Гистериограф

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А2 (19) (И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ И„ .Яф д с@7у б ь э фи2 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1320782 (21) 2751441/18-21 (22) 12.04.79 (46) 15.12.87. Бюл. И- 46 (72) И.Н.Сапранков, С.Г.Арушанов, Г.К.Трыков, О.Н.Перхуров и А.И.Брянский (53) 621.317.44 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1320782, кл. С 01 R 33/12, 1978. (54) (57) I.ÃÈCÒEÐÈÎÃÐÀÔ по авт.св.

1320782, отличающийся тем, что,с целью повышения точности регистрации динамической петли гистерезиса, компенсатор влияния намагничивающего поля на тракт измерения магнитной индукции выполнен в виде генератора спаренных однополярных импульсов, синхронизируемого генератором переменного тока, подключенного к нему первого сумматора, выход которого подсоединен к токовой цепи первичных преобразователей, последовательно соединенных с выходом усилителя переменного тока измерительного тракта индукции, третьего амплитудного фазочувствительного детектоyg 4 С 01 R 33/06 // С 01 R 33/14.ра, опорный вход которого подключен к генератору спаренных импульсов, фильтра верхних частот, фазочувствительного детектора, фильтра нижних частот, перестраиваемого делителя, сигнальный вход которого подсоединен к выходу первичного преобразователя напряженности магнитного поля и второго сумматора, второй вход которого связан с выходом первичного преобразователя индукции, а также формирователя разнополярных расширенных импульсов, вход которого подключен к выходу генератора спаренных однопо-: лярных импульсов, а выход — к опорному входу фазочувствительного детектора.

2. Гистериограф по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что цель синхронизации генератора спаренных однополярных импульсов выполнена в виде перестраиваемсго блока задержки, первый вход которого связан с генератором переменного тока, управляющий вход подключен к генератору биполярных импульсов, а выход — к входу генератора спаренных однополярных импульсов.

13597

Изобретение относится к средствам измерений свойств магнитных материалов, Известен гистериограф, который содержит систему намагничивания.испытываемого образца, обмотка которой подключена к выходу генератора переменного тока, первичные преобразователи магнитной индукции в образце и напряженности намагничивающего образец магнитного поля, выполненные на датчиках Холла, которые записаны от генератора биполярных импульсов, период повторения которых почти равен 15 периоду намагничивающего поля, и подключены к входам двух соответствующих измерительных трактов, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных усилителя пере- 2р менного тока, амплитудного фазочувствительного детектора, опорный вход которого подключен к генератору би— полярных импульсов посредством формирователя однополярных импульсов, и 25 полосового фильтра, графопостроитель, входы которого подключены к выходам измерительных трактов, и систему (элемент) компенсации влияния намагничивающего поля на тракт измерения чд магнитной индукции в испытываемом образце.

Однако на преобразователь индукции в испытываемом образце в общем случае действует внешнее намагничивающее испытываемый образец магнитное поле, а воздействие намагничивающего поля на преобразователь индукции в образце приводит к искажению формы регистрируемой динамической петли гистерезиса, и тем самым снижает точность определения параметров испытываемого образца, например потока насыщения магнитной пленки.

Предназначенная для устранения. 4g этого недостатка система компенсации влияния намагничивающего поля на тракт измерения индукции в испытываемом образце требует периодической ее подстройки, поскольку влияние намаг- 5р ничивающего поля на тракт измерения индукции изменяется во времени из-за непостоянства температуры окружающей среды и других факторов. Необходимость проведения периодической настройки системы компенсации ограничивает точность и быстродействие процесса регистрации динамической петли гистерезиса.

62 2

Целью изобретения является повышение точности регистрации динамичес- . кой петли гистереэиса.

Цель достигается тем, что в гистериографе, содержащем блок намагничивания, обмотка которого подключена к выходу генератора, генератор биполярных импульсоМ, первичные преобразователи индукции и напряженности на Датчиках Холла, подключенные к входам двух соответствующих измерительных трактов, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных усилителя переменного тока, амплитудного фазочувствительного детектора, опорный вход которого подключен к генератору биполярных импульсов через формирователь однополярных импульсов, и полосового фильтра, подключенного к входу графопостроителя, и компенсатор влияния намагничивающего поля на тракт измерения магнитной индукции, компенсатор влияния намагничивающего поля на тракт измерения магнитной индукции выполнен в виде генератора спаренных однополярных импульсов, синхронизируемого генератором переменного тока, подключенного к нему первого сумматора, выход которого подсоединен к токовой цепи первичных преобразователей, последовательно соединенных с выходом усилителя переменного тока измерительного тракта индукции, третьего амплитудного фазочувствительного детектора, опорный вход которого подключен к генератору спаренных импульсов, фильтра верхних частот, фазочувствительного детектора, перестраиваемого делителя, сигнальный вход которого подсоединен к выходу первичного преобразователя напряженности магнитного поля и второго сумматора, второй вход которого связан с выходом первичного преобразователя индукции, а также формирователя разнополярных расширенных импульсов, вход которого подключен к выходу генератора спаренных однополярных импульсов, а выход - к опорному входу фазочувствительного. детектора. При этом цепь синхронизации генератора спаренных однополярных импульсов выполнена в виде перестраиваемого блока задержки, первый вход которого связан с генератором переменного тока, управляющий вход под; ключен к генератору биполярных им59762

55 з 13 пульсов, а выход — к входу генератора спаренных однополярных импульсов.

На фиг. 1 изображена структурная схема гистериографа; на фиг. 2 графические материалы, поясняющие принцип его работы, и динамические петли гистерезиса,,поясняющие эффект увеличения точности регистрации.

Устройство состоит иэ испытываемого образца 1, блока 2 намагничивания, обмотка 3 которого подключена к генератору 4 переменного тока. В блоке 2 намагничивания размещены также первичный преобразователь 5 индукции в испытываемом образце и первичный преобразователь 6 напряженности намагничивающего поля. Эти преобразователи выполнены на датчиках Холла, токовые цепи которых подключены посредством сумматора 7 к генератору 8 биполярных импульсов, период которых соизмерим с периодом генератора 4 переменного тока, и к генератору 9 спаренных однополярных импульсов, синхронизируемому генератором 4 переменного тока. К выходу первичного преобразователя 6 напряженности намагничивающего поля подключен вход соответствующего измерительного тракта, составленного из последовательно соединенных усилителя 10, амплитудного фаэочувствительного детектора 11 и полосового фильтра 12, выход которого подключен к одному из входов графопостроителя 13.

Вход измерительного тракта сигналов первичного преобразователя магнитной индукции в образце (последовательно соединенные усилитель 14, амплитудный фазочувствительный детектор 15 и олосовой фильтр 16, выход которого подключен к второму входу графопостроителя 13) подсоединен посредством сумматора 17 к выходу первичного преобразователя 5 индукции в образце и к выходу управляемого перестраиваемого делителя 18, сигнальный вход которого подключен к выходу первичного преобразователя 6 напряженности намагничивающего поля. Опорные входы амплитудных фазочувствительных детекторов 11 и 15 подключены к генератору 8 посредством формирователя 19 однополярных импульсов. К выходу усилителя 14, используемого в канале измерения индукции в испытываемом образце, дополнительно подключена цепь из последовательно соединенных

40 амплитудного фазочувствительного детектора 20, опорный вход которого подключен к генератору 9 однополярных спаренных импульсов, фильтра 21 верхних частот, фаэочувствительного детектора 22, опорный вход которого подключен посредством формирователя

23 разнополярных раширенных имнульсов к выходу генератора 9 спаренных импульсов, и фильтра 24 нижних час.тот, к выходу которого подключен управляющий вход перестраиваемого делителя 18. Цепь синхронизации генератора 9 спаренных однополярных импульсов от генератора 4 переменного тока содержит перестраиваемый блок

25 задержки, управляющий вход которого подключен к генератору 8 биполярных импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Испытываемый образец 1 периодически перемагничивается переменным магнитным полем, создаваемым блоком 2.

На первичный преобразователь 5, установленный вблизи испытываемого образца, действует магнитное поле рассеяния образца, а также определенная (нескомпенсированна) часть напряженности внешнего магнитного поля.

На преобразователь 6 напряженности внешнего магнитного поля аналогичное действие оказывает поле рассеяния образца, но поскольку напряженность внешнего магнитного поля несоизмеримо выше напряженности поля рассеяния образца, то влиянием последнего можно пренебречь и учитывать только составляющую напряженность . внешнего намагничивающего поля.

Первичные преобразователи 5 и 6, выполненные на датчиках Холла, запитываются от генератора 8 биполярных импульсов и генератора 9 спаренных однополярных импульсов. Поскольку импульсы этих генераторов разнесены во времени, а в трактах измерения индукции в испытываемом образце и напряженности намагничивающего поля находятся фазочувствительные детекторы 11 и 15, на опорные входы которых подаются сигналы, синхронные с импульсами соответствующих генераторов, то рассмотрение работы данных трактов можно проводить на основании только холловских ЭДС, возникающих за счет взаимодействия управляющего тока датчиков Холла в виде биполярИзмерение крутизны указанных участков петель гистерезиса производится в предлагаемом гистериографе следующим образом.

Генератор 9 периодически формирует однополярные, прямоугольные спаренные импульсы, которые поступают в

Б5

5 13597 ных импульсов и соответствующих времени формирования этих импульсов мгновенных значений индукции в образце и напряженности намагничивающего поля. Поскольку частота следования биполярных импульсов управляющего тока датчиков Холла не равна частоте намагничивающего поля, а отличается от таковой на малую величину, то выходные напряжения измерительных трактов повторяют форму индукции в испытываемом образце 1 и напряженности намагничивающего поля с разностной частотой рассмотренных сигналов (как это имеет место в стробоскопических установках) . Графопостроитель 13 использует данные выходные напряжения для построения кривой динамической петли гистереэиса испытываемого образца (фиг.2) .

На фиг. 2 приведены кривые а и б предельной динамической петли гистерезиса одного и того же испытываемого образца; кривая а соответствует истиной предельной динамической петле гистерезиса и характеризуется явно выраженными горизонтально расположенными участками в начальной час-: ти обратных ее ветвей (участок от

1 т. I до т. II в первом квадранте и аналогичный участок в третьем квадранте). Уровень залегания этих участков определяется индукцией насыщения испытываемого образца. Естественно, что крутизна указанных участков кри,вой неискаженной петли гистереэиса должна быть равна нулю.

Кривая б соответствует искаженной .форме петли гистерезиса. Этот вид

40 искажений обуславливается влиянием намагничивающего поля на тракт изме.рения индукции в испытываемом образце (появление в данном тракте сигнала, пропорционального напряженности намагничивающего поля). Наличие иска45 жжений формы регистрируемой петли гистерезиса легко обнаруживается, как это подтверждается сравнением приведенных кривых а и б, по изменению крутизны начальных участков обратных ветвей петель гистерезиса.

62

Ь токовые цепи датчиков Холла, используемых в качестве первичных преобразователей. Формирование первого из этих импульсов осуществляется в момент времени, когда напряженность намагничивающего поля близка к своему максимальному (амплитудному) значению.Формирование второго импульса производится по истечению некоторого промежутка времени, в течение котороro напряженность намагничивающего поля существенно снижается, но испытываемый образец 1 еще находится в полностью намагниченном состоянии (насыщение образца) (на фиг. 2 совмещенная осцилограмма I напряженности намагничивающего поля и управляющего тока датчиков Холла, на которой импульсы тока, сформированные генератором биполярных импульсов 8, в отличие от спаренных импульсов генератора 9 с целью наглядности изображены пунктирными линиями) . Поскольку при записи предельных прямоугольных петель гистерезиса используют намагничивающее поле, амплитудное значение напряженности которого превьппает в

4-5 раз значение коэрцитивной силы испытываемого образца, то временной интервал между двумя спаренными импульсами при этом может быть установлен до двух десятых периода намагничивающего поля. Необходимая синхронизация времени следования спаренных импульсов относительно напряженности намагничивающего поля осуществляется цепью синхронизации генераторов 9 и 4 переменного тока.

Взаимодействие управляющего тока датчиков Холла в виде спаренных импульсов с действующими на эти датчики магнитными полями приводит к появлению на выходах преобразователей спаренных импульсов, амплитуда определяется мгновенными значениями напряженности действующих на них полей.

На осцилограмме 2 (фиг.2) представлены спаренные импульсы на выходе преобразователя индукции, соответствующие двум случаям. В случае (a), когда на первичный преобразователь 5 индукции в испытываемом образце 1 действует только поле рассеяния образца, его выходное напряжение . представляет собой импульсы равной амплитуды, амплитудное значение которых определяется индукцией насыщения испытываемого образца. При отсутст7 1359762

15 20

40 щего поля на преобразователь индукции

Таким образом, предлагаемая система компенсации представляет следящую систему с отрицательной обратной связью.

Далее остановимся на рассмотрении специфики выполнения цепи синхронизации генератора 9 от генератора 4.

Рассматривая работу основных трактов измерения и работу системы компенсации мы допускали условие — им55:

:пульсы генераторов 9 и 8 разнесены во времени. В действительности же, как это было отмечено, первый импульс генератора 9 формируется во время максимальной напряженности наамплитуды первого импульса над ампливии испытываемого образца и при отсутствии влияния намагничивающего поля на преобразователь 5 индукции на его выходе спаренные импульсы вообще не наблюдаются, В случае (б), когда результирующая напряженность действующих на преобразователь магнитных полей определяется суммой напряженности поля рассеяния образца и некоторой (нескомпенсированной) части напряженности намагничивающего поля, выходное напряжение преобразователя индукции представляет собой спаренные импульсы нз выходе преобразователя магнитной индукции, причем в образце 1 они будут наблюдаться и в случае влияния намагничивающе

ro поля на данный преобразователь при отсутствии испытываемого образца

Таким образом, разность амплитудных значений спаренных импульсов определяет степень влияния намагничиваюн испытываемом образце.

На входе усилителя 14 наблюдаются спаренные импульсы, соотношение амплитуд которых определяется соотношением амплитуд спаренных импульсов двух сигналов: входного импульсного напряжения преобразователя индукции в образце 1 и импульсного напряжения снимаемого с выхода перестраиваемого делителя 18. Полярность и амплитуда спаренных импульсов выходного напряжения перестраиваемого делителя 18 устанавливаются такими, чтобы данное напряжение компенсировало составляющую выходного напряжения преобразователя индукции, обусловленную влиянием на этот преобразователь намагничивающего поля. В случае взаимной компенсации указанных составляющих на входе усилителя 14 наблюдаются спаренные импульсы равной амплитуды (без испытываемого образца амплитуда спаренных импульсов соответственно равна нулю) . При преобладании одной из указанных составляющих над другой баланс амплитуд спаренных импульсов на входе усилителя 14 нарушается, при этом в зависимости от знака разбаланса наблюдается преобладание тудой второго или наоборот. Усиленные спаренные импульсы поступают с выхода усилителя 14 на сигнальный вход амплитудного фаэочувствительного детектора 20, на опорный вход которого поступают спаренные импульсы с генератора 9. Форма входного напряжения детектора 20 представлена на осцилограмме 3 (фиг.2). В случае а данное напряжение представлет собой практически постоянное напряжение, В случае б выходное напряжение синхронного детектора 20 представляет пульсирующее напряжение, амплитуда пульсаций которого пропорциональна разности амплитуд спаренных импульсов, а полярность выбросов этого напряжения определяется направлением раэбаланса компенсации. Поскольку информацию о разбалансе системы несут переменные составляющие выходного напряжения детектора 20, то они выделяются посредством фильтра 21 верхних частот и подаются на сигнальный вход фаэочувствительного детектора

22. Детектор 22, на опорный вход которого подаются расширенные импульсы с формирователя 23 (осцилограмма 5), позволяет получить напряжение, полярность которого однозначно указывает напряжение разбаланса компенсации, а его амплитуда определяет амплитуду разбаланса системы компенсации влияния намагничивающего поля на тракт индукции в испытываемом образце

1. Это напряжение подается посредством фильтра 24 нижних частот, служащего для сглаживания пульсаций и необходимой фаэовой коррекции цепи обратной связи, на управляющий вход перестраиваемого делителя 18. Под воздействием этого напряжения перестраиваемый делитель 18 изменяет свой коэффициент передачи до уровня, при котором поступающее на него напряжение минимально, а, следовательно, и разность амплитуд спаренных импульсов минимальна.

Со ст ави тель Е,Данилина

Редактор Т.Парфенова Техред А.Кравчук Корректор В.Бутяга

Заказ 6152/49 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4

9 135 магничивающего поля, а его второй импульс — с некоторым временем запаздывания относительно первого импульса, т.е. спаренные импульсы имеют вполне определенное местоположение относительно напряженности намагничивающего поля. В отличии от них ,биполярные импульсы генератора 8 в процессе записи динамической петли гистерезиса плавно смещаются во времени относительно напряженности намагничивающего поля. Таким образом, в некоторые моменты времени могло бы произойти совпадение импульсов генераторов 8 и 9, что неизбежно привело бы к взаимному влиянию этих кратковременных взаимных влияний каналов и пришлось бы ограничивать их быстродействие за счет увеличения

9762 10 постоянной. времени полосовых фильтров 12 и 16 и фильтра нижних частот.

Для обеспечения максимального быстро5 действия гистериографа рассматриваемая цепь синхронизации выполнена в виде перестраиваемого блока 25 задержки, управляющий вход которого подключен к генератору 8 биполярных импульсов. Назначение этого блока— исключение возможности совпадения импульсов генераторов 8 и 9. Это достигается за счет изменения времени задержки блока 25 задержки, которым обеспечивается дополнительное смещение спаренных импульсов относительно своего исходного положения на небольшую величину в моменты возмож- ного совпадения импульсов указанных . генераторов.