Устройство для определения магнитных характеристик ферромагнитных материалов Советский патент 1984 года по МПК G01R33/12 G01R33/14 

1 11

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для определения магнитных характеристик ферромагнитных материалов с малым поперечным сечением образца, в частности тонких магнитных пленок, при перемагничивании их переменным током с контролем формы петли гистерезиса на экране осциллографа и записью ее изображения на двухкоординатном самопишущем приборе

Известны стробоскопические устройства для определения магнитных характеристик ферромагнетиков и регистрации кривых перемагничивания с помощью самопишущего прибора. Такие устройства содержат источники перемагничивающих токов, стробоскопические преобразователи, интеграторы ij .

Однако точность измерения и регистрации сигналов индукции с образцов с малыми площадями поперечного сечения с помощью таких устройств недостаточна.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока и регулятор напряжения, подключенные к выходу регулятора напряжения последовательно соединенные резистор и перемагничивающую катушку с помещенным в нее образцом, магнитно связанну19 с образцом измерительную катушку, подключенные к измерительной катутаке последовательно соединенные первый усилитель, интегратор и первый стробоскопический преобразователь, первый блок установки масштаба, подключенные к резистору последовательно соединенные второй усилитель, второй стробоскопический преобразователь и второй блок установки масштаба, последовательно соединенные первый фазовращатель и первый усилитель импульсов, выходом соединенный со вторыми входами первого и второго стробоскопических преобразователей 2.

Однако в известном устройстве не принято специальных мер по устранению влияния температурного дрейфа, низкочастотных шумов и несннхронньгх с частотой перемагничивания наводок на точность измерений и записи. Кроме того, отсутствует визуальный конт роль положения стробирующего импуль3282

са на петле гистерезиса, что принципиально важно с точки зрения повьш1е11ия точности, наглядности и оперативности измерений.

Целью изобретения является повышение чувствительности, точности измерений и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока и регулятор напряжения, подключенные к выходу регулятора напряжения и последовательно соединенные резистор и перемагничивающую катушку, подключенные к измерительной катушке и последовательно соединенные первый усилитель, интегратор и первый стробоскопический преобразователь, первый блок установки масштаба, подключенные к резне тору и последовательно соединенные второй усилитель, второй стробоско-пический преобразователь, второй блок установки масштаба, последовательно соединенные первый фазовращатель и первый усилитель импульсов, выходом соединенный со вторыми входами первого и второго стробоскопических преобразователей, введены смеситель, второй фазовращатель, подключeнньrf входом к выходу источника переменного тока, а выходом - к входу, первого фазовращателя, подключенные

5 к выходу второго фазовращателя и последовательно соединенные второй усилитель импульсов, третий стробоскопический преобразователь и блок вычитания, причем второй вход третьего стробоскопического преобразователя соединен с выходом интегратора, второй вход блока вычитания - с выходом первого стробоскопического преобразователя, выход блока вычитания 5 с входом первого блока установки

масштаба, а входы смесителя соединены с выходами первого и второго усилителей импульсов.

На чертеже показана структурная

злектрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные источник 1 переменного тока, регулятор 2 напряжения,

5 резистор 3 и перемагничивающую катушку А с помещенным в нее исследуемым образцом 5, измерительную катушку 6, через первый усилитель 7 и интегратор 8 соединенную с первым стробоскопическим преобразователем первый блок 10 установки масштаба, второй усилитель 11, через второй стробоскопический преобразователь 1 соединенный с вторым блоком 13 масштаба, первый фазовращатель 14, под ключенный через первый усилитель 15 импульсов к смесителю 16 и к первом ,и второму стробоскопическим преобра зователям 9 и 12, последовательно ;соединенные второй фазовращатель 17 второй усилитель 18 импульсов, тре.тий стробоскопический преобразовате 19 и блок 20 вычитания. Устройство работает следующим об разом. Переменный ток регулируемой вели чины от источника 1 переменного ток через регулятор 2 напряжения поступает в последовательно соединенные резистор 3 и перемагничивающую катушку 4 с помещенным в нее образцом 5. Последний перемагничивается и на водкт в измерительной катушке 6 ЭДС .пропорциональную скорости изменения индукции в испытуемом образце. Этот сигнал через первый усилитель 7 и интегратор 8 поступает на вход первого стробоскопического преобразователя 9. Напряжение, пропорциональное магнитному полю з перемагничивающей катушке, с резистора 3 через второй усилитель 11 подается на вход второго стробоскопического преобразователя 12. Таким образом, на входах первого и второг стробоскопических преобразователей присутствуют напряжения Ug и U, пропорциональные соответственно индукции образца и магнитному полю. Эти напряжения используются непосредственно для горизонтальной и вер тикальной развертки осциллографа и получения на экране изображения петли гистерезиса. Для измерения магнитных характеристик с применением точных измерительных приборов постоянного тока нужно фиксировать мгновенные значения сигналов в интересующих точках периода, а для регистрации петли гистерезиса - понизить частоту повторения Ug и U настолько, чтобы можно было использовать двухкоординатные самопишущие приборы посто,янного тока. С этой целью в устройстве применено стробирование сиг({алов индукции и поля. Для повьпиеиия отношения сигнал - шум применено двойное стробирование сигнала индукции в пределах одного периода. Мгновенное значение напряжения в одной точке используется в качестве опорного уровня, а напряжение во второй точке отсчитывается от него. Результат в виде разности напряжений в значительной мере свободен от несинхронных помех (дрейфа, шумов, наводок), частота которых ниже частоты перемагничивания. Причем чем ниже частота помехи, тем эффективнее действие двойного стробиро-вания. Стробирование осуществляется следующим образом. Напряжение с источника 1 переменного тока поступает на второй фазовращатель 17 (опорный), с помощью которого фазовый сдвиг выходного напряжения по отношению к фазе входного может быть установлен вручную от О до 360 , Со второго фазовращателя 17 сигнал поступает на первый фазовращатель 14, аналогичный второму, за исключением того, что сдвиг фазы в нем может осуществляться как вручную, так и автоматически, что необходимо при измерениях и регистрации. С фазовращателей напряжения поступают на первый и второй усилители 15 и 18 импульсов, которые формируют из нуль-переходов стробирующие импульсы малой длительности. Импульсы с первого усилителя коммутируют первый и второй стробоскопические преобразователи 9 и 12. Последние запоминают мгновенные значения Ug и и, соответствующие моменту действия строба. Если фазовый сдвиг первого фазовращателя 14 медленно меняется по отношению к начальной фазе, то огибающие выходных напряжений преобразователей по форне повторяют входные, но период их определяется временем изменения фазы стробирующего импульса на 360. Напряжение с выхода второго фазовращателя 17 поступает на второй усилитель 18 импульсов, аналогичный первому усилителю 15. Его импульсы коммутируют третий стробоскопический преобразователь 19, запоминающий

значение сигнала индукции в опорной

точке.

Выходные напряжения первого и третьего стробоскопических преобразователей подаются на входы блока 20 вычитания, сигнал с выхода которого представляет разность входных напряжений с учетом знака. Сигналы блока 20 вычитания и второго стробоскопического преобразователя 12 через первый и второй блоки 10 и 13 установки масштабов подаются на вертикальный и горизонтальный входы самопишущего прибора.

Для удобства работы и наглядности контроль положения стробирующих импульСов на петле гистерезиса производится путем яркостной модуляции луча осциллографа. Для этого выходные напряжения первого и второго усилителей 15 и 18 импульсов через смеситель 16 поступают на вход канала яркостной модуляции осциллографа .

Таким образом, устройство позволяет повысить -чувствительность, расширить функциональные возможности п классу измеряемых образцов и числу измеряемых параметров, снизить погрешность измерений и регистрации сигнала индукции, в особенности для образцов с малым поперечным сечением в условиях мешающего воздействия дрейфа и.несинхронных помех за счет того, что измеряется не абсолютное значение сигнала индукции, а разность двух напряжений: сигнал - 1 плюс помеха минус сигнал - 2 плюс помехи.

При этом предполагается, что напряжение помехи Эа один период либо

совсем не меняется, либо меняется не значительно. Очевидно, чем ниже частота помехи, те аффективнее подавление. На инфранизких частотах, когда можно считать напряжение помехи неизменным, удается добиться практически полного подавления помехи, что особенно важно для шумов типа 1/F, которые не филь1 руются интегратором и возрастают с понижением частоты. Кроме того, введение яркостных меток для контроля положения стробимпульсов на петле гистерезиса обеспечивает наглядность измерений и их высокую оперативность, дополнительно появляется возможность проводить измерения элементов петли с сохранением высокой точности на образцах со сложной формой петель гистерезиса (пленки с

однонаправленной анизотропией, мно, гослойные и т.п.), для которых без визуального контроля проводить измерения практически невозможно.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока и регулятор напряжения, подключенные к выходу регулятора напряжения и последовательно соединенные резистор и перемагничивающую катушку, подключенные к измерительной катушке и последовательно соединенные первый усилитель, интегратор и первый стробоскопический преобразователь, первый блок уста новки масштаба, подключенные к резистору и последовательно соединенные второй усилитель, второй стробоскопический преобразователь, второй блок установки масштаба, последовательно соединенные первый фазовращатель и первый усилитель импульсов, выходом соединенный со вторыми входами первого и второго стробоскопических преобразователей, отличающееся тем, что, с целью повьшения чувствительности, точности измерений и расширения функциональных возможностей устройства, в него введены смеситель, второй фазовращатель, подключенный входом к выходу источника переменного тока, а выходом - к входу первого фазовраща(/) теля, подключенные к выходу второго фазовращателя и последовательно соединенные второй усилитель импульсов, третий стробоскопический преобразователь и блок вычитания, причем второй вход третьего стробоскопического преобразователя соединен с выходом интегратора, второй вход блока вычитания - с выходом первого строN5 боскопического преобразователя, вы10 ход блока вычитания - с входом перN9 fBoro блока установки масштаба, а х входы смесителя соединены с выходами первого и второго усилителей импульсов.