Устройство для измерения направления вектора намагниченности в ферромагнитных материалах

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

357534

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства М

Заявлено 11.Vf f1.1969 (№ 1356036/18-10) М. K,ë. 6 01г 33/12 с присоединением заягки №

Комитет ло делам изобретений и открытий лри Совете Министров

СССР

Прнори гет

Опубликовано 31,Х.1972. Бюллетень № 33

Дата он блш<ования описаппя 1З.XII.1972

УД К 621.317.42 (088.8) Авторы изобретения

А. А. Пупшис и Б. С. Петровский

Ленинградский институт авиационного приборостроения

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ВЕКТОРА

НАМАГНИЧЕННОСТИ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛАХ

Изобретение относится к ооласти техники, связанной с контролем параметров и изучением магнитных свойств ферромагнитных материалов в виде сверхтонкого проката и пленок, используемых в качестве запоминающей среды для запоминающих устройств, в качестве сердечников для трансформаторов и т. д.

Известные устройства для измерения направления вектора намагннчcííîñòè в локальных областях ферромапштных материалов состоят из двух генераторов высокочастотных сигналов разных частот f> и f, соединенных с двумя ортогональнымп витками индуктивного датчика, К одному из витков подключен селектирующий фильтр, настроенный на суммарную частоту (f1+f2). Выход фильтра соединен со входом узкополосного усилителя, и выходу которого подключен детектор. 1-1агрузкой детектора является индикатор.

Недостатками известных устройств являются: механическое вращение датчш<а, механическая шкала отсчета измерений, участие оператора в процессе измерения. Вследствие указанных недостатков такие устройства нс могут быть использованы для динамических исследований ферромагнитных материалов (т. е. исследований при быстрых изменениях угла ориентации вектора намагниченности).

Для проведения одного измерения требуется значительное время, кроме того точность измерения ограничивается необходи мостью отсчета по механической шкале.

Цель изобретения — разработка устройства для измерения íаправлепия вектора намагниченности в локальной области ферромагнитного материала в виде сверхтонкого проката и пленок, позволяющего автоматически и с высокой точностью измерять величину угла ориентации вектора намагниченности н его дисперсию при быстром перемещении ферромагнитного материала, свободного от воздействия переменных внешних магнитных полей и механических напряжений.

Поставленная цель достигается путем введения электронного измерительного устройства, подключенного к выходу детектора.

Электронное измерительное устройство состоит из схемы выделения основного максимума, фазового детектора, синхронизатора и ре20 гистрирующего устройства. Схем а выделен и я основного максимума соединена с одним входом фазового детектора, а другой его вход соединен с синхронизатором, подключенным к одному из выходов генератора сигналов частоты модуляции. Выход фазового детектора соединен с регистрирующим устройством (например, осциллографом).

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения направления вектора намаг30 ниченности в ферромаппгтных материалах;

3 на фиг. 2 — вид огибающей выходного напряжения датчика Уз комбинационной частоты за

1 1 один период вращения Т= ) результигм) рующего вектора напряженности поля возбуждения для двух значений угла Ор, на фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы электронного измерительного устройства.

Индуктивный датчик, состоящий из двух взаимно перпендикулярных витков 1 и 2, укрепленных на неметаллическом стержне 8, установлен вблизи поверхности ферромагнитного образца 4. Формирователь высокочастотного качающегося и вращающегося электрически электромагнитного поля датчика 5 состоит из генератора б сигналов частоты модуляции и четырех амплитудных модуляторов

7, 8, 9, 10 Генератор б имеет два выхода, подключенные к попарно соединенным входам четырех амплитудных модуляторов 7 — 8 и

9 — 10. Выходы амплитудных модуляторов попарно соединены (7 — 10 и 8 — 9) и подключены к виткам 1 и 2 индуктивного датчика.

Генератор 11 сигналов высокой частоты соединен со вторыми входами амплитудных модуляторов 7 и 9, а генератор 12 сигналов высокой частоты f> соединен со вторыми входами амплитудных модуляторов 8 и 10.

К витку 2 датчика подсоединен селектирующий фильтр 18, настроенный на одну из комбинационных частот, например, суммарную (f +f ) Фильтр 18 соединен с усилителем 14, к выходу которого подключен детектор 15.

Электронное измерительное устройство lб состоит из схемы 17 выделения основного максимума выходного напряжения датчика, фазового детектора 18, синхронизатора 19 и регистрирующего устройства 20.

Выход схемы 17 подключен к одному входу фазового детектора 18, к другому его входу подключен синхронизатор 19, соединенный с одним из выходов генератора б. Выход фазового детектора 18 соединен с регистрирующим устройством 20 (например, осциллографом), а вход схемы 17 с выходом детектора 15.

Работает устройство следующим образом: генератор 11 генерирует сигналы высокой частоты f, поступающие на одни входы амплитудных модуляторов 7 и 9. На другой вход амплитудного модулятора 7 поступаюг опорные сигналы частоты модуляции F» с одного из выходов генератора б, а на другой вход модулятора 9 со второго выхода генератора б поступают сигналы частоты модуляции F, сдвинутые по фазе на 90 по отношению к опорному сигналу. Генератор 12 генерирует сигналы высокой частоты f2, поступающие на входы амплитудных модуляторов 8 и 10. На другой вход модулятора 8 поступают опорныс сигналы частоты модуляции F» с одного из выходов генератора б, а на другой вход модулятора 8 со второго выхода генератора б поступают сигналы частоты модуляции Г», 357534

4 сдвинутые по фазе на 90 по отношению к опорному. сигналу. Таким образом, на индуктивный датчик поступают четыре высокочастотных сигнала. На виток 1 датчика поступают сигналы частоты f<, модулированные по амплитуде опорным сигналом частоты модуляции F», и сигналы частоты f, модулированные по амплитуде сигналом частоты модуляции F», сдвинутым по фазе на 90 по отно10 шению к опорному сигналу, а на виток 2 датчика поступают сигналы частоты f, модулированные по амплитуде опорным сигналом частоты модуляции F», и сигналы частоты модулированные по амплитуде сигналом ча1> стоты модуляции F», сдвинутым по фазе на

90 по отношению к опорному сигналу, причем коэффициенты модуляции для всех четырех сигналов равны единице. Такая совокупность сигналов определенных амплитуд при20 водит к образованию высокочастотного качающегося и вращающегося электрически электромагнитного поля датчика такой величины, которая не вызывает необратимых изменений намагниченности в ферромагнитном материале. Качание результирующего вектора напряженности поля датчика образуется за счет взаимодействия высокочастотных электромагнитных полей частот f, и f>, а вращение его образуется за счет 100Р/р-ной модуляции высокочастотных токов в ортогональных витках и сдвига фаз модулирующих сигналов на

90 .

На фиг. 2 представлен вид огибающей компоненты выходного напряжения датчика V> на суммарной частоте (f +f ) за один период

1 вращения поля возбуждения Т= ) . Поз. )

2l обозначена зона высокочастотного качания результирующего вектора поля, составляющая

4о 1 — 2 . Здесь 2=2лР» — угловая частота вращения поля.

Возбуждение ферромагнитного материала слабым высокочастотным полем данной конфигурации приводит к появлению составляю45 щей потока с комбинационной частотой, например, суммарной ((+(), которая регистрируется витком 2 датчика.

Величина и фаза этого потока зависят от величины угла 9, характеризующего положение результирующего вектора поля датчика по отношению к положению вектора намагниченности ферромагнитного материала. Кривые 22 и 28 получены в результате расчета по аналитическому выражению, приведенному ниже, для двух значений угла Ор, определяющего положение вектора намагниченности относительно оси легкого намагничивания ферромагнитного материала. Кривая 22 отражает зависимость величины компоненты выходного напряжения датчика U па суммарной частоте от Qt (где Ю=2ртЕ»-, t — время) при

Ор — — О, а кривая 28 отражает ту же зависимостьь и ри Ор = 30 .

3а один период вращения результирующе65 го вектора напряженности поля возбуждения

357534

25 имеется шесть максимумов и шесть нулевых значений компоненты выходного напряжения датчика на суммарной частоте. Информацию о положении вектора намагниченности несут только два нулевых значения (при ot=0 н

Ю=л), называемых первичными нулями (см. фиг. 2). Положение других четыре.; нулей, а также величина и положение основны и дополнительных максимумов зависят от величины 0 и, следовательно, не могут бы" ü использованы для измерения направления вектора намагниченности фсрромагнитгцн о материала при воздействии на него переменных

B teIll0Hx возмущений (ма ltHTJIoeо ханических усилий и т. д.). Однако в случае, если влияние переменных внешних воздействий на ферромагнитный материал отсутствует, для измерения направления вектора намагнн ченц может быть использовано положение основного максимума (прн <2i= г

3=

«О1= ), а влияние постоянных внешних

2 воздействий на положение основного максимума может быть учтено в виде постоянной поправки. Это свойство формы огибающей выходного напряжения датчика на суммарной частоте (+/ ) и используется в данном устройстве для измерения направления вектора намагниченности.

Селектирующий фильтр 13 выделяет из общего сигнала, снимаемого с витка 2 датчика, компоненту суммарной частоты, которая усиливается затем усилителем 14 и подается на детектор 15. Огибающая выходного напряжения датчика на суммарной частоте подастся на схему 17 выделения основного максимума, производящую выделение моментов времени основных максимумов и формирование импульсов, подаваемых на вход фазового детектора 18, на другой вход которого подается опорная последовательность импульсов, сформированная синхронизатором 19 нз сигналов частоты модуляции Г,. Фазовый детектор 18 измеряет фазовый сдвиг между опорной последовательностью импульсов и последовательностью измерительных импульсов. Beëèчипа этого сдвига пропорциональна величине угла ориентации вектора намагниченности, так как основной максимум выходного напряжения датчика на суммарной частоте появляется в тот момент времени, когда результи5

5О рующий вектор напряженности поля возбуждения расположен под углом 90 к вектору намагниченности. Регистрирующее устройство (например, осциллограф) регистрирует величину угла или его дисперсию во времени при перемещении ферромагнитного материала относительно неподвижного в момент измерсния датчика.

I1a временной диаграмме (см, фнг. 3) кривой 24 показан опорный сигнал частоты модуляции Fqy, а на кривой 25 сформированная нз него синхронизатором 19 опорная последовательность импульсов.

Кривой 26 показано выходное напряжение с детектора 15, а кривой 27 сформированная нз него последовательность измерительных импульсов.

На кривой 28 показано выходное напряжение фазового детектора, пропорциональное величине фазового сдвига измерительной последовательности импульсов относительно опорной, т. с. пропорциональное величине угла ориентации вектора намагниченности.

Предмет изобретения

Устройство для измерения направления вектора намагниченности в ферромагнитных материалах в виде сверхтонкого проката и пленок, содержащее два генератора высокочастотных сигналов, формирователь высокочастотного качающегося и вращающегося электрически магнитного поля датчика, нндуктив ый датчик, состоящий из двух укрепленных на неметалличсском стержне взаимно перпепдик лярных витков, к одном из которых подключен селектирующий фильтр, связанный через усилитель с детектором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения величины угла ориентации вектора намагниченности и ее дисперсии, оно снабжено схемой выделения основного максимума, фазовым детектором и синхронизатором, вход которого подключен к одному из выходов генератора сигналов частоты модуляции, а выход — к одному из входов фазового детектора, другой вход которого соединен со схемой выделения основного максимума, подключенной к выходу детектора, а выход фазового детектора связан с регистрирующим устройством, 357534 г1

0,6

0й.

-0,2

-0,Ф

-0,6

Редактор Н. Белявская

Заказ 3950/1! Изд. № 1619 Тираж 406 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Рауглская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Г,.0

16

Оснобной макс

Составитель Л. Устинова

Тех ред Е. Борисова

Корректоры: Е. Сапунова и Е. Михеева