Магнитное устройство и способ его изготовления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИ 4 ЕСНИХРЕСПУБЛИК 9) (1 И ЕТЕНИ ИЕ ИСА АТЕЯ Т.У 617555/24-073.057893394(21) (22) (31) (32) (33) 03.05.77США07.09.83он Ричзе Эгли юл. Р 33Виеганд (США)нуфактуринг Компа АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС АМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(57) 1, Магнитное устройство, выпол-.ненное в виде однородной по химическому составу магнитной проволоки,имеющей оболочковую и сердцевиннуючасти и обладающей возмоаностью намагничиваться во внешнем магнитномполе вдоль ее оси и находиться всостоянии совпадения, когда направления намагниченностей оболочковойи сердцевинной частей совпадают, и вобратном состоянии - когда они противоположны, причем коэрцитивная сила оболочковой части больше коэр цитивной силы сердцевинной части, .о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью увеличения чувствительностии улучшения характеристики сигнал/шум, сердцевинная часть выполненатак, что обладает коэрцитивной силой, достаточной для того, чтобы вотсутствии внешнего магнитного полясохранялось состояние совпадения,,причем относительные магнитные свойства сердцевинной и оболочковой частей выбраны так, что переключециеустройства 1 из обратного состояния всостояние совпадения посредством .перемагничивання сердцевинной части происходит быстрее, чем наоборот.2.Способ изготовления магнитногоустройства, включающий операции термообработки, циклического деформационного кручения находящейся под натяжением магнитной проволоки, о т.:л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью увеличения чувствительностимагнитного устройства, деформационное кручение в одном направлениипроизводят в большей степени, чемв другом направлении.Изобретение относится к электротехнике, точнее к магнитным устройствам и способам их изготовления.Известно магнитное устройство, выполненное в виде однородной по химическому составу магнитной прово 5 локи, имеющей оболочковую и сердцевинную части и обладающей возможностью намагничиваться во внешнем магнитном поле вдоль ее оси и находиться в состоянии совпадения, ког да направления намагниченностей оболочковой и сердцевинной частей совпадают,. и обратном состояниИ - когда они противоположны, причем коэрцитивная сила оболочковой 15 части больше коэрцитивной силы сердцевинной части и в отсутствии внешнего магнитного поля устройст во может находиться лишь в обратном состоянии 11 .Недостатками известного устройства являютСя относительно низкая чувствительность и неоптимальная характеристика сигнал/шум. 20 25 Известен способ изготовления магнитного устройства, включающий операции термообработки, циклического деформационного кручения находящейся под натяжением магнитной проволоки, причем деформационное кручение в обоих направлениях производят в одинаковой степени 21Недостатком известного способа является относительно низкая чувствительность магнитного устройства, полученного с его помощью. 55 65.С целью увеличения чувствитель ности и улучшения характеристики сигнал/шум в магнитном устройстве, выполненном в виде однородной по химическому составу магнитной проволоки, имеющей оболочковую и сердце. винную части и Обладающей возможностью намагничиваться во внешнем магнитном поле вдоль ее оси и нахо;. диться в состоянии совпадения, когда направления намагниченностей оболоч-ковой и сердцевинной частей совпа" дают,:и обратном состоянии - когда они противоположны, причем коэрцитивная сила оболочковой части больше коэрцитивной силы сердцевинной 40 части, сердцевинная часть выполнена так, что обладает коэрцитивной силой, достаточной для того, чтобы в отсутствии внешнего магнитного поля сохранялось состояние совпа дения, причем относительные магнитные свойства сердцевинной и оболочковой частей выбраны так,что переключение устройства из обратного состояния в состояние совпаде ния посредством перемагничивания сердцевинной части происходит быстрее, чем наоборот. С целью увеличения чувствительности магнитного устройства в способе изготовления магнитного устройства, включающем в себя операции тер".мообработки, циклического деформационного кручения находящейся поднатяжением магнитной проволоки,деформационное кручение в одном направлении производят в большей степени,чем в другом.На фиг. 1 представлено схематическое изображение ферромагнитной проволоки в обратном состоянии, увеличенное; на фиг, 2 - схема соленоидного устройства возбуждения, используемого для создания внешнего поля.действующего на магнитную проволоку, и воспринимающей катушки, используемой для выработки выходногосигнала в ответ на изменение магнитного состояния проволоки на противоположное 1 на фиг. 3 - графическоеиэображение асимметричного типаперемагничивания проволоки,йолу-.ченное по результатам испытания,проведенного с использованием устройства по фиг, , причем на немпоказаны возбуждающее внешнее поле,петля гистерезиса и получаемые выходные импульсы; на фиг, 4 - то же,симметричного типа; на фиг, 5 -схематическое иэображение механизма для обработки магнитной проволоки по изобретению., На фиг, 1 показан вариант магнитной проволоки 1 по изобретению, состоящей из материала, содержащегокобальт, железо и ванадий, Отрезокмагнитной проволоки имеет круглоесечение, предпочтительно точно круглоеили близкое к точному кругу сечени. Наиболее пригодны отрезкипроволоки диаметром около 0,25 мми длиною 1-3 см,Проволоку обрабатывают, получаяединый магнитный проволочный элемент 1, имеющий относительно фмягкуюсердцевинную часть 2 с относительно низкой коэрцитивной силойи относительно 1 фжесткуюфф оболочковую часть 3, имеющую относительновысокую коэрцитивную силу.Относительно мягкая сердцевинная часть 2 (фиг, 1) магнитноанизМтуенжщ,причем ось легкого намагничивания проходит параллельно оси проволоки. Относительно жесткаяф оболочковая часть 3 также магнитно-анизотропна, причем ось легкого намагничивания, обеспечивающего результирующую намагниченность, параллельна оси проволоки. Направление намагниченности сердцевинной части 2 в значительной степени зависит от воздействия магнитного поля оболочковой части и любого внешнего магнитного поля. В показанномна фиг, 1 состоянии, результирующая.намагниченность сердцевинной части,Рпротивоположна по направлению результирующей намагниченности оболоч-ковой части 3. Это состояние нанна="но как обратное состояние. В этом.:,.: -обратном состоянии стенка 4 домена-образует границу между сердцевинной:.частью 2 и оболочковой частью 3, Этаграница раздела показана на фиг. 1в виде цилиндрической доменной :-" 1 Остенки 4, хотя доменная границараздела представляет собой довольнр.сложную магнитную переходную .зонув проволоке.От проволоки, состоящей из кобМЪ та, железа и ванадия, могут бытьполучены импульсы, величина которйх:"по меньшей мере на один порядокбольше, чем величина импульсов,по-.лучаемых от проволоки иэ сплава никеля и железа. Предпочтительным соста.- вом для проволоки по изобретениюявляется состав, содержащий кобальт,примерно 45-55, железа примерно30-50 и. ванадия 4-14. ;: 25Для изготовления предлагаемых"густройств используют должным обраэомобработанную проволоку диаметром"0,35 мм. Проволока из сплава викал-лой имеет состав, содержащий около."52 кобальта, около 10 ванадияи остальное, в основном, железос некоторыми второстепенными компонентами, включающими в себя мар:ганец и кремний н количествах несколько ниже половины процента каж- З 5дый,Первая схема технологического - : .процесса обработки проволоки,При использовании 30-сантиметро-.вого отрезка проволоки из сплава ., 4 Овикаллой диаметром 0,25 мм предпочтительная схема процесса дефор-,.мационного упрочнения включает сле-:.дующие этапыПерный Проволоку растягивают, 45до полной ее .длины. Кусок проволо-ки 5 (фиг. 5) закрепляют на патро-:нах 6 и 7. Посредством подпружинен-,ной катушки 8 обеспечивают натяже-"ниепроволоки, достаточное для ее-"выпрямления, но без вытягивания ее.Затем пронодят один цикл деформи-: .рования проволоки 5 кручением, со,-: .держащий приблизительно 64 оборота.против часовой стрелки, а затемпримерно 48 оборотов по часовойстрелке. Натяжение поддерживают во"время всех этапов деформированиякручением.Второй. Проводят далее 17,5 цик.-,лов деформирования проволоки по .8:5 60оборотов в каждом направлении (.",5оборотов против часовой стрелкиа затем 8,5 оборотов по часовойстрелке составляют один цикл)Цикл повторяют 17 раз, после чего:. 65 второй этап завершают 8,5 оборотамипротив часоной стрелки, Во времяэтого второго этапа, который нормально длится около 10-.15 с 30-сантиметровую проволоку непрерывно имедленно вытягивают; величина удлинения при этом находится н пределах 1-2.Третий. Последний этап обработкисостоит из другой серии по 8,5 оборотов, на этот раз с равным числомциклов и без дополнительного вытягивания, но с поддержанием натяженияпроволоки. Во время этого этапа число циклов, проводимое на втором этапе, повторяют 3-4 раза, Установлено;что хороший результат получаетсяпри проведении около 60 циклов.Затем проволоку режут на пригодные для использования отрезкидлиной, например, 1-3 см,Вторая схема технологическогопроцесса обработки.Для тех применений, где максимальная стабильность по временине важна, эффективна менее предпочтительная схема технологическогого процесса обработки проволоки изсплава викаллой, включающая н себяследующие этапы (используют 30-сантиметровый кусок проволоки диаметром 0,25 мм).Перный этап. Проволоку растягивают до полной ее длины, Приложенноеусилие натяжения удерживает проволоку в выпрямленном до полной еедлины состояниии без вытягивания ееДалее проводят один цикл деформиронания проволоки кручением, содержащий 14 оборотов против часовой стрелки, а затем 12 оборотовпо часовой стрелке.Второй этап. Проводят 120 цикловдеформирования проволоки по двенадцать оборотов в каждом направлении (12 оборотов против часовойстрелки, а затем 12 оборотов почасовой стрелке составляют один цикл),Во время этого второго этапа технологического процесса деформационногоупрочнения проволоки ее но времяскручивания непрерынно вытягивают.фПри этом 30-сантиметровая проволокамедленно и непрерывно удлиняетсяпримерно на 3 ммТретий этап. Последний этап обра"ботки состоит из 12 циклов по 12 ОбОротон против часовой стрелки и 12оборотов по часовой стрелке бездальнейшего вытягинания, но с поддержайием натяжения проволокив результате чего сохраняется полученное на втором этапе удлинение.Затемпроволоку режут на отрезкидлиною, например, 1-3 см.В обоих схемах результирующеекасательное напряжение в одном цйклическом направлении значительно65 превышает результирующее касательное напряжение, прилагаемое в другом циклическом направлении, В частности, первая операция каждой иэ схем обработки обеспечивает этот. результат.5Сплав, используемый при обеих схемах технологического процесса деформационнаго упрочнения проволоки одинаков. Его сначала отжигают с целью получения од нородного исходного материала и обеспечения достаточной вязкости для проведения процесса деформационяогб упрочнения. Проволоку предпочтительно сначала отжигают до получе .ния зернистой(. структуры, имеющей 10 000 (или больше) зерен на 1 мм Эта мелкозернистая структура обес . печивает получение требуемой вязкости.20Было установлено, что для обеих схем технологического процесса обработки проволоки важен и четвертый этап. Этим четвертым этапом является этап термической обработки, На ранних стадиях проведения экспериментов термическую обработку проводили примерно при 320 С в течение примерно 8 ч.Однако достаточно проводить этап термической обработки в течение 4 ч примерно при 300 ОС, что выгодно благодаря ускорению процесса обработки проволоки. Предпочтительно выполнять термическую обработку, пропуская через эту проволоку диаметром 0,25 мм ток в 56 АЗ 5 в течение 120 мс. Термическая обработка дает заметное улучшение выходного сигналано более важным является то, что она уменьшает опасность изменения характеристик проволоки 40 во времяфее использования при воздействии на нее высокотемпературной окружающей среды, Этот четвертый этап термической обработки посЛе деформационного упрочнения обеспе" 5 чивает старение проволоки, которое .в свою очередь обеспечивает стабильность при использовании ее.Техника проведения испытаний про-, волоки и результаты испытаний. 50На фиг, 2 схематически показано устройство для испытаний, используемое для определения выходных импульсов,которые могут быть получены при использовании кобальтожелеэованадие .вой проволоки по изобретению, и срав- нения их с выходными импульсами, получаемыми от железоникелевой проволоки. К трансформатору 9 подводят от линии с частЬтой 60 Гц входной сигнал, обеспечивающий подачу пе ременного сигнала.к соленоиду 10. Внутри соленоида 10 в центре его размещен отрезок проволоки 1,вокруг которого намотана воспринимающая катушка 11. Проходящий через обмотку соленоида 10 ток создает в центре соленоида осевое магнитное поле.Наиболее резко выраженные выходные импульсы от кобальтожелезованадиевой проволоки получаются, когда проволока перемагничивается асимметрично, Действующее на проволоку 1 (фиг, 2) возбуждающее поле Н пОказано на фиг. 3 кривой 12. Диод 13 пропускает полный положительный полупериод переменного сигнала частотою 60 Гц, а сопротивление ветви 14 отрегулировано так, что пропус" кает намного меньший отрицательный полупериод, так что действующее на проволоку 1 возбуждающее поле имеет положительный пик 150 Э, а отрицательный пик только около 20 Э. Сопротивление ветви 15 является просто сопротивлением, ограничивающим ток.Петля гистерезиса для проволоки 1 по изобретению, возбужденной описанным образом, показана кривой 16 на Фиг. 3 (показана та форма, которую видно было бы .на осциллог- . раФе), Разрывы кривой 16 видны на осциллографе лишь как слабосветящий-: ся след, потому что скорость изменения магнитного потока .(или намагниченности) через сердцевинную часть 2, когда напряженность внешнего поля Н проходит через соответствующую пороговую величину, очень велика. Больший разрыв кривой 16 наблюдается, когда внешнее продольное магнитное поле Н перемагничиваетпродольно намагниченную сердцевинную часть из обратного состояния (фиг. 1) в состояние совпацения. Малый разрыв наблюдается при переходе из состояния совпадения в обратное посредством перемагничивания внешним полем сердцевинной части совпадения, Импульс 17 (Фиг.3) индуцированный в катушке 11 при церемагничивании.иэ обратного состояния в состояние совпадения, намного больше, чем импульс 18, инду- цированный при перемагничивании иэ состояния совпадения в обратное. Например, при использовании отрезка проволоки 1 длиною 3 см и воспринимающей катушки 11 с 925 витками проволоки и подаче выходного сигнала от катушки 11 в нагрузке 1000 Ом импульс 17 составляет более 1,5 В и имеет длительность примерно 20 мкс при половинной амплитуде. А импульс 18 имеет сравниваемые значения 125 мВ и по меньшей мере 60 мкс. Таким образом, при этих условиях амплитуда импульса 17 в 12 раз больше амплитуды импульса 18. В незамкнутой цепи получается импульс 17. более 2 В,Когда устройство возбуждения создает отрицательное поле Н, равное 150 Э и положительное поле Н равное 160 Э, получаются два импульса 19, равных друг другу и противоположных по полярности (см. ) фиг. 4), Каждый из этих двух им- . пульсов 19 имеет амплитуду около 550 мВ и длительность (ширину) около 40 мкс при половинной амплитуде. 10Таким образом, при симметричном перемагничивания два получаемых импульса равны друг другу и имеют значительно меньшую величину,чем импульс 17,по" лучаемый при оптимальном асимметричном 5 перемагничиванияии сердцевинной части. При использовании схемы, показанной на фиг. 2, за исключени" ем элементов 13 и 14 на проволоку 1. будет действовать синусоидальное возбуждающее поле (кривая 20), соз-, дающее внешнее поле Н, напряженность которого изменяется от +150 до -150 Э. Результатом является петля 21 гистерезиса. 25При максимальном положительном поле Н оболочковая часть 3 и сердцевинная часть 2 намагничиваются в положительном направлении, пред-. ставленном верхним правым углом пет-: ли 21 гистерезиса. Это можно счи-тать положительным состоянием сов- .: падения. При .уменьшении внешнего поля Н намагниченность будет умень," шаться до тех пор, пока при относи-. тельно небольшом Отрицательном по ле Н, составляющем примерно -12 Э. сердцевинная часть 2 не изменит :направление своей намагниченности с.положительного на отрицательное. Таким образом, проволока 1 пере- ,.:40 магничивается из состояния совпаде; ния в обратное. При этом в петле 21 гистерезиса образуется разрыв 214, и в результате на воспринимающей катушке 11 появляется выходной импульс примерно в 550 мВ и длитель.-. ностью 40 мкс. При дальнейшем увеличении поля Н в отрицательном направлении достигается, точка, в которой направление намагниченности оболоч .ки изменяется на противоположное, 50 результатом чего являются небольшой разрыв 216 в петле 21 гистереэиса и небольшой выходной импульс 22, Сердцевина и оболочка находятся теперь в отрицательном состоя.нии совпадения, Поле н достигает отрицательного пика, а затем уменьшается по величине. Когда поле Н становится положительным (около 12 Э), сердцевинная часть 2 изменяет направление намагниченности на положительное, что показано разрывом 21 СПри этом вырабатывается другой выходной импульс 19, амплитуда которого 550 мВ и длительность 40 мкс. Происходит перемагничивание из отрицательного состояния совпадения в обратное состояние, Поле Н продолжает дальнейшее свое увеличение в положительном направлении до того момента, при котором оболочковая часть изменяет направление своей намагниченности, результа том чего являются небольшой выходной импульс 22 и возврат проволоки 1 в положительное состояние совпадения.Перемагничивание из обратного состояния в состояние совпадения да-. ет большой выходной импульс, чем перемагничивание из состояния совпадения в обратное, потому что первое происходит с более высокой скоростью, чем последнее,В описанных вариантах для сердцевины необходимо изменять направление возбуждающего поляН на противоположное, Простое полное снятие возбуждающего поля Н не обеспечит перемагничивания сердцевин-,ной части 2. Укаэанная необходимость в изменении направления возбуждающего поля на противОположноедля обеспечения перемагничиваниясердцевины существует независимо оттого, каков тип; перемагничивания:асимметричный.(фиг. 3) или симметричный (фиг. 4),В противоположность этому в вариантах с желеэоникелевой проволокойпоследняя автоматически перемагни" .чивается иэ .состояния совпадения вобратное при снятии возбуждающегополя,.илиал ППП фПатентф-, г. Ужгород,роекти каз 6971/61 Тирв,703 ВНИИПИ Государственного. комитета СС по делам изобрейеМий и открытий 113 О 35, Москва, Ж, Раушская наб.