулирующего поля, судят о плотности распределения частиц на диаграмме Прейсаха. в точке, координаты которой определяются в соответствии с соотношениями u - i u - -bnp где H и H - соответственно поле смепю ния и коэртштивная сила в точке, гае определяется плотность распределения; ПР значение напряжения поля в образце, соответствующее исходному состоянию на ветви предельного цикла; } значение напряженности пол в образце в момент строб рования. В устройство, реализующее способ, соде{жс Ш1ее генератор тока с намагничив ющей обмоткой, измерительную обмотку, измерительный резистор, последрвателЕло соединенные регулируемый источник напряжения-, нуль-орган н стробоскопически смеситель и регистрирующий прибор, до полнительно введены катушка взаимной индуктивности, входная пара зажимов которой включена между намагничивающей обмоткой и измерительным резистором, подключенным к второму входу нуль-орга на, блок деления, один из входов которого соединен с выходными зажимами ка тущки взаимной индуктивности, другой с измерительной обмоткой, а выход сое динен с -входом стробоскопического смесителя, и фильтр, вход которого соединен с выходом стробоскопического смесите- ля, а выход - с входом регистрирующего прибора. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 (а, б, в, г) - графики напряженности поля в о& разце , нап1ищения прОпо{Я1И(И1ального дифференциальной восприимчивости на Ч циклах деремагничивания (JL стробйрующих импульсов Огтр гармотгческсА составляющей частоты модулирующего поля выделенной из стробирбванного сигнала U(jp; на фиг. 3 (а, б) - состояния испы туемого образца при перемагничивании соответственно на кривых перемагничива ния и на плоскости диаграммы Прейсаха. Функциональная схема устройства (фиг. 1), реализующего способ, содержит последсжательно соединенные генератор 1 тока, намагничивающую обмотку 2 обрвэ . ца 3 и измерительный резистор 4, измер тельиую обмотку 5, ретули мый источник 6 напряжения, стробоскопический сме ситель 7, нуль-орган 8, один.из входов которого соединен с измерительным резистором 4, другой - с выходом регулируе-j мого источника 6 напряжения, а выход с одним из входов стробоскопического смесителя 7, катушку 9 взаимной индук- тивностк, входная пара зажимов 1К торой включена последовательно с намагничивающей обмбткой 2, блок Ю деления, один из входов которого соединен с вь ходными зажимами катушки 9 взаимной индуктивности/ другой - с измерительной обмоткой 5, регистрирующий прибор 11, фильтр 12, вход которого соединен с ВЫХОДОМ стробоскопического сме сителя 7, а выход - с входом регястри- рукшего прибора 11. Устройство работает следующим образом. В намагничивающую обмотку 2 (фиг. 1) образца 3 Ьоступают импульсы тока, постоянный ток и модулирующий ток от генератора 1, создающие поле (фиг. 24). Пусть в исходном состоянии, определяемом суммой напряженностей постоянного и модулирующего с амплитудой полей, магнитное состояние образца соответствует точке jn (фиг. за) и положению фронта перемагничивания, пересекающего ось Hjyj в точке h со значением поля f( (фиг. 3d). В первый полупериод модулирующего поля под действием переднего фронта импульсного поля состояние образца изменяется по восходящей ветви И1-А-Р частного цшша до насыщения в поле (фиг. ЗО). Этому соответствует перемещение фронта перемагничивания в направлении, показанном стрелкой на фиг. 36, до положения, соответствующего полю . Нуль-юрган 8 вырабатывает короткие строб-импульсы ( в момент равенства напряжения, поступающего от источника 6 напряжения и напряжения с измерттельного резистора 4. Пусть в момент-Ь дейс- ВЕЯ строб-импульса (фиг. 2д) состояние образца, определяемое полем Ц д (фиг. За,о) соответствует точке А на фиг. 3 Q и положению Уп1-су перемещающегося фронта перемагничивания на фиг. Зб. Тогда интегральное значение плотности распределения на элементарной площадке ш, rn,C , U, соответствующей перемещению фронта вблизи положения , определяется в соответствии с соотношением / ,(), Ук,уу1;ч ,Ягде б 3 ij С f 7- обозначает малое прирашенве намагниченности вблизи точJCH А на восходящей ветви )г7. част ного цикла, соответствующее приращению поля dll и пересечению фронтом перемагничивания элементарной площадки in, И1 , q,, ( (фиг. 3 ). В момент достижения перемагничивающим импульсным полем максимального значения переключается знак модулирующего поля, так что к началу следующего импульса перемагничивающего поля состояние образца устанавливается в точку И на фиг. За что соответствует положению фронта перемагничивания, переС5вкающего ось Ную в точке и , со значением поля|1рр |1+Ьцодна фиг. ЗсГ. Под действием импульсного поля, соответству ющего второму попупериоду модулирующего поля, изменение магнитного состоя ния происходит в соответствии с восходя щим участком п -Л-Р частного цикла, чт соответствует перемещению-фронта пере- магничивания в направлении стрелки (фиг ЗЙГ), В момент t. действия строб-импуль са (фиг. 2Й) образец находится в точке (фиг. За), что соответствует положению щ- р7 фронта перемагничивания. При это интегральное значение плотности распределения на элементарной площадке m, m i о , р определяется в соответствии с отношением v«Vy,( где d а (Ь )обозначает малое приращение намагниченности вблизи точки А на восходящей ветви -А -р частного цикла, соответствующее пересечению фронтом перемагничивания элемента ной площадки т, т , р , р ни фиг. 3{Г Тогда искомая усреднения на элементарной площадке р, р , q, , С плотность распределения будет равна - аз-1гЫ-а 1аС / .iv iiMOA.a d3,aCli) .аэ-1ъ() Напряжение, пропорциональное дифференциальной восприимчивости, получают на основании равенства аэ .аэ ТГ аГ-дГdJ ail. где pfx и g: - соответственно скорости изменения намагниченности и поля. Напряжения, пропорциональные величинам S ийд, поступают соответственно с изме{мЙ-Вльной обмотки 5 и с выходных заж МОВ катушки 9 взаимной индуктивности Р на вход блока Ю деления . Напряжение (Jn, (фиг. 2S) поступает на один из вхо- дов стробоскопического смесителя 7, на другой вход которого поступают стробимпульсы Ц;ТР Принимая во внимание малую длитель ность импульсов поля по сравнению с их периодом следования, можно считать, что на выходе, стробоскопического смесителя 7 получается последовательность импульсов, следующих с частотой следования импульсов поля. Импульсы полученной последовательности промодулированб мгновенным значением сигнала Цл, изменяющимся с периодом модулирующего поля. Имея в виду малую длительность строб-импульса эту модуляцию можно считать гармонической. Сигнал на выхо де стробоскопического смесителя может быть представлен как произведение напряжения ОСТР и модулирующего сигнала и в форме разложения по Фурье cooTBeiv. ствует выражению УСС СА -B cosft-fc) Z С СО S К cot, де (jf - сигнал на выходе стробоскопического смесителя; полусумма значений напряжения и (у в моменты времени iv полуразность значений напряжения Офв моменты времени Vt/ частота изменения знака модулирующего поля; (1(2Й.- частота следования стробимпульсов;С - коэффициенты разложения напряжения Остр ряд Фурье. Гармоническая составляющая UCi. частоты 1 выделяется на выходе фильтра 12 и определяется в соответствии с соотношениемUa blCo- c ycosSi-t, т.е. амплитуда напряжения на выходе фильтра пропорциональна разнице значений сигнала моменты времени -fc и -fc. Таким образом, при неизменном значении амплитуды модулирующего поля Ц Q., амплитуда напряжения на выходе фильтра, 1{змеряемая регистрирующим прибором 11, 11ропорци(жаль«а значению плотности распределения,. определённой в соответствии с выражением (. 1} . Другим примером конкретной реализации способа является способ, при котором установление исходного состояния на ветви прецепьного цикла цроизвоаи хя вамерв тельньш импульсвьо полем. При этом перец началом измерителькшч) импульса магаитному состодаию образца соответ;ствует точка {{г на фиг. Зв, достижение ИСХОС1НОГО состояния на ветви прецельного цикла происхопит в момент максимума измерительного импульса, а восхопяшая ветвь частного цикла реализуется на эаа нем фронте измерительного и переанем фронте перемагничиваюшего импульсов поля. Преимуществом такого решения явп ется снижение тепловых потерь н упрощение конструкции намагничивающего устрсЛства при испытании образцов с вью кой коэрцитивной силой в поле соленоида. Повьшюнве точности в- способе связано с тем, что процеоура измерений не включает операций определения разности близких величин, как в известном, где для определения одной точки анаграммы Прейсаха необходимо произвести измерения двух приращений намагявченности и двух приращений поля.. Способ н устройство ОЛЯ его ocyioeciv вления позволяет существенно повысить производителыюсть измерений, так как для измерения шютности рас« пределения в одной точке необходимо лишь установить требуемую величину напряже ния регулируемого источника напряжения, требуемую величину постояннсмго тока и считать результат на вольтметре.

Фг/г./

-Лд

h У

U

CWj.

б

ф

Фиъ.1