Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обоснование необходюлости разработки устройств временной дискретизации сигналов для определения динамических магнитных характеристик магнитомягких материалов 8
1.1. Анализ магнитных характеристик и параметров магнитомягких материалов 8
1.2. Анализ методов и устройств для регистрации динамических магнитных характеристик маг-нитомягких материалов 18
1.3. Развитие основанных на стробировании методов определения характеристик магнитомягких материалов 31
Выводы по главе I 41
Глава II. Разработка и исследование глногостробовых устройств временной дискретизации сигналов для определения динамических магнитных характеристик магнитомягких материалов 43
2.1. Разработка стробоскопических преобразователей сигналов со.сдвигающимися сериями строб импульсов 43
2.2. Разработка дифференциального метода стробоскопического преобразования периодических сигналов для регистрации циклов перемагни-чивания магнитомягких материалов 52
2.3. Определение характеристик магнитомягких материалов с помощью дифференциального стробоскопического преобразователя методом статистических испытаний - 68
Выводы по главе II 78
Глава III. Разработка адаптивных устройств, основанных на стробировании периодических сигналов, для исследования характеристик магнитомягких материалов 80
3.1. Разработка адаптивных устройств временной дискретизации для регистрации циклов перемаг-ничивания магнитомягких материалов 80
3.2. Анализ адаптивных стробоскопических преобразователей 90
3.3. Разработка способов формирования интерналов дискретизации адаптивных стробоскопических, устройств для регистрации петель гистерезиса магнитомягких материалов 99
3.4. Разработка адаптивных устройств для регистращш магнитошумовых характеристик материалов 107
Выводы по главе III 122
Глава ІV. Исследование возможностей разработанных приборов для испытания магнитомягких материалов 124
4.1. Определение характеристик магнитомягких материалов с помощью разработанных приборов 124
4.2. Исследование двухчастотного рекима перемагничивания при регистрации параметров магнитного шума 129
4.3. Определение магнитных характеристик с помощью накладных первичных преобразователей. полуброневого типа 141
4.4 Расчет характеристик магнитомягких материалов по сигналам накладных преобразователей 148
Выводы по главе 151
Заключение 153
Список литературы 156
Приложения 166
- Анализ магнитных характеристик и параметров магнитомягких материалов
- Разработка стробоскопических преобразователей сигналов со.сдвигающимися сериями строб импульсов
- Разработка адаптивных устройств временной дискретизации для регистрации циклов перемаг-ничивания магнитомягких материалов
- Определение характеристик магнитомягких материалов с помощью разработанных приборов
Анализ магнитных характеристик и параметров магнитомягких материалов
Магнитные характеристики и параметры отражают процессы перемагничивания и представляют магнитные свойства вещества, рассматриваемые как результат взаимодействия магнитного материала с магнитным полем [I].
По феноменологической теории Вейсса и теории микромагнетизма, начало которой заложено Ландау и Лившицем в 1935 году, при температуре ниже температуры Кюри для ферромагнетиков и температуры Нееля для антиферромагнетиков в магнитоупорядоч-ненном веществе, в основном благодаря кулоновским и обменным взаимодействиям между нелокализованными ol и о1 8 электронами, формируется доменная структура, зависящая от состава вещества и дефектов кристаллической, решетки [2].
В процессе перемагничивания такого вещества происходит смещение доменных стенок, скачкообразные изменения ориентации магнитных моментов доменов и вращение векторов намагниченности доменов. Магнитоструктурные превращения в материале приводят к изменению суммарного магнитного поля, характеризуемого магнитной индукцией. Зависимости индукции от напряженности поля ВСН)-- семейства петель гистерезиса - отражают процессы перемагничивания и используются для описания магнитных свойств материала. Семейства петель гистерезиса содержат большое количество ин формации о характере изменения магнитного состояния материала и являются основными характеристиками магнитомягких материалов.
Регистрируемые с помощью специализированной аппаратуры зависимости В(Н) - это усредненные характеристики материала. Более детальное исследование динамики процессов перемагничивания показывает, что в ферромагнетике изменение внешнего магнитного поля вызывает скачкообразные изменения индукции (эффект Барк-гаузена) [з]. При помещении такого вещества в переменное поле происходят необратимые изменения магнитной структуры, различные в каждом цикле перемагничивания [4].
В результате исследования эффекта Баркгаузена установлена связь между параметрами петли гистерезиса и скачков Баркгаузена (СБ). Распределение СБ по кривой гистерезиса существенно неравномерно [4], функция этого распределения изменяется с изменением структуры материала. Чувствительность к структуре материала параметров СБ выше, чем параметров петли гистерезиса и при изменении состояния материала может наблюдаться как высокий коэффициент корреляции, так и неоднозначная зависимость между параметрами петли гистерезиса и СБ [5,б].
Разработка стробоскопических преобразователей сигналов со.сдвигающимися сериями строб импульсов
Магнитные характеристики и параметры отражают процессы перемагничивания и представляют магнитные свойства вещества, рассматриваемые как результат взаимодействия магнитного материала с магнитным полем [I].
По феноменологической теории Вейсса и теории микромагнетизма, начало которой заложено Ландау и Лившицем в 1935 году, при температуре ниже температуры Кюри для ферромагнетиков и температуры Нееля для антиферромагнетиков в магнитоупорядоч-ненном веществе, в основном благодаря кулоновским и обменным взаимодействиям между нелокализованными ol и о1 8 электронами, формируется доменная структура, зависящая от состава вещества и дефектов кристаллической, решетки [2].
В процессе перемагничивания такого вещества происходит смещение доменных стенок, скачкообразные изменения ориентации магнитных моментов доменов и вращение векторов намагниченности доменов. Магнитоструктурные превращения в материале приводят к изменению суммарного магнитного поля, характеризуемого магнитной индукцией. Зависимости индукции от напряженности поля ВСН)-- семейства петель гистерезиса - отражают процессы перемагничивания и используются для описания магнитных свойств материала. Семейства петель гистерезиса содержат большое количество информации о характере изменения магнитного состояния материала и являются основными характеристиками магнитомягких материалов.
Регистрируемые с помощью специализированной аппаратуры зависимости В(Н) - это усредненные характеристики материала. Более детальное исследование динамики процессов перемагничивания показывает, что в ферромагнетике изменение внешнего магнитного поля вызывает скачкообразные изменения индукции (эффект Барк-гаузена) [з]. При помещении такого вещества в переменное поле происходят необратимые изменения магнитной структуры, различные в каждом цикле перемагничивания [4].
В результате исследования эффекта Баркгаузена установлена связь между параметрами петли гистерезиса и скачков Баркгаузена (СБ). Распределение СБ по кривой гистерезиса существенно неравномерно [4], функция этого распределения изменяется с изменением структуры материала. Чувствительность к структуре материала параметров СБ выше, чем параметров петли гистерезиса и при изменении состояния материала может наблюдаться как высокий коэффициент корреляции, так и неоднозначная зависимость между параметрами петли гистерезиса и СБ [5,б].
Разработка адаптивных устройств временной дискретизации для регистрации циклов перемаг-ничивания магнитомягких материалов
Адаптивные алгоритмы регистрации магнитных параметров основаны на прогнозировании параметров входных сигналов МИА по результатам предыдущих испытаний. Прогнозирование может производиться различным образом. В зависимости от способов прогнозирования векторы сигналов магнитоизмерительных преобразователей можно разделить на две группы:
1) векторы сигналов, элементы которых представляют собой точки непрерывной функциональной зависимости (сигналы индукции, напряженности поля, огибающие магнитного шума и т.д.);
2) векторы сигналов, элементы которых рассматриваются как независимые переменные.
Особенность сигналов первой группы - для их прогнозирования могут использоваться методы интерполяции и экстраполяции, а при высоком уровне случайных составляющих - методы аппроксимации. Прогнозирование сигналов второй группы возможно только по результатам исследования коэффициентов связи между ними, например, коэффициентов корреляции. Такие алгоритмы формирования информационных сигналов реализуются в основном с помощью средств вычислительной техники.
Условием достоверного прогнозирования сигналов первой группы является ограничение значений мер близости о. между известными х и определяемыми X; элементами сигналов: р„ - мера близости между х. и х. элементами регистрируемого вектора сигналов. В качестве мер близости могут быть выбраны величины пропорциональные отклонениям текущих значений входных сигналов МИА или их производных от прогнозируемых. В этих случаях адаптивные алгоритмы достаточно эффективны и реализуются сравнительно простыми средствами.
Рассмотрим возможности повышения характеристик МИА на примерах разработанных структурных схем адаптивных устройств и систем для исследования магнитных характеристик рис. 3.1 ... 3.3.
В устройстве для регистрации магнитных характеристик рис. 3.1 входной сигнал является управляющим для формирователя строб-импульсов. Установка шага стробирования производится по текущим характеристикам входного сигнала. Вид связи шага дискретизации с параметрами входных сигналов зависит от целей адаптации. Использование такого вида адаптации позволяет уменьшить время регистрации, снизить динамические искажения, получить нелинейное преобразование сигналов.
Определение характеристик магнитомягких материалов с помощью разработанных приборов
В результате работы над диссертацией разработано и изготовлено два прибора для исследования характеристик магнитомягких материалов: прибор для исследования и контроля динамических свойств электротехнических сталей 0СПГ-І и прибор для исследования магнитных характеристик.
I. Блок-схема прибора для исследования и контроля динамических свойств электротехнических сталей 0СПГ-І приведена на . рис. 4.1.
Прибор содержит усилитель мощности 4, обеспечивающий в зависимости от положения переключателя Bf "Режим" режим синусоидального изменения напряженности поля или режим синусоидального изменения индукции. Резистор R, "ОС" служит для регулировки величины обратной связи по каналу индукции и напряженности поля. В приборе предусмотрена плавная регулировка коэффициента трансформации временного масштаба сигналов, осуществляемая с помощью резистора R5 . Индикатор ИП I служит для контроля величины выходного напряжения по каждому из каналов „В" и „Н". Выходы прибора „В" и „Н" подключаются к двухкоординатному самописцу и через блоки сопряжения к ЭВМ "Электроника-60".
