ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК Советский патент 1968 года по МПК G01R33/14 

Известны устройства для измерения магнитных характеристик, содержащие намагничивающую и измерительную катушки, преобразователи «напряжение - частота», электронные ключи. Снятие петли гистерезиса в известном устройстве идет прерывисто.

Предложенное устройство отличается от известных тем, что оно содержит преобразователь «напряжение - цифровой код», подключенный к измерительной обмотке образца, а выход преобразователя соединен со входом накапливающего сумматора, выход которого через ключ подсоединен к запоминающему блоку.

Это позволяет автоматизировать определение магнитных характеристик в большом диапазоне скоростей изменения магнитного потока и уменьшить время снятия петли гистерезиса.

Функциональная схема цифрового измерителя магнитных характеристик материалов представлена на чертеже. Устройство работает следующим образом. Датчик 1 выдает напряжение, например, от 0,1 мв и менее до десятков мв. Оно зависит от числа витков измерительной обмотки и скорости изменения намагничивающего тока. Поскольку величина напряжения, снимаемого с датчика, небольшая, то используется измерительный усилитель постоянного тока 2, который и увеличивает величину напряжения, например, до уровня нескольких вольт. Этот сигнал поступает на преобразователь «напряжение - код» 3, работающий периодически с частотой, определяемой допустимой погрешностью цифрового интегрирования электродвижущей силы. Кодовые эквиваленты указанного сигнала поступают с преобразователя «напряжение - код» 3 в накапливающий сумматор 4, который является непосредственно цифровым интегратором, суммирующим текущие значения временной функции где - электродвижущая сила, t - время.

Приближенное интегрирование осуществляется по способу прямоугольников. По формуле остаточного члена способа прямоугольников определяется частота преобразований преобразователя «напряжение - код» 3. Кодовые числа с накапливающего сумматора 4 через кодовый ключ 5 поступают на запоминающее или регистрирующее устройство 6. Кодовый ключ 5 является элементом непосредственного регулирования числа измерений измеряемого потока в исследуемом образце, поступающих на выход измерителя.

Таким образом, с накапливающего сумматора 4 на выход измерителя поступают кодовые числа величины потока в исследуемом образце. Кодовые числа величины потока при подаче в цифровые вычислительные устройства будут преобразовываться в кодовые числа величины индукции в исследуемом образце с учетом числа витков измерительной катушки и сечения образца.

Датчик напряженности поля 7 выдает напряжение, пропорциональное намагничивающему току, которое также может быть небольшим, что делает необходимым применение усилителя постоянного тока 8. С последнего напряжение подается на преобразователь «напряжение - код» 9. Кодовые числа с блока 9, соответствующие намагничивающему току, поступают через кодовый ключ 10 на запоминающее или регистрирующее устройство 6. Преобразователь «напряжение - код» 9 запускается подачей импульса с цифрового нуль-органа 11, проходящего через схему «ИЛИ» 12 на «внешний запуск».

Таким образом, на выход измерителя поступают кодовые числа величины намагничивающего тока, которые затем при подаче в цифровое вычислительное устройство будут преобразованы в кодовые величины напряженности поля в образце при учете числа витков намагничивающей катушки и длины образца.

С целью сокращения объема избыточности измерительной информации дискретизация функции В(Н) осуществляется равномерным квантованием по уровню именно величины В (точнее говорить о потоке в образце до обработки в цифровом вычислительном устройстве). Квантованию в данном случае подвергается величина В, уже представленная в цифровой форме. Осуществляется это следующим образом. Кодовое число с накапливающего сумматора 4 поступает на цифровой нуль-орган 11 и через кодовый ключ 13 на регистр 14, на цифровой нуль-орган 11 поступает также кодовое число с комбинационного сумматора 15. На последнем происходит алгебраическое сложение кодовых чисел, полученных с регистра 14, где хранится предыдущее значение потока, и с источника кванта 16. Кодовое число с источника кванта 16, проходя через кодовые ключи 17 или 18, поступает на комбинационный сумматор 15 соответственно в прямом или обратном коде в зависимости от того, осуществляется соответственно на комбинационном сумматоре 15 сложение или вычитание величины кванта. Кодовые ключи 17 и 18 замыкаются по команде с задатчика 19, который управляет изменением величины намагничивающего тока, а соответственно и величиной напряженности магнитного поля. При прохождении последней величины через уровни +H_max и -H_max задатчик 19 выдает команды соответственно на кодовые ключи 17 и 18. Сложение осуществляется на участках монотонного возрастания функции В(Н) (0-+H_max и H_max-++H_max), а вычитание на участке монотонного убывания (+H_max--H_max).

Непосредственно само квантование по уровню величины функции В(Н) осуществляется подачей команды в момент сравнения кодовых чисел на накапливающем сумматоре 4 и комбинационном сумматоре 15 с цифрового нуль-органа 11 на запуск преобразователя «напряжение - код» 9 и через серию блоков 20, 21, 22, 23, 24 на открытие кодовых ключей 5 и 10 для вывода кодовых чисел, соответствующих индукции и напряженности поля в образце, на запоминающее или регистрирующее устройство 6. Эта же команда с цифрового нуль-органа 11 используется для сброса регистра 14 в нулевое состояние и открытия кодового ключа 13. При открытии последнего кодовое число с накапливающего сумматора 4 поступает в регистр 14, где хранится для следующего измерения.

Поскольку кривые намагничивания и петли гистерезиса магнитных материалов (в особенности ферритов) имеют большие линейные участки, то следует ввести с целью дополнительного сокращения избытка измерительной информации дополнительные блоки, которые определяли бы линейность участков функции В(Н) и уменьшали число измерений на этих участках в пределе до двух, управляя кодовыми ключами 5 и 10.

Такими блоками являются следующие: блок определения первой конечной разности по напряженности поля 21, на который информация поступает с преобразователя «напряжение - код», блок определения второй конечной разности по напряженности поля 22, на который информация поступает с блока 21; блок анализа величины второй конечной разности по напряженности поля 23, на который информация поступает с блока 22; блок 20 - схема управления, управляющая блоками 21 и 22; и схема «ИЛИ» 24. На блок 20 сигнал поступает со схемы «ИЛИ» 12. Блок 23 выдает сигнал, если вторая конечная разность по напряженности поля не равна нулю. Этот сигнал открывает кодовые ключи 5 и 10, обеспечивает прохождение измерительной информации на блок 6. Таким образом, дополнительное сокращение избыточности измерительной информации осуществляется тем, что измерения на каждом линейном участке не будут подаваться на выход измерителя, т.е. на блок 6, кроме первых двух точек линейного участка, для которых вторая конечная разность по напряженности поля не равна нулю.

Блоки, введенные в устройство с целью определения линейности, параллельно использованы для определения точки с параметрами B_i и B_i H_i, соответствующими максимальному значению дифференциальной магнитной проницаемости.

Цифровое устройство для измерения магнитных характеристик, состоящее из блока намагничивания, ключей, запоминающего блока, измерительных обмоток и источников питания, отличающееся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей и повышения быстродействия, оно содержит преобразователь, «напряжение - цифровой код», подключенный к измерительной обмотке образца, выход преобразователя соединен со входом накапливающего сумматора, выход которого через ключ подсоединен к запоминающему блоку.