Устройство для определения магнитных характеристик ферромагнитных материалов

(21) 3 (22) 0 (46) 0 (72) Э Г.И. ф и В.А. (71) И ского 33 Сок 7,09.84. Б .Ф. Гринин ролов, А.ПФролов иститут фи н еоктист Л,В. К Магнит- СтандарГ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1, Чернышева Е.Т. и дрные измерения. М., Комитеттов, 1969, с. 202.2. Современное состояние и пути развития методов и аппаратуры для исследования ферромагнитных материалов. Труды метрологических институ ; тов СССР. М.-Л., Изд-во Стандартов, 1967, вып, 95(155), с. 33.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФЕРРОМАГНИТ НЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока и регулятор напряжения, подключенные к выходу регулятора напряжения и последовательно с единенные резистор и перемагничивающую катушку, подключенные к измерительной катушке и последователь но соединенные первый усилитель, ин тегратор и первый стробоскопический преобразователь, первый блок установки масштаба, подключенные к реЗВ) С 01 К 33/12 С 01 Н 33/14 зистору и последовательно соединенные второй усилитель, второй стробоскопический преобразователь, второй блок установки масштаба, последовательно соединенные первый фазовращатель и первый усилитель импульсов, выходом соединенный со вторымивходами первого и второго стробоскопических преобразователей, о т л и .ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения чувствительности, точнос"ти измерений и расширения функциональных возможностей устройства, внего введены смеситель, второй фазовращатель, подключенный входом к выходу источника переменного тока, авыходом - к входу первого фазовращателя, подключенные к выходу второгофазовращателя и последовательно соединенные второй усилитель импульсовтретий стробоскопический преобразователь и блок вычитания, причем второй вход третьего стробоскопического преобразователя соединен с выходом интегратора, второй вход блокавычитания - с выходом первого стробоскопического преобразователя, выход блока вычитания - с входом перьвого блока установки масштаба, авходы смесителя соединены с выходами первого и второго усилителейимпульсов.1112328 Изобретение относится к измери- тельной технике и может быть приме. нено для определения магнитных характеристик ферромагнитных материалов с малым поперечным сечением образца, в частности тонких магнитных пленок, при перемагничивании их переменным током с контролем формы петли гистерезиса на экране осциллографа и записью ее изображения на 10 двухкоординатном самопишущем приборе.Известны стробоскопические устройства для определения магнитных характеристик ферромагнетиков и регистрации кривых перемагничивания с 15 помощью самопишущего прибора, Такие устройства содержат источники перемагничивающих токов, стробоскопические преобразователи, интеграторы 1 Д .20Однако точность измерения и регистрации сигналов индукции с образцов с малыми площадями поперечного сечения с помощью таких устройств недостаточна. 25Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока и регулятор напряжения, З 0 подключенные к выходу регулятора напряжения последовательно соединенные резистор и перемагничивающую катушку с помещенным в нее образцом, магнитно связаннущ с образцом измерительную катушку, подключенные к измерительной катушке последовательно соединенные первый усилитель, интегратор и первый стробоскопический преобразователь, первый блок уста новки масштаба, подключенные к резистору последовательно соединенные второй усилитель, второй стробоскопический преобразова;ель и второй блок установки масштаба, последовательно соединенные первый фазовраща. тель и первый усилитель импульсов, выходом соединенный со вторыми входами первого и второго стробоскопических преобразователей 2 .50Однако в известном устройстве не принято специальных мер по устранению влияния температурного дрейфа, низкочастотных шумов и несинхронных с частотой перемагничивания наводок 55 на точность измерений и записи. Кроме того, отсутствует визуальный конт роль положения стробирующего импуль са на петле гистерезиса, что принципиально важно с точки зрения повьппения точности, наглядности и оперативности измерений. Целью изобретения является повышение чувствительности, точности измерений и расширение функциональных возможностей.Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее последовательно соединенные источник переменного тока и регулятор напряжения, подключеннье к выходу регуля тора напряжения и последовательно соединенные резистор и перемагничивающую катушку, подключенные к измерительной катушке и последовательно соединенные первый усилитель, интегратор и первый стробоскопический преобразователь, первый блок установки масштаба, подключенные к резис тору и последовательно соединенные второй усилитель, второй стробоскопический преобразователь, второйблок установки масштаба, последовательно соединенные первый фазовращатель и первый усилитель импульсов,выходом соединенный со вторыми входами первого и второго стробоскопи"ческих преобразователей, введенысмеситель, второй фазовращатель, подключенньй входом к выходу источникапеременного тока, а выходом - к входупервого фазовращателя, подключенныек выходу второго фазовращателя ипоследовательно соединенные второйусилитель импульсов, третий стробо"скопический преобразователь и блоквычитания, причем второй вход третьего стробоскопического преобразователя соединен с выходом интегратора,второй вход блока вычитания - с выходом первого стробоскопического преобразователя, выход блока вычитания - с входом первого блока установки масштаба, а входы смесителя соединены с выходами первого и второго усилителей импульсов.На чертеже показана структурная электрическая схема предлагаемого устройства.Устройство содержит последовательно соединенные источник 1 переменного тока, регулятор 2 напряжения, резистор 3 и перемагничивающую катушку 4 с помещенным в нее исследуемым образцом 5, измерительную катушку 6, через первый усилитель 7 и3интегратор 8 соединенную с первым стробоскопическим преобразователем 9, первый блок 10 установки масштаба, второй усилитель 11, через второй стробоскопический преобразователь 12 соединенный с вторым блоком 13 масштаба, первый фазовращатель 14, подключенный через первый усилитель 15 импульсов к смесителю 16 и к первому ,и второму стробоскопическим преобра зователям 9 и 12, последовательно соединенные второй Фаэовращатель 17, второй усилитель 18 импульсов, тре.тий стробоскопический преобразователь 19 и блок 20 вычитания. 15Устройство работает следующим образом.Переменный ток регулируемой величины от источника 1 переменного тока через регулятор 2 напряжения посту пает в последовательно соединенные резистор 3 и перемагничивающую катушку 4 с помещенным в нее образцом 5. Последний перемагничивается и наводит в измерительной катушке 6 ЭЛС, 25 ,пропорциональную скорости изменения индукции в испытуемом образце. Этот сигнал через первый усилитель 7 и интегратор 8 поступает навход первого стробоскопическогопреобразователя 9. Напряжение, пропорциональное магнитному полю в перемагничивающей катушке, с резистора 3 через второй усилитель 11 по 35дается на вход второго стробоскопического преобразователя 12. Такимобразом, на входах первого и второгостробоскопических преобразователейприсутствуют напряжения 0и 0 ,пропорциональные соответственно индукции образца и магнитному полю.Эти напряжения используются непосредственно для горизонтальной и вер.тикальной развертки осциллографа иполучения на экране иэображенияпетли гистерезиса,Для измерения магнитных характеристик с применением точных измерительных приборов постоянного тока 50нужно фиксировать мгновенные значения сигналов в интересующих точкахпериода, а для регйстрации петлигистерезиса - понизить частоту повторения Ои ОН настолько, чтобы 55можно было использовать двухкоорди. атные самопишущие приборы посто,янного тока,С этой целью в устройстве применено стробирование сигналов индукции и паля, Для повышения отношения сигнал - шум применено двойное стробирование сигнала индукции в пределах одного периода. Мгновенное значение напряжения в одной точке используется в качестве опорного уровня, а напряжение во второй точке отсчитывается от него,Результат в виде разности напряжений в значительной мере свободен от несинхронных помех (дрейфа, шумов, наводок), частота которых ниже частоты перемагничивания. Причем чем ниже частота помехи, тем эффективнее действие двойного стробира - вания.Стробирование осуществляется следующим образом. Напряжение с источника 1 переменного тока поступает на второй Фазовращатель 17 ,опорный), с помощью которого фазовый сдвиг выходного напряжения по отношению к фазе входного может быть установлен вручную от 0 до 360 , Со второгоОфазовращателя 17 сигнал поступает на первый Фазовращатель 14, аналогич. ный второму, за исключением того, что сдвиг Фазы в нем может осуществляться как вручную, так и автоматически, что необходимо при измерениях и регистрации. С фаэоврашателей напряжения поступают на первый и второй усилители 15 и 18 импульсов, которые формируют иэ нуль-переходов стробирующие импульсы малой длительности.Импульсы с первого усилителя коммутируют первый и второй стробоскопические преобразователи 9 и 12. Последние запоминают мгновенные значения 0 и О , соответствующие моменту действия строба. Если фазовый сдвиг первого фаэовращателя 14 медленно меняется по отношению к начальной фазе, то огибающие выходных напряжений преобразователей по форме повторяют входные, но период их определяется временем изменения фазы .стробирующего импульса на 360 Напряжение с выхода второго фаэовращателя 17 поступает на второй усилитель 18 импульсов, аналогичный первому усилителю 15. Его импульсы коммутируют третий стробоскопический преобразователь 19, запоминающий1112328 ВНИИПИ Заказ 6454/32 Тираж 710 Подписное Фмллел ППП "Потеет, г.Улгорол, .ул.Проелтлее, 4 значение сигнала индукции в опорнойточке.Выходные напряжения первого и третьего стробоскопических преобразователей подаются на входы блока 20 вычитания, сигнал с выхода которого представляет разность входных напряжений с учетом знака. Сигналы блока 20 вычитания и второго стробоскопического преобразователя 12 через первый и второй блоки 10 и 13 установки масштабов подаются на вертикальный и горизонтальный входы самопишущего прибора.Для удобства работы и наглядности контроль положения стробирующих импульсов на петле гистерезиса производится путем яркостной модуляции луча осциллографа. Для этого выходные напряжения первого и второго усилителей 15 и 18 импульсов через смеситель 16 поступают на вход канала яркостной модуляции осциллографа.Таким образом, устройство позволяет повысить чувствительность, рас. ширить функциональные возможности по классу измеряемых образцов и числу измеряемых параметров, снизить погрешность измерений и регистрации сигнала индукции, в особенности для образцов с малым поперечным сечением в условиях мешающего воэдействия дрейфа и. несинхронных помех за счет того, что измеряется не абсолютное значение сигнала индукции, а разность двух напряжений: "сигнал - 1 5 плюс помеха"минус"сигнал - 2 плюспомехи". При этом предполагается, что напряжение помехи эа один период либо 1 О совсем не меняется, либо меняется незначительно. Очевидно, чем ниже частота помехи, те; эффективнее подавление. На инфранизких частотах,когда можно считать напряжение по мехи неизменным, удается добитьсяпрактически полного подавления помехи, что особенно важно для шумовтипа 1/Р, которые не фильт 4 руются ин.тегратором и возрастают с пониже нием частоты. Кроме того, введениеяркостных меток для контроля положения стробимпульсов на петле гистерезиса обеспечивает наглядностьизмерений и их высокую оператив ность, дополнительно появляется возможность проводить измерения элементов петли с сохранением высокойточности на образцах со сложной фор.мой петель гистерезиса (пленки с ЗО однонаправленной анизотропией, мно, гослойные и т.п.)р для которых безвизуального контроля проводить измерения практически невозможно,