Устройство для измерения магнитных свойств магнитомягких материалов Советский патент 1982 года по МПК G01R33/12 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ МАГНИТОМЯГКИХ МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относится к измерительной техци1 е и может быть применено для измерения магнитных свойств образцов магнитных материалов при воздействии на них быстроменяющихся намагничивающих полей.

Известно устройство для измерения маг- 5 нитных свойств магнитомягких материалов, содержащее задающий генератор, генератор намагничивающего тока, элементы сравнения, реверсивные счетчики, преобразователи код-напряжение и блок сдвига-форми- ,Q рования стробимпульсов 1.

Однако такое устройство не обеспечивает необходимой точности измерений при воздействии на испытуемый образец импульсных перемагничивающих токов, так как не учитывает влияние помех, наложенных на 15 измеряемый сигнал.

Известно также устройство для измерения магнитных свойств магнитомягких материалов, содержащее задающий генератор, последовательно соединенные ключ, ге- 2о нератор тока намагничивания, намагничивающую обмотку и резистор, а также блок формирования и сдвига стробимпульсов, два преобразователя напряжение - код, элемент совпадения, два коммутатора и сумматор 2.

Однако в известном устройстве не учитывается влияние мультипликативной составляющей, которая в ряде случаев может иметь значительную величину. При этом на результат преобразования накладывается погрещность, обусловленная, например, нелинейностью временного преобразования, температурными изменениями характеристик различных узлов и блоков.

Кроме того, известное устройство обладает низкими функциональным возможностями, так как позволяет определять только индукцию и напряженность магнитного поля в то время, как магнитные свойства образцов наиболее полно представлены комплексом характеристик (например параметрами петли магнитного гистерезиса, проницаемостью на различных участках цикла перемагничивания, величиной магнитных потерь и т.д.).

Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения магнитных свойств магнитномягких материалов, содержащее задающий генератор, последовате льно соединенные ключ, генератор тока намагничивания, намагничивающую обмотку, резистор, другой вывод которого подключен к общей шине, к которой подключен также первый вывод измерительной обмотки, блок формирования и сдвига стробимпульсов, первый выход которого соединен с первыми входами первого и второго преобразователей напряжение - код, первые выходы которых подключены к входам элемента совпадения, выход которого соединен с первым входом блока управления, первый выход которого подключен к первым входам первого и второго коммутаторов, второй выход соединен с управляющим входом ключа, первый сумматор, введены делитель частоты, источник образцового напряжения, третий и четвертый коммутаторы, второй сумматор, четыре буферных регистра, блок отображения информации, блок сопряжения, цифровая вычислительная машина, блок управления коммутаторами, первый и второй управляемые делители напряжения, причем выход задающего генератора подключен к первым входам третьего и четвертого коммутаторов, а через делитель частоты соединен с входом ключа, второй выход блока управления подключен к первым входам первого и второго буферных регистров, выходы сумматоров подключены к первому и второму входам блока отображения информации и к первому и второму входам блока сопряжения, второй вывод измерительной обмотки через первый управляемый делитель напряжения подключен к второму входу третьего коммутатора, объединенные выводы резистора и намагничивающей обмотки подключены через второй управляемый делитель напряжения к второму входу четвертого коммутатора, третьи входы третьего и четвертого коммутаторов подключены к первому выходу источника образцового напряжения, второй выход которого соединен с третьим входом блока сопряжения, первый выход которого подключен к входу источника образцового напряжения,Четвертые входы третьего и четвертого коммутаторов соединены с первым выходом блока управления коммутаторами, а их выходы подключены к вторым входам прео Вразователей напряжение - код третьи входы которых подключены к выходам первого и второго коммутаторов, вторые входы которых подключены к выходам первого и второго буферных регистров и к первым входам первого и второго сумматоров, вторые входы которых соединены с вторыми входами первого и второго буферных регистров, а также с первыми входами третьего и четвертого буферных регистров и подключены к первым выходам преобразователей напряжение - код, вторые выходы которых соединены с управляющими входами управляемых делителей напряжения, выходы которых подключены к четвертому и пятому входам блока сопряжения, шестой вход которого подключен к второму выходу блока управления коммутаторами, вход которого соединен с вторым выходом блока сопряжения, третьи входы первого и второго коммутаторов подключены к выходам третьего и четвертого буферных регистров, вторые входы которых соединены с третьим выходом блока управления и с седьмым входом блока сопряжения, восьмой вход которого подключен к первому выходу блока отображения информации и к второму выходу блока формирования и сдвига стробимпульса, первый вход которого соединен с выходом делителя частоты, второй вход - с третьим выходом блока сопряжения, третий вход - с четвертым выходом блока управления, второй вход которого подключен к четвертому выходу блока сопряжения, пятый выход которого соединен с третьим входом блока отображения информации, второй выход которого подключен к девятому входу блока сопряжения, десятый вход которого соединен с выходом цифровой вычислительной машины, вход которой подключен к шестому выходу блока сопряжения. На чертеже представлена схема устройства. Устройство содержит задающий генератор 1, делитель 2 частоты, ключ 3, генератор 4 намагничивающего тока, намагничивающую обмотку 5, испытуемый образец 6, измерительную обмотку 7, резистор 8, первый и второй управляемые делители 9 и 10 напряжения, источник 11 образцового напряжения, коммутаторы 12-15, блок 16 формирования и сдвига стробимпульсов, первый и второй сумматоры 17 и 18, первый и второй буферные регистры 19 и 20, первый и второй преобразователи 21 и 22 напряжение - код, элемент 23 совпадения, третий и четвертый буферные регистры 24 и 25, блок 26 управления, блок 27 отображения информации, блок 28 сопряжения, цифровую вычислительную машину (ЦВМ) 29, блок 30 управления коммутатором. Блок 16 формирования и сдвига стробимпульсов может быть выполнен по методу сравнения ступенчатого и пилообразного напряжений, или по методу сравнения фаз двух высокочастотных сигналов. Электрические и логические связи между ЦВМ и измерительной частью устройства осуществляются через блок сопряжения, представляющий собой контроллер для управления обменом с магистральным каналом ЦВМ. Устройство позволяет осуществлять два режима работы - режим калибровки и режим измерения. Устройство работает следующим образом. На блок 30 управления коммутаторами от ЦВМ 29 поступает код, определяющий режим работы устройства (измерение или калибровку). После установки коммутаторов 12 и 13 в состояние, соответствующее поступившему коду, блок 30 управления коммутаторами выдает в ЦВМ 29 сигнал «Код принят, свидетельствующий об обработке заданного кода и запускающий управляющую программу ЦВМ. Далее работа устройства в режиме измерения и в режиме калибровки имеет некоторые отличия. Рассмотрим работу устройства в режиме измерения. В режиме измерения входы преобразователей 21 т 22 напряжение - код через коммутаторы 12 и 13, управляемые делителями 9 и 10 напряжения, подключены соответственно к измерительной обмотке 7 и резистору 8. От программного блока в блоке 16 формирования и сдвига стробимпульсов выдается код, соответствующий временному положению стробимпульса. Блок 16 формирования и сдвига стробимпульсов вырабатывает стробимпульс, поступающий на первые входы преобразователей 21 к 22 напряжение - код, определяя тем самым момент измерения по времени. Однако в первом такте преобразования ключ 3 закрыт сигналом, поступающим с блока 26 управления, и генератор 4 намагничивающего тока не запускается. Таким образом, в первом такте измерения на входах преобразователей 21 и 22 напряжение - код действует сигнал помехи, обусловленный внутренними щумами устройства и паразитными токами генератора 4 намагничивающего тока. В момент окончания преобразования сигнала помехи по обоим каналам элемент 23 совпадения вырабатывает импульс, поступающий в блок 26 управления. Блок 26 управления вырабатывает сигнал, разрещающий поступление кода с преобразователей 21 и 22 напряжение - код на буферные регистры 19 и 20 и входы сумматоров 17 и 18, а также отпирающий ключ 3. Так как ключ 3 оказывается открытым, то следующий запускаЮщий импульс с выхода делителя 2 частоты запускает генератор 4 намагничивающего тока и происходит перемагничивание испытуемого образца 6. При этом на входах преобразователей 21 и 22 напряжение - код действует аддитивная смесь сигнала и помехи. После окончания преобразования по обоим каналам импульсом от элемента 23 совпадения запускается блок 26 управления. Блок 26 управления вырабатывает сигнал, разрешающий поступление кола с выходов преобразователей 21 и 22 напряжение - код соответственно в буферные регистры 24 и 25 и на входы сумматоров 17 и 18. Таким образом, на выходах сумматоров образуется сигнал, пропорциональный полезной составляющей измеряемых сигналов. Одновременно с блока 26 управления в ЦВМ 29 поступает сигнал «Готовность кода, свидетельствующий об окончании измерения в данной точке стробирования. ЦВМ 29 считывает коды с первого и второго сумматоров 17 и 18, первого и второго управляемых делителей 9 и 10, и код масштаба временной развертки с блока 16 формирования и сдвига стробимпульсов выдает в блок 26 управления сигнал «Код принят, осуществляющий установку блока 26 управления в исходное состояние. На этом первый цикл измерения заканчивается. Преобразование в последующих циклах происходит аналогичным образом с той лищь разницей, что в первом такте сигналом с блока 26 управления содержимое буферных регистров 19 и 20, в которых хранится код помехи, измеренной в предыдущем цикле, через коммутаторы 14 и 15 переписывается в преобразователи 21 и 22 напряжение - код, а во втором такте в преобразователи 21 и 22 напряжение - код переписывается содержимое буферных регистров 24 и 25, в которых хранится код аддитивной суммы сигнала и помехи предыдущего цикла преобразования. Таким образом, в последующих циклах преобразования отрабатывается разница между мгновенными значениями сигнала в данном и предществующем циклах преобразования, что существенно сокращает время преобразования в каждой точке стробирования. Входные управляемые делители 9 и 10 осуществляют автоматическое пере ™L,,f. « -ти от величины входного сигнала и выдачу в программный блок кода масштаба. Управление делителями осуществляется рт преобразователей 21 н 22 напряжение - код. Работа устройства в режиме калибровки осуществляется следующим образом. На вход преобразователя напряжение - код калибруемого канала поступает образцовое напряжение от источника 11 образцовото напряжения, а на вход преобразователя напряжение - код другого канала - импульсы образцовой частоты от задающего генератора 1 (величина образцового напряжения задается от ЦВМ). При этом происходит преобразование входных сигналов указанным способом с той лишь разницей, что запуск блока 16 формирования и сдвига стробимпульсов осуществляется по сигналу от блока 26 управления, при этом происходит сдвиг строба на одну дискрету. С выхода калибруемого канала информация начинает поступать только в момент достижения импульсами, поступающими в другой канал образцовой частоты, определенкого порога, определяемого пороговым блоком, входящим в состав преобразователя напряжение - код. Конец поступления информации на выход калибруемого канала определяется моментом достижения следующим импульсом образцовой частоты порогового уровня. Количество дискрет между моментами начала и окончания поступления информации на выход калибруемого канала регистрируется счетчиком, входящим в состав блока 16 формирования и сдвига стробимпульсов. По окончании калибровки ЦВМ производит опрос этого счетчика. Калибровка второго канала производится аналогичным образом.

В результате калибровки ЦВМ определяет коэффициент передачи каналов по напряжению и величину дискрет временной развертки.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществить цифровую корреляцию как аддитивной, так и мультипликативной составляющей погрещностей измеряемого сигнала во времени, проводить статистическую обработку сигнала, производить вычисление любой функции, параметрами которой являются скорость изменения индукции и напряженность магнитного поля, производить автоматическое переключение диапазона измерения, управлять процессом преобразования в зависимости от параметров намагничивающих импульсов и характеристик испытуемых образцов. Это позволяет повысить точность измерения и существенно расщирить функциональные возможности устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения магнитных свойств магнитомягких материалов, содержащее задающий генератор, последовательно соединенные ключ, генератор тока намагничивания, намагничивающую обмотку и резистор, другой вывод которого подключен к общей щине, к которой подключен также первый вывод измерительной обмотки, блок формирования и сдвига стробимпульсов, первый выход которого соединен с первыми входами первого и второго преобразователей напряжение - код, первые выходы которых подключены к входам элемента совпадения, выход которого соединен с первым входом блока управления, первый выход которого подключен к первым входам первого и второго коммутаторов, второй выход соединен с управляющим входом ключа, первый сумматор, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности и расщирения функциональных возможностей, в него введены делитель частоты, источник образцового напряжения, третий и четвертый коммутаторы, второй сумматор, четыре буферных регистра; блок отображения информации, блок сопряжения, цифровая вычислительная мащина, блок управления коммутаторами, первый и второй управляемые делители напряжения, причем выход задающего генератора подключен к первым входам третьего и четвертого коммутаторов, а через делитель частоты соединен с входом ключа, второй выход блока управления подключен к первым входам первого и второго буферных регистров, выходы сумматоров подключены к первому и второму входам блока отображения информации и к первому и второму входам блока сопряжения, второй вывод измерительной обмотки через первый управляемый делитель напряжения подключен к второму входу третьего коммутатора, объединенные выводы резистора и намагничивающей обмотки подключены через второй управляемый делитель напряжения к второму входу четвертого коммутатора, третьи входы третьего и четвертого коммутаторов подключены к первому выходу источника образцового напряжения, второй выход которого соединен с третьим входом блока сопряжения, первый выход которого подключен к входу источника образцового напряжения, четвертые входы третьего и четвертого коммутаторов соединены с первым выходом блока управления коммутаторами, а их вьгходы подключены к вторым входам преобразователей напряжение -

Q код, третьи входы которых подключены к выходам первого и второго коммутаторов, вторые входы которых подключены к выходам первого W второго буферных регистров и к первым входам первого и второго сумматоров, вторые входы которых соединены

5 с вторыми входами первого и второго буферных регистров, а также с первыми входами третьего и четвертого буферных регистров и подключены к выходам преобразователей напряжение - код, вторые выходы которых соединены с управляющими

входами управляемых делителей напряжения, выходы которых подключены к четвертому и пятому входам блока сопряжения, щестой вход которого подключен к второму выходу блока управления коммутаторами, вход которого соединен с вторым выходом блока сопряжения, третьи входы первого и второго коммутаторов подключены к выходам третьего и четвертого буферных регистров, вторые входы которых соединены с третьим выходом блока управления и с седьмым входом блока сопряжения, восьмой вход которого подключен к первому выходу блока отображения информации и к второму выходу блока формирования и сдвига стробимпульса, первый вход которого соединен с выходом делителя частоты, второй вход - с третьим выходом блока сопряжения, третий вход - с четвертым выходом

блока управления, второй вход которого подключен к четвертому выходу блока сопряжения, пятый выход которого соединен с третьим входом блока Отображения информации, второй выход которого подключен к девятому входу блока сопряжения, десятый вход которого соединен с выходом цифровой вычислительной машины, вход которой подключен к шестому выходу блока сопряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 746360, кл. G 01 R 33/12, 1980.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2803145/18-21, 01.08.79.