SU1320782A1 - Hysteresigraph - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к средствам измерений свойств магнитных материалов и предназначено в основном дл  сн ти  динамической петли гистерезиса тонких магнитных пленок.The invention relates to measuring the properties of magnetic materials and is mainly intended to remove the dynamic hysteresis loop of thin magnetic films.

Известен гистериограф, который содержит намагничивающую систему в виде двойного симметричного  рма с размещенными на нем обмотками, подключенными к генератору переменного тока , и два датчика Холла с соответствующими измерительными трактами и графопостроителем. Обмотка намагничивани  расположена на симметричном  рме так, что при ее запитке перемен- ным током основной магнитный поток, вызываемый магнитодвижущей силой этой обмотки с током, пронизывает боковыеThe hysterographer is known, which contains a magnetizing system in the form of a double symmetric frame with windings placed on it connected to an alternator and two Hall sensors with corresponding measuring paths and a plotter. The magnetizing winding is located on a symmetric rom so that when it is powered by alternating current, the main magnetic flux caused by the magnetomotive force of this winding with current penetrates the side currents.

последних намагничивающее образец магнитное поле. Напр женность намагничивающего магнитного пол  измер етс  датчиком Холла, размещенным в зазоре одного из боковых стержней  рма l ...The last magnetizing pattern is the magnetic field. The intensity of the magnetizing magnetic field is measured by a Hall sensor placed in the gap of one of the side bars of the frame l ...

При подключении обмотки  рма к генератору переменного тока магнитный поток в центральном стержне  рма отсутствует , если в зазоре его бокового; стержн  отсутствует испытываемый образец, так как магнитна  система в зтом случае сбалансирована. При этом на датчик Холла, который установлен в зазоре центрального стержн   рма и предназначен дл  измерени  магнитной индукции в испытываемом образце, не действует переменное магнитное намагничивающее поле. Следовательно , втора  половина  рма с.расположенными на нем секци ми обмотки  вл етс  в этом гистериографе элементом компенсации непосредственного вли ни  намагничивающего ма-гнитного пол  на датчик магнитной индукции в образце. Внесение в зазор одного из боковых стержней  рма испытьтаемого магнитного образца, приводит к разбалансу магнитной системы за счет уменьВ узел 1 намагничивани  помещают испытываемый образец 2. Катушка 3 узла намагничивани  подключена к выходу генератора 4 переменного синусоидального Toica. Напр женность намагничивающего образец пол  измер етс  посредством датчика 5 Холла, а индукци  в испытываемом образце 2 - посредством 6 датчика. Оба датчика запи- тываютс  от генератора 7 разнопол р- ных пр моугольных импульсов. Выходы датчиков 5 и 6 Холла подключены к входам соответствующих измерительных усилителей 8, выходы которых подсоешени  магнитного сопротивлени  этогоWhen connecting the winding of the chassis to the alternator, the magnetic flux in the central rod of the chassis is absent if its side is in the gap; the rod is missing a test specimen, since the magnetic system is in this case balanced. In this case, the Hall sensor, which is installed in the gap of the central rod of the PM and is designed to measure the magnetic induction in the test sample, is not affected by an alternating magnetic magnetizing field. Consequently, the second half of the frame, with the winding sections located on it, is in this hysterographer an element of compensating for the direct influence of the magnetizing magnetic field on the magnetic induction sensor in the sample. The insertion into the gap of one of the side rods of the test magnetic sample leads to an imbalance of the magnetic system due to a decrease in the magnetization unit 1 placing the test sample 2. The coil 3 of the magnetization unit is connected to the output of the alternating sinusoidal Toica generator 4. The intensity of the magnetizing field is measured by a Hall sensor 5, and the induction in the test sample 2 is measured by a 6 sensor. Both sensors are powered by a generator of 7 opposite-field rectangular pulses. The outputs of the Hall sensors 5 and 6 are connected to the inputs of the corresponding measuring amplifiers 8, the outputs of which are connected to the magnetic resistance of this

зазора. Это приводит к по влению маг- 0 динены к сигнальным входам фазочувст- нитного потока в центральном стержне вительных детекторов 9, выходные нап-  рма, амплитуда которого пропорциональна магнитной индукции в испытьгоае- мом образце.clearance. This leads to the appearance of magnetoinene to the signal inputs of the phase-sensitive flux in the central rod detector 9, the output voltage, whose amplitude is proportional to the magnetic induction in the test specimen.

р жени  которых подвод тс  посредством полосовых фильтров 10, к входам регистрирующего прибора 11. Опорные 55 входы фазочувствительных детекторовThe plots of which are supplied by means of band-pass filters 10 to the inputs of the recording device 11. The reference 55 inputs of phase-sensitive detectors

Сигналы, снимаемые с каждого из . 9 соединены с выходом генератора 12 датчиков Холла,  вл ютс  аналогами опорных однопол рных импульсов удво- магнитной индукции в образце и напр - енной частоты, синхронизируемого ге The signals taken from each of. 9 are connected to the generator output 12 of the Hall sensors, are analogs of the reference unipolar pulses of double magnetic induction in the sample and the direct frequency synchronized by

00

00

женности действующего на него магнитного пол . ..the magnetic field acting on it. ..

Недостатком известного гистерио- графа  вл етс  его низка  точность, котора  не позвол ет производить регистрацию динамической петли гистерезиса тонких магнитных пленок при толщине последних менее сотых долей миллиметра.A disadvantage of the known hysterographer is its low accuracy, which does not allow the registration of a dynamic hysteresis loop of thin magnetic films with a thickness of the last few hundredths of a millimeter.

Цель изобретени  - повьшение точности гистериографа.The purpose of the invention is to increase the accuracy of the hysterograph.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что гистериограф, содержащий намагничивающую обмотку, подключенную к генератору переменного тока, два датчика Холла, выходы которых соединены с входами усилителей переменного тока , элемент компенсации и регистрирующий прибор, введены два фазочув- ствительных детектора, два полосовых фильтра и синхронизируемый генератор опорных импульсов, выход которого соединен с опорными входами фазочувст- вительных детекторов, причем выходы фазочувствительных детекторов соединены с соответствзтощими полосовыми . фильтрами, выходы которьпс подключены к входам регистрирующего прибора, а сигнальные входы фазочувствительных детекторов подключены к выходам усилителей переменного тока.The goal is achieved by the fact that a hysterograph containing a magnetizing winding connected to an alternator, two Hall sensors, the outputs of which are connected to the inputs of alternating current amplifiers, a compensation element and a recording device, has two phase-sensitive detectors, two band-pass filters and a synchronized generator. reference pulses, the output of which is connected to the reference inputs of phase-sensitive detectors, and the outputs of phase-sensitive detectors are connected to the corresponding strips mi filters, the outputs of which are connected to the inputs of the recorder, and the signal inputs of the phase-sensitive detectors are connected to the outputs of the AC amplifiers.

На фиг. 1 изображена блок-схема гистериографа; на фиг. 2 - осциллограммы сигналов в гистериографе, по- 5  сн ющие принцип его работы.FIG. 1 shows a block diagram of a hysterograph; in fig. 2 - oscillograms of signals in the hysterograph, 5 which explain the principle of its operation.

В узел 1 намагничивани  помещают испытываемый образец 2. Катушка 3 узла намагничивани  подключена к выходу генератора 4 переменного синусоидального Toica. Напр женность намагничивающего образец пол  измер етс  посредством датчика 5 Холла, а индукци  в испытываемом образце 2 - посредством 6 датчика. Оба датчика запи- тываютс  от генератора 7 разнопол р- ных пр моугольных импульсов. Выходы датчиков 5 и 6 Холла подключены к входам соответствующих измерительных усилителей 8, выходы которых подсое5A test sample 2 is placed into the magnetization unit 1. The coil 3 of the magnetization unit is connected to the output of the alternating sinusoidal Toica generator 4. The intensity of the magnetizing field is measured by a Hall sensor 5, and the induction in the test sample 2 is measured by a 6 sensor. Both sensors are powered by a generator of 7 opposite-field rectangular pulses. The outputs of the sensors 5 and 6 of the Hall are connected to the inputs of the corresponding measuring amplifiers 8, the outputs of which are connected5

00

00

5five

0 динены к сигнальным входам фазочувст- вительных детекторов 9, выходные нап- 0 dinene to the signal inputs of the phase-sensitive detectors 9, the output

нератором питани  датчиков. Дл  минимизации непосредственного вли ни  намагничивающего пол  на датчик 6 индукции В испытуемом образце используетс  элемент 13 компенсации этого вли ни .sensor power dispenser. In order to minimize the direct influence of the magnetising field on the induction sensor 6, the sample to be tested uses a compensation element 13 for this effect.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

При подключении катушки 3 узла 1 намагничивани  к генератору 4 пере- менного тока создаетс  периодическое перемагничивающее образец магнитное поле. Дл  измерени  напр женности намагничивающего образец пол  используют датчик 5 Холла. Датчик Холла 6 используют дл  измерени  индукции в испытательном образце. Этот датчик размещаетс  в намагничивающем узле так, чтобы вли ние н.амагничивающего пол  на датчик при отсутствии испыты ваемого образца было минимальным.When the coil 3 of the magnetization unit 1 is connected to the alternating current generator 4, a periodic magnetic field of the sample is created. A Hall sensor 5 is used to measure the intensity of the magnetizing sample floor. Hall sensor 6 is used to measure induction in a test sample. This sensor is placed in the magnetizing unit so that the influence of the magnetising field on the sensor in the absence of a test specimen is minimal.

Осциллограммы на фиг. 2 дл  нагл дности приведены дл  двух различных моментов времени и справедливы дл  процессов происход щих как в тракте измерени  напр женности намагничивающег пол ,так ив тракте измерени  магнитной индукции виспытьшаемом образце.The waveforms in FIG. 2 for clarity are given for two different points in time and valid for the processes occurring both in the measurement path of the magnetizing field, and in the measurement path of the magnetic induction of a hanging sample.

Осциллограммы а соответствуют случают, когда положительные импуль- сы управл ющего тока датчика совпадают с максимумами положительных значений напр женности намагничивающего пол , действующего на один из датчиков Холла, ипи с максимальными зна- чени ми индукции в образце, действующей на второй датчик Холла, соответственно . Осциллограммы i соответствуют ситуации, противоположной первой.Oscillograms and correspond to the cases when the positive pulses of the control current of the sensor coincide with the maxima of positive values of the magnetizing field strength acting on one of the Hall sensors, and maximize the values of the induction in the second Hall sensor, respectively. Oscillograms i correspond to the situation opposite to the first one.

Генератор 7 питани  датчиков 5 и 6 вырабатывает разнопол рные пр моугольные импульсы равной амплитуды период Т ; следовани  которых квазиравен периоду повторени  генератора 4 переменного тока, а следовательно, почти равен периоду колебаний напр женности Т( намагничивающего пол  и индукции в образце 2 (фиг. 2а, б). При запитке управл ющим током Iu(t)The generator 7 for supplying sensors 5 and 6 generates heteropolar rectangular pulses of equal amplitude, period T; following which is quasi-equal to the repetition period of the alternating current generator 4, and, therefore, almost equal to the oscillation period of the intensity T (magnetizing field and induction in sample 2 (Fig. 2a, b). When powered with a control current Iu (t)

датчиков Холла и воздействии на них переменного намагничивающего магнитного пол  или пол  рассе ни  образца соответственно в их выходных сигналах присутствуют три составл ющие: остаточное напр жение U датчика Холла (фиг. 2а, б), которое может быть выражено зависимостьюThe Hall sensors and the effect of the alternating magnetizing magnetic field or the scattering field of the sample, respectively, in their output signals there are three components: the residual voltage U of the Hall sensor (Fig. 2a, b), which can be expressed by the dependence

UOCTUOCT

ROCT l)(t),ROCT l) (t),

гдеWhere

сопротивление небаланса пластины датчика Холла. Hall sensor plate unbalance resistance.

Это напр жение повтор ет собой форму управл ющего тока датчика, так как изменение направлени  управл ющего тока датчика приводит к изменению пол рности остаточного напр жени  датчика j напр жение индукционной наводки Е„„, (фиг. 2а, б), возникающее за счет токосцеплени  датчика с. магнитным полемThis voltage repeats the form of the control current of the sensor, since a change in the direction of the control current of the sensor leads to a change in the polarity of the residual voltage of the sensor j, the inductive pickup voltage Е „„, (fig. 2a), arising due to current coupling sensor c. magnetic field

т-1 Оt-1 O

Инд 9КВIndus 9KV

где S,where s

К6K6

d B(r.)d B (r.)

ТГ Tg

эквивалентна  площадь контура , образованного конструктивными элементами датчика Холла-,is equivalent to the area of the contour formed by the structural elements of the Hall sensor-,

B(t) - магнитна  индукци  действующего на датчик магнитного пол ;B (t) is the magnetic induction of the magnetic field acting on the sensor;

холловское напр жение и, датчика (фиг. 2а, б), которое пропорционально управл ющему току датчика и индукции действующего на него магнитного пол , т.е.Hall voltage and, sensor (Fig. 2a, b), which is proportional to the control current of the sensor and induction of the magnetic field acting on it, i.e.

и y-i,,(t) B(t),and yi ,, (t) B (t),

где J - чувствительность датчика.where J is the sensor sensitivity.

5; five;

5five

00

Поскольку изменение пол рности импульсов управл ющего тока датчиков в рассматриваемые промежутки времени сопровождаетс  квазисинхронным изменением направлени  действующего на него магнитного пол , то холлов- :ское напр жение представл ет собой в пределах рассматриваемых временных интервалов однопол рные импульсы. Осциллограмма холловского напр жени , сн та  за более длительный промежуток времени, представл ет собой импульсную последовательность, модулированную по амплитуде. Форма огибающей импульсной последовательности повтор ет собой форму индукции магнитного пол , действующего на датчик, ро в отличии от нее имеет значительно больший период повторени .Since the polarity of the pulses of the control current of the sensors in the considered periods of time is accompanied by a quasi-synchronous change in the direction of the magnetic field acting on it, the Hall-: voltage represents single-pole pulses within the considered time intervals. The oscillogram of a Hall voltage, taken over a longer period of time, is an amplitude modulated pulse sequence. The shape of the envelope of the pulse sequence repeats the form of induction of the magnetic field acting on the sensor, rho unlike it has a much longer repetition period.

Результирующий сигнал (фиг. 2а,б) на выходе датчика, и на выходе усили- тел  8 представл ет собой сумму трех перечисленных составл ющих. Паразитные сигналы (индукционна  наводка в цеп х датчика Холла и его остаточное напр жение) измен ютс  с частотами О и «и соответственно,а огибающа  холловского напр жени  датчика измен етс  во времени с разностной частотой этих сигналов, T.e.uw и, -соу.The resulting signal (Fig. 2a, b) at the output of the sensor, and at the output of the amplifiers 8, is the sum of the three components listed. The parasitic signals (inductive induction in the Hall sensor circuits and its residual voltage) change with frequencies O and "and, respectively, and the envelope of the Hall voltage of the sensor varies with time with the difference frequency of these signals, T.e.uw and, -coo.

5TI5TI

С выходов усилителей 8 переменного тока эти напр жени  подаютс  на сигнальные входы соответствующих амплитудных фазочувствительных детекторов 9, которые работают в ключевом режиме (фиг. 2а, б) поскольку на их опорные входы поступают однопол рные импульсы , частота повторени  которых вдвое больше частоты повторени  импульсов управл ющего тока датчиков. Опорные однопол рные импульсы получают в генераторе 12 опорных импульсов синхронизируемом генератором 7. Осциллограмма 7а, б иллюстрирует фор му выходных напр жений фазочувствительных детекторов, представл ющих собой сигналы типа меандр, смещенныеFrom the outputs of the AC amplifiers 8, these voltages are applied to the signal inputs of the corresponding amplitude phase-sensitive detectors 9, which operate in the key mode (Fig. 2a, b) because their unipolar pulses, whose repetition frequency is twice the control pulse frequency, arrive at their reference inputs sensor current. The reference unipolar pulses in the generator receive 12 reference pulses synchronized by the generator 7. The oscillogram 7a, b illustrates the shape of the output voltages of phase-sensitive detectors, which are square-wave signals, shifted

Редактор Е.КопчаEditor E. Kopcha

Составитель И.КуницынCompiled by I.Kunitsyn

Техред В.Кадар Корректор М.ШарошиTehred V.Kadar Proofreader M.Sharoshi

Заказ 2657/50Тираж 730 .ПодписноеOrder 2657/50 Circulation 730. Subscription

ВНИИПИ Государственного комитета СССРVNIIPI USSR State Committee

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5

Производственно-полиграфическое, предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4Production and printing company, Uzhgorod, Projecto st., 4

207826207826

относительно нулевого (среднего) положени . Уровень смещени  пропорционален холловской ЭДС датчика, на выходе соответствующего датчика опреде5 л ют измер емую магнитную индукцию в исследуемом образце и напр женность намагничивающего его пол . Дл  получени  полезной информации об измер емых величинах необходимо вьщелитьrelative to the zero (middle) position. The level of displacement is proportional to the Hall EMF of the sensor, the output of the corresponding sensor determines the measured magnetic induction in the sample under study and the intensity of the field magnetising it. To obtain useful information about the measured values, it is necessary to select

JO из выходного сигнала составл ющую с разностной частотой доз. Это осуществл етс  при помощи полосовых фильтров 10, которые настроены на разностную частоту Лео . Выходное напр жение по15 лосовых фильтров свободно от вли ни  остаточного напр жени  датчика и индукционной наводки в его цеп х.JO from the output signal component with the difference frequency of doses. This is accomplished with band-pass filters 10, which are tuned to a Leo difference frequency. The output voltage of the vacuum filters is free from the effect of the residual voltage of the sensor and inductive pickup in its circuits.

Claims (1)

ГИСТЕРИОГРАФ, содержащий намагничивающую обмотку, подключенную к генератору переменного тока, два датчика Холла, выходы которых соединены с входами усилителей пере- менного тока, элементы компенсации и регистрирующий прибор, о т л и ч ающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены два фазочувствительных детектора, два полосовых фильтра и синхронизируемый генератор опорных импульсов, выход которого соединен с опорными входами фазочувствительных детекторов, причем выходы фазочувствительных детекторов соединены с соответствующими полосовыми фильтрами, выходы которых подключены к входам регистрирующего прибора, а сигнальные входы фазочувствительных детекторов подключены к выходам усилителей перемен- с ного тока.A HYSTERIOGRAPH containing a magnetizing winding connected to an alternator, two Hall sensors, the outputs of which are connected to the inputs of alternating current amplifiers, compensation elements and a recording device, which requires increasing the accuracy two phase-sensitive detectors, two band-pass filters and a synchronized reference pulse generator are introduced, the output of which is connected to the reference inputs of the phase-sensitive detectors, and the outputs of the phase-sensitive detectors are connected to the corresponding uyuschimi bandpass filters whose outputs are connected to inputs of the recording device, and the phase-sensitive detector signal inputs connected to the outputs of amplifiers with alternating current. SU,„ 1320782 А1SU, „1320782 A1 1 13207821 1320782