Способ определения динамических петель гистерезиса ферромагнитных материалов

 

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для автоматизированного определения динамических петель гистерезиса (ДПГ) ферромагнитных материалов. Цель изобретения - повышение производительности определения динамических петель гистерезиса. Способ заключается в следующем. Начинают процесс перемагничивания испытуемого образца. Измеряют действующее значение напряжения (Н) компенсируемого сигнала (С). Генерируют С синусоидальной составляющей первой гармоники (Г) с произвольно выбранной амплитудой и определяют действующее значение этого С по формуле. Суммируя С, получают вспомогательный компенсирующий С, который вычитают из компенсируемого С, получая вспомогательный С разности. Измеряют его действующее значение. Определяют действующее значение С и амплитуду синусоидальной составляющей первой Г. Окончательно формируют компенсирующий С, уравновешенный с компенсируемым С по синусоидальной составляющей первой Г, путем добавления С синусоидальной составляющей первой Г с амплитудой к компенсирующему С. Определяют погрешность компенсации С синусоидальной составляющей первой Г при уравновешивании компенсируемого С компенсирующим С. Проводят компенсацию по косинусоидальной составляющей первой Г способом, описанным выше. Проводят формирование компенсирующего С путем поочередного уравновешивания его с компенсируемым С по синусоидальным и косинусоидальным составляющим последующих нечетных Г описанным выше способом. Процесс компенсации завершают тогда, когда после добавления очередной составляющей I-U<SP POS="POST">2</SP> гармоники погрешность компенсации вспомогательного компенсирующего С станет меньше погрешности ее измерения. Компенсацию С амплитуды С компенсирующим производят одновременно с вышеописанной компенсацией. По завершении процессов компенсации производят регистрацию ДПГ по сформированным в процессе компенсации С компенсирующего напряжения, которые уравновешены с одноименными сигналами компенсируемого напряжения по I гармоникам. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (д1) 4 G 01 R 33/14 рЩЯ30И

ПАтцтИ) i i" .. Б 114

Б(1ББ1 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4074410/24-21 (22) 04.06.86 (46) 30.07.89. Бвл. Р 28 (71) Омский политехнический институт (72) Ю. В. Селезнев, Н. И. Иванова, А. Я, Аронов, С. М. Добровольский и Г. П. Филей (53) 62!.317. 44(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР .У 1264116, кл. С 01 R 33/14, 1985. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ

ПЕТЕЛЬ ГИСТЕРЕЗИСА ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для автоматизированного определения динамических петель гистерезиса (ДПГ) ферромагнитных материалов .

Цель изобретения — повышение производительности определения динамических петель гистерезиса. Способ эаклвчается в следувщем. Начинают процесс перемагничивания испытуемого образца.

Измеряют действующее значение напряжения (Н) компенсируемого сигнала (С).

Генерируют С синусоидальной составляющей первой гармоники (Г) с произвольно выбранной амплитудой и определяют действующее значение этого С по формуле. Суммируя С, получают вспомогательный компенсирующий С, который вычитают иэ компенсируемого С, получая вспомогательный С разности. Измеряют его действующее значение. Определяют действ ощее значение С и амплитуду синусоидальной составляющей первой Г. Окончательно формируют KQM пенсирувщж С, уравновешенный с компенсируемым С по синусоидальной составляющей первой Г, путем добавления

С синусоидальной составляющей первой

Г с амплитудой к компенсирующему.С..

Определяют погрешность компенсации С синусоидальной составляющей первой Г при уравновешивании компенсируемого С компенсирующим С. Проводят компенсацию по косинусоидальной составляющей первой Г способом, описанным выше.

Проводят формирование компенсирующего С путем поочередного уравновешивания его с компенсируемым С по синусоидальной и косинусоидальним составляющим последующих нечетных Г описанным выше способом. Процесс компенсации завернавт тогда, когда после добавления очередной составляющей i-й гармоники погрешность компенсации вспомогательного компенсирующего С станет меньше погрешности ее измерения. Компенсацию С амплитуды С компенсирующим производят одновременно с вышеописанной компенсацией. По завершении процессов компенсации производят регистрацию ДПГ по сформированным в процессе компенсации С компенсирующего напряжения, которые уравновенены с одноименными сигналами компенсируемого напряжения по i гармоникам. 3 ил.

1/)97596

11 f)Q() а-(ение (т)lo сн, cP Г f(, ) f )Ip, нь,,, Н3 MF пенияA H может ()ь,ть -„.(с((опьэ Он ано для автоматизированного Определения динамических петель гистереэиса, К

Цель и(эoбретеур < по вы)иень)е npo" из ноpHTех ьнОСTH определения )д "-(амичB"- ских петель гистерезиса (ДПГ).

На. фиг. 1-2 изображены треугольники, сняэывавщие действующие значения сигналов; на фиг. 3 — структурная схесхема устройства, реализующего .способ.

Сущность предлагаемого способа on— ределения динамических петель Гисте- )5 резиса ферромагнитных материалов заключаетсяя в следующем.

Сигналы компенсируемого и компенf( сируищего напряжений () (t) и П,t) пр Оп 01)циОн аль ны индукции и а Гнит нО ГО поля испытуемого образца,, а сигналы

U „(t) и Ь™ (t) пропорциональны напря. женности магнитного поля испытуемого образца, Рассмотрим процесс компенса= ции на примере сигнала U (t) при коЭ синусоидальном режиме перемагничинания образца (U>(t) = U«, соэ 2 11 f t, где К вЂ” частота перемагничивания 11„„,— амплитуда сигнала, пропорционального напряженности магнитного поля), Б этом случае отсутствуют постоянная состанляющая сигнала и четные гармон ики

Пачинаит процесс перемагничиваHHH испытуемого образца. Сигнал ком- 3$ пенс ируищего напряжения (компенсиру1( ищий сигнал) U8 (t) равен нулю.

2. 11змеряит действуэ)щее значение

0 у в

Полученное значение )иксир; — ют. 40

3. Генерируют сигнал синусоидальной составляющей первой гармоники

U >, (t) с произвольно выборанной амплитудой А», лежащей в диап)азоне амплитуд измеряемых сигналов, H опреде-)э лявт действуищее значение этого сиг»

А, нала по известной формуле

615 (-

"12

Суммируют сигналы U" (t) (п„1) о

8 и Ь . „ (t) и лолучаит вспомогательный компенсирующий сигнал UB, (t) .

5. Вычитают сигнал U (t) (и. 3)

615 иэ сигнала U (t) и получают нспомога-

8 тельный сиГнал р аз иостH U (1: )

„% "815

U (t) — U (t), измеряют дейстну0-" ющее значение П этого сигнала„

Р(5

Ь-. Определяют действующее значение L сигнала синусоидальной сос815 танляющей первой гармоники, соотвеT ствувщее минимальному значению погре)((ности компенсации (минимальному дейР стнующему значению U сигнала раэ— ,Р

f) 15 нО сти 1 (t ) ПО ВИ1)аженив;

815 (треугольник, связывающий действующие значения сигналов по формуле (1) показан на фиг. 1) и амплитуду А

1 сигнала синусов)дальной составляющей первой гармоники, соо тне тстнувщуи действующему значении U, как А

815 1

7. Окончательно формируют компен-МcиРующий сиГнал ь 815 (t) уравнОвешен— ный с сигналом U (t) no синусоидаль8 ной составляющей первой гармОники путем добавления к сигналу U (t)

8

1 (п. 1) сигнала синусоидальной составляющей первой гармоники с амплитудой А1.

8. Определяют по гр е))) нос ть комп енв

„Р садни(П8 при уравновешивании сиг15 нала Пя((.) компенсирувщю сигналом

1l

U „, (t) по формуле:

П 1 = (П ) — (U„), (2)

9. Проводят компенсации по косинусоидальной составляющей первой гармоники способом, описанным в пп. 3-8.

П ри этом в пп. б и 8 в качестве действующего значения U используит дей—

8 ,Р стнующее значение U "Hr нала раэ—

Р ности U, (t), а и пп. 4 и 7 н качеk стне сигнала U8 (t) используют сигнал Б,, (Г, полученный при уравнонешивании по синусоидальной составляв— щей первой гармоники. Б результате компенсации формируют компенсирующий . »сигнал U (t) и определяют погреш8(С

5 14975 ность компенсации Б, (2). ТреугольР ник, связывавций действующие значения сигналов, используемые при компенсации по косинусоидальной составляющей 5 первой гармоники в формуле„аналогичной (1), показан на фиг. 2, где

U

8« нала косинусодальной составляющей первой гармоники при произвольно вырк бранном значении амплитуды В,; U действующее значение сигнала разности

U (t) полученное при амплитуде сиг- 20

p+

В1С нала косинусоидальной составляюцей

+ первой гармоники, равной В, 10. Далее компенсирувщий сигнал

U>(t) формируют путем поочередного к 25 уравновешивания его с сигналом U (t) по синусоидальным и косинусоидальным составляющим последующих нечетных гармоник, аналогично описанному в пп. 3 — 8 образом. При этом для уравновешивания по синусоидальной составлявцей каждой i-й гармоники в пп. 6 и 8 в качестве действующего значения

Ug используют действувщее значение

Р P

V,, сигнала разности U,, (t), а в пп. 4 и 7 в качестве компенсирующего сигнала U < (t) используют сигнал

К

K 40

Б ; (t), полученные в результате компенсации по косинусоидальной составляющей (i-1)-й гармоники.

ll ° Завершают процесс компенсации 45 сигнала V (t), когда после добавления очередной составляющей i-й гармоники (,Р .погрешность компенсации U станет

96

13. После завершения процесса ком— пенсации регистрируют ДПГ по сформированным в процессе компенсации сиг11 < 1 йалам комйенсирувщего напряжения к к

U> (t) и U „; (t) которые уравновешены

3 с одноименными сигналами U+(t) и

U>(t) компенсируемого напряжения ло

i гармоникам.

Устройство для осуществления способа содержит управляемый генератор (УГ) 1, подклвченный к адресному счетчику (AC) 2, выход которого соединен

t ,с адресными входами оперативных sanoминающих устройств (ОЗУ) 3 — 5, подключенных к цифроаналоговым преобразователям (ЦАП) 6 — 8 соответственно, выходы ЦАП 7 и 8 соединены с вторыми входами цифровых вольтметров (ЦВ) 9 и 10, а ЦАП 6 через усилитель мощности (УИ) 11 соединен с намагничивавщей обмоткой испытуемого ферромагнитного образца (О) заземленной через образцовое сопротивление 12 и подключенной к первому входу вольтметра 10 а первый вход вольтметра 9 через интегратор (И) 13 соединен с заземленной измерительной обмоткой испытуемого образца, выходы IIB 9 и 10 через модуль привязки цифровых измерительных приборов (МП) 14 подключены к к выходу на сопряжение ЭBM 15, которая через подсистему ввода-вывода дискретной информации (ПВВ) 16, реализованной на базе пяти стандартных модулей, подключена к управляемому входу УГ 1, входу принудительной установки адреса АС 2 и информационным входам ОЗУ

3 — 5.

УГ I служит для синхронизации ра-. боты схемы в процессе измерения и изменения состояний АС 2, ЭВМ 15 управляет включением и выключением УГ 1 и установкой частоты генерируемых им импульсов, которая производится в зависимости от требуемой частоты перемагничивания. меньше погрешности ее измерения, или 50 когда будет проведено уравновешивание по всему задаваемому максимальному числу и гармоник.

12. Компенсацию сигнала ц„() сигналом U (t) производят одновременно с ,к 55

И описанной (пп. 1-10) компенсацией сигнала Ug(t) сигналом Ц (t) .

АС 2 (n-разрядный двоичный суммируюций счетчик с возможностью предустановки) предназначен для задания ад— реса на все ОЗУ. С каждым приходом имимпульса с выхода УГ 1 адресный счетчик увеличивает свое состояние на 1 (адрес изменяется на I), т.е. работа-., ет в режиме суммирования. С целью принудительной установки адреса при записи информации в ОЗУ иэ 3ВМ счет14975 чик работает в режиме записи параллельно го кода о т ЭВМ.

ОЗУ 3 — 5, предназначены дпя записии в них, хранения и воспроиэведеJ ния информации о форме кривых,. ЦАП

6 — 8 — для преобразования эакоцнрованной информации, поступающей из ОЗУ в аналоговые сигналы, УМ 11 — для получения сигнала, достаточного дпя на- !О магничивания образца в переменном по ле, интегратор 13 — для получения сигнала, пропорционального индукции поля в образце, ЦВ 9 и 10 — дпя изме| рения действующих значений сигналов разности между одноименными сигналами компенсируемого и компенсирующего напряжений, устройство 14 сопряжения — для связи ЦВ 9 и 10 с 3BN„

ЭВМ !5 — для реализации алгоритма вычисления и управления блоками уст1 ройства, устройство 16 сопряжения для связи УГ !, АС 2 и ОЗУ 3 — 5 с

ЭВМ.

При включении УГ 1 состояние АС 2 25 изменяется периодически с периодом

И, 2 Тч,, где п — количество разрядов

АС 2; Т „- период импульсов, поступающих с УГ. Следовательно, адрес ячейки ОЗУ; код на выходе ОЗУ и на- 30 пряжения на выходах ЦАП изменяются периодически. На входы ЦАП 6 — 8 сигналы поступают одновременно, причем на вход ЦАП 6 — код сигнала косинусондального режима перемагничивания; на

К вход ЦАП 7 — код сигнала U>(t), на вход ЦАП 8 — код сигнала U (t). Прок н йдя через ЦАП 6 — 8 сигналы, преобразованные в аналоговую форму, поступают соответственно на УМ 11 и вторые входы ЦВ 9 и 10е С УМ 1 сигналу достаточный для намагничивания торсидального образца в переменном ноле,, поступает на его намагничивающую обмотку.

Первый сигнал компенсируемого напряжения U (t) пропорциональный нг.— н в ряженности магнитного поля, снимается с образцового сопротивления 12 и поступает на первый вход ЦВ 10 Второй сигнал компенсируемого напряжения

U (), пропорциональный индукции магнитного поля, снимается с измерительной обмотки образца и через интегратор 13 поступает на первый вход ЦВ 9.

На выходах ЦВ 9 и 10 появляются сигр р налы действующих значений U и U,„

96 8 ,р сигналов разности U (t) = U>(t)

-U, (t) U„(t) = U„(t) — UÄ(t).

Запись информации в ОЗУ 3 — 5 производится через ПВВ 16 и AC 2, причем в ОЗУ 3 хранится информация о требуемом режиме перемагничивания образца (не изменяется в процессе компенсации), в ОЗУ 4 и 5 — информация о ком k k пенсирующих сигналах П (t) и U<(t) соответственно (перед началом компенсации туда записываются купи) .

После заполнения всех ячеек памяти ОЗУ 3 — 5 ЭВМ через ПВВ 16 выдает команду на включение УГ 1, На выходах

ЦВ 9 и 10 появляются действующие значения U и U p сигналов компенсируемого напряжения, так как сигналы ком< K пенсирующего напряжения U (t) H

U„(t) равны нулю. Эти действующие значения фиксируются в памяти ЭВМ.

Затем ЭВМ записывает в ОЗУ 4 и 5 коды, соответствующие сигналам компенк» сирующего напряжения U (t) и .

K%

U„,,,(t), сформированным путем добавления к сигналам U (t) и Б„(1) (нулек вым) сигналов синусоидальных состав.—

4 лявон -х первых гармоник U (t) и

U (1) с произвольно выбранными знаН(5

+ Ф чениями амплитуд А, и С, соответственно, и определяет действующие зна+ + чения U 5 и U „5 этих составлявщих и фиксирует кх. После этого измерявт.р»

5 Н15 р» сигналов разности U>, (t) = U>(t)

) "ия, (t) U„(t) UH (t) которые также фиксируются в ЭВМ. Затем по формуле (2) определяются действующие значения UB и Бд„5 сигна— лов синусоидальных составляющих первых гармоник, соответствующие минимальным значениям погрешностей компенсации, а также соответствующие им амплитуды А н С< этих составляющих.

Далее ЭВМ окончательно формирует комк, к пенсирующие сигналы U, (t) и U „, () уравновешенные с сигналами Ug(t) и

1497596

БН(t) по синусоидальным составляющим первых гармоник, путем добавления к

k k сигналам U@(t) и U„(t) нулевых сигна5 лов синусоидальных составляющих первых гармоник с амплитудами А и С записывает сформированные сигналы в

ОЗУ 4 и 5 и определяет компенсации

П и UH, при уравновешивании сигР Р 10

616

Ь(t) и Пн(t) компенсирующими к к сигналами U (t) и U <+ (t). После этого начинается аналогичный описан- 15 ному процесс компенсации по косинусоидальным составлявщим первых гармоник. При этом для определения действующих значений U8, и Ug с сигналов этих составляюцих, соответствующих 20 минимальным значениям по грешнос тей компенсации, в качестве действующих значений U и БН используются дейсте

U8 S H U 19

P разности U (t) U<<> (t) a В каче

6 5

cHrHBJIoB Ug(t) H U >(t ) сигналы ,К к к к

Ug((t) H Ug(g(t).

Дальнейшее формирование компенси- З0 рующих сигналов Uâ(t) и Uí(t) осущест

k K вляется путем их поочередного уравновешивания с сигналами Ug(t) и Ug(t) по синусоидальным и косинусоидальным 35 составлявцим последующих нечетных гармоник аналогично описанному.

Завершится процесс компенсации, когда после добавления очередной со- 40 ставлявщей i-й гармоники к текущему формирующему компенсирующему сигнапу

K K

U8(t) (U>(t)) погрешность компенсации (действувщее значение U< (U н,) сигна- 45

P P ла разности И„(й) (U ° (t) ) станет

P,Р меньше погрешности ее измерения или, когда будет проведено уравновешивание по всему задаваемому максимальному числу п гармоник.

После завершения процесса компен-,. сации на двухкоординатном самописце, подключенном к ЭВИ, производится регистрация динамической петли гистерезиса по сформированным в процессе

55 компенсации сигналам компенсирующего

Х к напряжения Б, ° (t) и U„; (t).

Формула изобретения

Способ определения динамических петель гистерезиса ферромагнитных материалов, включающий формирование сигналов компенсирующего напряжения

K k

Uz(t) и U„(t), пропорциональных одноименным сигналам индукции U (t) и на"

В пряженности магнитного поля U„(t) компенсируемого напряжения, в виде .суммы синусоидальных и косинусоидальных сигналов составляющих гармоник с частотами, кратными частоте перемагничивания: к

U<(t) = (А, sin iG3t + B; cos i(0t) 1=о ) И

U„(i) =, Е(С, sin iC3t+D;cos igt)i где Q = 2Т .ff — частота перемагничивания;

А;, В,, С,, D, — амплитуды составляющих гармоник компенсирующего напряжения;

n — максимальное число гармоник, компенсацив сигналов U>(t) и П„(С)

K,ê одноименными сигналами Vs(t) и Бн(с) проводимую добавлением к сигналу компенсируюцего напряжения U, (t)

К с

Вi-f

Бн,,(t) соответствующему числу гармоник (i-1) генерируемых составляющих сигнала i-й гармоники, и определение погрешности компенсации в виде действувцего значения рр,, (UР )

gi Н1 сигнала разности

Бз, (С) = U (t) Uz (t) PU = 11 (Е)

Р н н

Бн, (t) между одноименными сигналами компенсируемого и компенсирувцего напряжений, регистрацив динамической петли гистерезиса по полученным сигналам компенсирующего напряжения, о т л ич а ю ц и и с я тем, что, с целью повышения производительности определения динамических петель гистерезиса, формируют сигнал для каждой составля! 497596

Нией i-й гаРмоники U,,(t) (U„ (t))

Г

С..произвольно выбранной амплитудой .

Р {Р ) в диапазоне значений ампли4»

" 8< туд измеряемых сигналов, суммируют

Сигналы Ug),() )U g .((1) и Бв (С)

Ф

U„l (с) для получения вспомогательного сигнала компенсирующего напряжег к» ния UIl (t) pU„;(t), вычитают сигнал

«» г к«

Q .(t) LU „; {t)1 из сигнала компенсин| f5 руемого напряйения Ut(t) (U>(t)j ппя получения вспомогательного сигнала

РФ К» разности Бв,(й) = U () — Uв,. ;(й)

Р» КМ" U н (t) - U <(t) — U н) (t), определяют 2р действующее значение 0@(Сна) и амплитуду P «(P >,), соответствующую одной из амйлитуд А (С; ), В) (D; ) сигнала составляющей i-й гармоники ком25 пенсирующего напряжения, соответствующие минимальному значению погрешности компенсации, генерируют сигнал составляющей i-й гармоники с амплитудой

Ре((Р „) и суммируют его с сигналом

30 (t) PU> (t) для получения окон81-| чательного сигнала компенсирующего к Г к напряжения Uz.(t) LU„,(t)j, еаканчивают процесс компенсации, когда после 35 добавления очередной составляющей х-й гармоники погрешность компенсации

Us (Бн.) станет меньше погрешности ее, измерения или при использовании всех и гармоник, причем действующее значеU,(U< ), амплитуду PS, (P.z ) ,Р Р грешность компенсации Ба, (0н,) определяют из следующих соотношений,, свя- 45 зывающих действующие значения измеряемых сигналов (U,, - (Us,,) + (U,;) — (U „);

P р» я (н1- ) + (Us ) (н;) .н

Ф

Р„, = . 2 Ь„;;

Р

Ц, же

Ц(i — действующее значение сигнала. разности, сосоответствующее минимальному значению погрешности компенсации, полученной после уравновешивания по составляющей (i-1)-й гармоники; действующее значение сигнала составляющей

i-й гармоники с произвольной амплитудой

4 Ф

Р, (Рн, ) (можно выФ числить как Uei

Ре» Рн

Hi ) — действующее значение вспомогательного сигнала разности

, (t) „,(t), значения сигналов полусе компенсации.

Р Г Р где БЬ -| Рн -| (),; (и"„, ) pl.

Ие,, .(U„< ) а действующие чают в процес

1497596

ass

Составитель А. Гуськов

Редактор Л. Пчолинская Техреду М.дидык Корректор Яцола

Заказ 4441/48 Тираж 713 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Гагарина, 101