Осциллографический феррометр Советский патент 1989 года по МПК G01R33/12 

Изобретение относится к магнито- измерительной технике, конкретно предназначено для использования в ос- циллографически феррометрах преимущественно для измерений в сильных магнитных полях, a также в других ос- циллографических измерительных приборах, где необходим контроль нулевой фазовой погрешности сдвига между входным и выходным сигналами интегрирующих усилителей.

По основному авт.св.№ 507144 известно устройство, основанное на визуальной качественной фиксации фазовой погрешности по сдвигу меток на Совмещенных на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) переднем и заднем фронтах выходного сигнала интегрирующего канала, содержащее смеситель сигналов импульсов десятичной пометки осей и четырехконтактный двухпози- ционный переключатель с синхронными

ГО

контактами, связанными с блоком формирования изображения осей, включающим в себя генератор импульсов пометки, десятичные делители их частоты, управляемый нми триггер, схемы совпадения и сравнения, и каналами ос- циллографического феррометра, включающего в себя датчики поля и намагниченности, интеграторы, фазокоррек- торы, счетно-решающие.и стробирующее устройства, коммутатор, осциллог-ра- фический блок и калибраторы 1 .

Однако в известном устройстве при существующей разрешающей способности ЭЛТ трудно зафиксировать .сдвиг при частоте меток более 10 кГц, вследствие чего минимальньй фиксированный сдвиг фазы, объективно отсчитываемый между сменными метками, составляет А4 при частоте меток 10 кГц.

Другим существенным недостатком известного устройства является невозможность объективного отсчета малых величин фазовой погрешности в долях расстояния между метками, что важно для измерения временного и теьшера- турного дрейфа фазовой погрешности, а также дрейфа вследствие старения элементов схемы. Это препятствует дальнейшему увеличению инструментальной точности измерений динамических характеристик магнитных материалов, требования к которой повыпаются особенно для устройств быстрых измерений в открытой магнитной цепи, измерений прецизионных магнитных элементов автоматики и вычислительно техники и т.п.

Целью изобретения является новы- шение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в осциллографическом ферро- метре, содержащем намагничивающий блок в виде понижающего трансформатора с включенным в одновитковую вторичную обмотку при1{удительно охлаждаемым однослойным эллипсоидальным соленоидом с постоянной плотностью витков по образующей, с испытуемым образцом, каналы намагниченности и поля, включающие измерительную и компенсационную катущки намагниченности, катушку поля, интеграторы, фазо корректоры, стробпруюцее и счетно- решающие устройства, блок формирования изображения осей, включающий в себя генератор импульсов пометки осей, десятичные делители частоты.

0

5

0,

5

0

управляемый ими триггер, блоки совпа- жения и сравнения, осциллографический блок, коммутатор, калибраторы, смеситель, четырехконтактный двухпо- зиционньп переключатель, синхронные контакты которого включены в каждом канале.размыкающими датчик и замыкающими выход триггера блока формирования изображения осей с входом интегратора, размыкающими выход другого канала с пластинами ЭЛТ и замыкающими эти пластины с выходом смесителя, в блок формирования изображения осей дополнительно введены блок управления частотой генератора импульсов пометки осей, блок управления коэффициентом деления делителя частоты генератора импульсов пометки осей и блок стробирования области максимальной фазовой чувствительности, входы которого связаны с выходами делителей, а выход - с третьим входе м смесителя, входы блоков управления коэффидиентом деления делителя частоты генератора импульсов пометки ос:ей и блока управления частотой.ге- ие:ратора импульсов пометки осей свя- Зс1нь: с выходом триггера блока формирования изображения осей, коэффициенты деления в полутриодах которого выn-t-1

стираются из

соотношения,

п

где

п - целое число.

Кроме того, блок управления частотой генератора импульсов пометки осей выполнен в виде последовательно соединенных формирователя управляющего сигнала и управляемого источника тока, выход которого соединен с время- задающей цепью генератора импульсов пометки осей, время релаксации которого в полутриодах триггера блока ф(зрмирования изображения осей выбирап

ется из соотнощения-тп+1

цело число.

где п

На фиг. 1 представлена функциональная схема феррометра; на фиг. 2- блок-схема блока управления частотой генератора импульсов пометки; на фиг. 3 - блок-схема блока стробирования области максимальной фазовой чувствительности.

Намагничивающий блок (фиг. 1) в виде понижающего трансформатора 1 имеет одновитковую вторичную обмотку 2, в которую последовательно включен эллипсоидальный соленоид 3 с прямоугольными витками из полого проводника, охлаждаемый, как и обмотка 2, проточной жидкостью.

Во внутренней полости солено1 ща 3 коаксиально полю установлена измерительная катушка А намагниченности, включенная встречно-последовательно с компенсационной катушкой 5, сцепленной с полем обмотки 2 и имеющей постоянную, равную постоянной измерительной катушки 4. В измерительную катушку 4 введен измеряемый образец 6, ориентированный коаксиально полю соленоида 3. Катушка датчика 7 поля намотана на одном немагнитном каркасе с компенсационной катушкой 5.

Измерительная и компенсационная катушки через контакты переключателя 8 включены на вход канала J намагниченности, содержащего интегрирующий усилитель 9, диапазонный фазокор ректор 10, выход которого связан через контакты переключателя 8 с входом автокоммутатора 11 и с блоком 12 измерения мгновенных значений, выходы которых присоединены соответственно к вертикальным отклоняющим пластинам ЭЛТ 13 и входу цифрового калибратора 14, градуированного в масштабных единицах намагниченности.

Вход усилителя 9 канала J соединен с входом блока 15 вычисления дифференциальной восприимчивости и входом блока 16 вычисления потерь.

Датчик 7 поля присоединен через контакты переключателя 8 к входу усилителя 9 канала Н и входам блоков 15 и 16.

Канал Н включает усилитель 9, фа- зокорректор 10,. выход которого присоединен через контакты переключателя 8 к входу авто комму т ап-ора 1 I, выход которого присоединен к горизонтальным пластинам ЭЛТ.

Выход фазокорректора 10 присоединен также к входу блока 17 формирования строб-импульсов, выход которого- связан с блоками 12 и 15, а также с модулятором 18 ЭЛТ, один выход блока 12 присоединен к калибратору канала Н, второй выход - к калибратору канала J.

Выходы блоков 15 и 16 присоединены через переключатель к калибратору 14, проградуированному в масштабных единицах восприимчивости и потерь .

Блок 19 формирования изображения десятично помеченных осей включает генератор 20 импульсов пометки осей, вход которого соединен с выходом фазокорректора 10 канала Н, а выход - с последовательными десят1гчными делителями 21 и 22 частоты и генератором 23 пилообразного напряжения.

Q Выход генератора 23 соединен с входами блоков 24 сравнения каналов J и Н, вторые входы которых соединены с входами фазокорректоров каналов J и Н. Выходы блоков 24 сравнения соединены

5 с входами блоков 25 совпадения, вторые входы которых соединены с выходами триггера 26, управляемого сигналом делителя 22, а выходы блоков 25 совпадения соединены с управляющими

0 входами ключей 27 в каналах J и Н, вторые входы которых соединены с выходом генератора 23, а выходы - с входами автокоммутатора 11. С входами последнего соединены также выходы

5 блоков 28 совпадения каналов J и Н, входы которых соединены с выходами десятичного делителя 21, генератора 20 и триггера 26. Выход триггера 26 соединен с переключателем 8. Выходы

0 десятичного делителя 21 и генератора 20 включены на вход смесителя 29, выход которого через контакты переключателя 8 присоединяется к входу J или Н автокоммутатора 11. Выход триггера 26 соединен с блоком 30 управления частотой генератора 20 импульсов пометки, а также с блоком 31 управления коэффициентом деления, выполненным в виде схемы совпадений и связанньв с делителем 21 и триггером 26.

Блок 32 стробирования области максимальной фазовой чувствительности связан с делителями 21 и 22 частоты и смесителем 29.

Блок 30 (фиг. 2) управления частотой генератора 20 включает Формирователь 33 управляющего сигнала, например, в виде усилителя-ограничителя, вход которого связан с триггером 26, а выход соединен с входом управляемого источника 34 тока, например, в виде усилителя тока,пьгход которого соединен параллельно с времяаадаюшей

5 цепью генератора 20 меток.

Блок 32 стробиропании области максимальной фазовой чувстнителыюсти (фиг. 3) вьшолнен на дроичном счетчике-делителе 35, счет1и-1и вход кото5

0

5

0

рого связан с выходом делителя 21, вход сброса - с выходом делителя 22, а выходы разрядов связаны с входами блока 36 совпаденш, выход которого присоединен к смесителю 29.

Феррометр работает следующим образом .

Сигналы датчиков dJ/dt и dH/dt поступают в каналы J и Н, где интег- рируются, корректируются по фазе в диапазоне частот, поступают через автокоммутатор 11 на пластины ЭЛТ, на экране которой формируется петля пе- ремагничивания. Параметры петли в произвольной точке отсчитываются посредством блока 17 формирования строб-импульсов и калибраторов 14. Вычисление и отсчет дифференциальной восприимчивости и потерь осуществля- ются счетно-решающими устройствами блоков 15 и 16 и калибратором 14.

Формирование на экране ЭЛТ изображения координатных осей осуществляется пилообразными сигналами генерато- ра 23 с амплитудами, равными Н и J/,. Оси помечаются сигналами меток, вырабатываемыми генератором 20 и делителем 21 частоты. Управление следованием сигналов на автокоммутатор 11 осу- ществляется блоками 25 совпадения, триггером 26 и ключами 27.

Устройство измерения и контроля фазовой погрешности, включающее в себя переключатели 8, смеситель 29 и блоки 30-32, работает следующим образом.

При операции контроля синхронные контак1ъ1 переключателя 8 отключают соответствующий канал от датчика J или Н и присоединяют к входу усилителя 9 этого канала выход триггера 26, а выход смесителя 29 - к выходу другого канала. Сигнал с трип ера 26 поступает на вход блока 30 управления частотой. С формирователя 33 управляющего сигнала блока 30 в виде, например, усилителя-ограничителя сигналы поступают на вход управляемого источника 34 тока, например, в виде усилителя тока, которьш меняет кажды полпериода параметры времязадающей цепи генератора 20 так, что в одну половину периода триггера 26 генера- тор 20 вырабатывает К сигналов меток в единицу времени, а в другую половину периода - К + 1 сигналов меток в единицу нремени.

0

5 0

5

0 ,

0

Блок 30 управления коэффициентом деления, выполненный в виде схемы совпадения, синхронизируется триггером 26 так, при поступлении на вход делителя 21 К сигналов меток или К 1 сигналов меток на выходе делителя 21 формируе тся один сигнал метки высшего разряда. Блок 32 стро- бирования области максимальной фазовой чувствительности преобразует сигналы, поступающие с делителя 21, в последовательности импульсов, которые посредством схемы совпадений преобразуются в импульс, открьшаю- щий смеситель 29 На время формирования на экране ЭЛТ центральной части изображения совмещенных переднего и заднего фронтов проинтегрированного каналом сигнала триггера 26. Именно в этой области при биполярных контрольных сигналах, симметричных относительно оси времени, геометрические искажения вследствие фазовой погрешности имеют наибольшую величину. В результате на экране ЭЛТ формируется совмещенное изображение шкап с К и К + 1 метками, т.е. нониусная шкала, посредством которой осупествляет- ся объективный отсчет единиц фазового сдвига низшего разряда.

Устройство, смонтированное в кассете блока формирования осей координат, обеспечивает точный отсчет по нониусу фазовой погрешности в 2 мин и контроль нулевого фазового сдвига с точностью 1 .

Погрешность интегрирования RC-це- пью Y выражается в виде

г 1 (-1- 7 ИНГ 2 2

где Т - период интегрируемого сигнала;

i RC - постоянная времени интегратора. Абсолютная фазовая погрешность инТтегрирования и Lf arctg 7 ДЛЯ ма4, И t

лых углов может быть выражена в виД« - -2WОтношение погрешностей интегрирования при фазовых погрешностях известного устройства d с/ 5 и предлагаемого ui(i 1

IH.HT, . )t (J)

инт-г . 1 25,

т.е. Тфедельное уменьшение инструментальной погрешности интегрирования предлагаемым феррометром по сравнению с известным может достигать 25 раз. Этим существенно увеличивается точность измерения мгновенных значений, потерь и проницаемости ферромагнетиков. Возможность об7 ективного измерения дрейфов фазовой погрешности обеспечивает существенное повышение стабильности аппаратуры и воспроизводимости результатов измерений.

Изобретение относится к магнитоизмерительной технике. Цель - повышение точности измерений. Сущность : в блок формирования изображения осей дополнительно введены блок управления частотой генератора импульсов пометки осей, блок управления коэффициентом деления делителя частоты генератора импульсов осей и блок тробирования областей максимальной фазовой чувтвительности. Блок управления частотой генератора импульсов осей выполнен в виде последовательно соединеных формирователя управляющего сигнала и управляемого источника тока. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Фиг.1

33

3

Фиг. 2

-

Я

36

Фиг.З