Генератор импульсов магнитного поля

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ МАГНИТНОГО ПОЛЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Матюк Владимир Федорович Кратиров Валерий Борисович Пинчуков Дмитрий Анатольевич Бурак Вероника Анатольевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Генератор импульсов магнитного поля, содержащий блок питания, первый выпрямитель, первый электронный ключ, соленоид и параллельно соединенные между собой батарею конденсаторов и резистивный делитель напряжения, отличающийся тем, что содержит сетевой фильтр, импульсный трансформатор, токовый резистор, второй выпрямитель, второй электронный ключ, электронный коммутатор, микроконтроллер, ШИМконтроллер, шунт, панель управления и индикатор, причем сетевой фильтр, первый выпрямитель, первичная обмотка импульсного трансформатора, первый электронный ключ и токовый резистор соединены между собой последовательно, вторичная обмотка импульсного трансформатора через второй выпрямитель подключена к батарее конденсаторов,второму электронному ключу и входу электронного коммутатора, выход которого подключен к последовательно соединенным соленоиду и шунту, первый и второй входы микроконтроллера соединены с выходом резистивного делителя напряжения и с панелью управления соответственно, первый выход микроконтроллера соединен через ШИМконтроллер с управляющим входом первого электронного ключа, второй, третий и четвертый выходы микроконтроллера соединены с управляющими входами второго электронного ключа и электронного коммутатора и с индикатором соответственно, а токовый резистор соединен с управляющим входом ШИМ-контроллера. 11677 1 2009.02.28 Устройство относится к области магнитных измерений, и может быть использовано, в частности, для намагничивания изделий при неразрушающем контроле их механических свойств. Известен импульсный генератор 1, содержащий накопительный конденсатор, параллельно которому подсоединены цепь разряда и резистивный делитель, подключенный к блоку сравнения, выход которого через цепь запирания соединен с цепью заряда накопительного конденсатора, устройство задержки и последовательно соединенные задающий генератор и элемент И, выход которого соединен с цепью заряда, а один из входов - с выходом блока сравнения и входом блока задержки, выход которого соединен с цепью разряда накопительного конденсатора. Недостатком данного устройства является зависимость точности установления требуемой амплитуды импульсов от ее величины при формировании импульсов магнитного поля разной амплитуды. Известен также импульсный генератор 2, содержащий накопительный конденсатор и включенные последовательно нестабилизированный выпрямитель, зарядный дроссель, два управляемых вентиля и нагрузку, причем к точке соединения зарядного дросселя и управляемого вентиля подключен резистивный делитель напряжения, соединенный со схемой сравнения, а между общей шиной и указанной точкой соединения включены дополнительный конденсатор и третий управляемый вентиль, управляющий электрод которого подключен к схеме сравнения, а его катод - к нестабилизированному выпрямителю через четвертый управляемый вентиль. Недостатком данного устройства является зависимость точности установления требуемой амплитуды импульсов от ее величины при формировании импульсов магнитного поля разной амплитуды. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является генератор импульсов 3, содержащий силовой трансформатор, выпрямитель, к выходу которого подключены последовательно соединенные дроссель, первый управляемый вентиль и первый конденсатор, второй управляемый вентиль, включенный в цепь разряда первого конденсатора на соленоид, задающий генератор, выход которого через первый формирователь импульсов подключен ко входу первого управляемого вентиля, второй конденсатор, резистивный делитель напряжения, выход которого соединен с одним из входов схемы сравнения, выход которой соединен с блокировочным входом задающего генератора и подключен ко входу второго управляемого вентиля через последовательно соединенные блок задержки и второй формирователь импульсов, третий конденсатор, включенный между выходной обмоткой силового трансформатора и входом выпрямителя, причем второй конденсатор включен параллельно выходу выпрямителя, резистивный делитель включен параллельно первому конденсатору, а емкости второго и третьего конденсаторов соотносятся не менее чем два к одному. Недостатком данного устройства является зависимость точности установления требуемой амплитуды импульсов от ее величины при формировании импульсов магнитного поля разной амплитуды. Задачей настоящего устройства является устранение зависимости точности установления требуемой амплитуды импульсов от ее величины при формировании импульсов магнитного поля разной амплитуды, например, при импульсном магнитном методе определения прочностных свойств ферромагнитных изделий из улучшаемых марок сталей. Сущность заявляемого устройства заключается в том, что оно содержит блок питания,первый выпрямитель, первый электронный ключ, соленоид, параллельно соединенные между собой батарею конденсаторов и резистивный делитель напряжения, сетевой фильтр, импульсный трансформатор, токовый резистор, второй выпрямитель, второй электронный ключ, электронный коммутатор, микроконтроллер, ШИМ-контроллер, шунт,панель управления и индикатор, причем сетевой фильтр, первый выпрямитель, первичная 2 11677 1 2009.02.28 обмотка импульсного трансформатора, первый электронный ключ и токовый резистор соединены между собой последовательно, вторичная обмотка импульсного трансформатора через второй выпрямитель подключена к батарее конденсаторов, второму электронному ключу и входу электронного коммутатора, выход которого подключен к последовательно соединенным соленоиду и шунту, первый и второй входы микроконтроллера соединены с выходом резистивного делителя напряжения и с панелью управления соответственно,первый выход микроконтроллера соединен через ШИМ-контроллер с управляющим входом первого электронного ключа, второй, третий и четвертый выходы микроконтроллера соединены с управляющими входами второго электронного ключа и электронного коммутатора и с индикатором соответственно, а токовый резистор соединен с управляющим входом ШИМ-контроллера. В отличие от прототипа в предлагаемое устройство дополнительно введены сетевой фильтр, импульсный трансформатор, токовый резистор, второй выпрямитель, второй электронный ключ, электронный коммутатор, микроконтроллер, ШИМ-контроллер, шунт,панель управления и индикатор, причем сетевой фильтр, первый выпрямитель, первичная обмотка импульсного трансформатора, первый электронный ключ и токовый резистор соединены между собой последовательно, вторичная обмотка импульсного трансформатора через второй выпрямитель подключена к батарее конденсаторов, второму электронному ключу и входу электронного коммутатора, выход которого подключен к последовательно соединенным соленоиду и шунту, первый и второй входы микроконтроллера соединены с выходом резистивного делителя напряжения и с панелью управления соответственно,первый выход микроконтроллера соединен через ШИМ-контроллер с управляющим входом первого электронного ключа, второй, третий и четвертый выходы микроконтроллера соединены с управляющими входами второго электронного ключа и электронного коммутатора и с индикатором соответственно, а токовый резистор соединен с управляющим входом ШИМ-контроллера. Это позволяет обеспечить высокую точность заряда батареи конденсаторов в широком диапазоне изменения требуемого напряжения заряда и тем самым обеспечит высокую точность формирования импульсов магнитного поля независимо от требуемой амплитуды этих импульсов. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства. Генератор импульсов магнитного поля состоит из сетевого фильтра 1, первого выпрямителя 2, импульсного трансформатора 3, первого электронного ключа 4, токового резистора 5, второго выпрямителя 6, батареи 7 конденсаторов, ШИМ-контроллера 8,резистивного делителя напряжения 9, микроконтроллера 10, панели 11 управления, второго электронного ключа 12, индикатора 13, электронного коммутатора 14, соленоида 15,шунта 16 и блока 17 питания. Работает устройство следующим образом. Формирование импульсов магнитного поля осуществляется путем заряда батареи 7 конденсаторов до заданного напряжения и последующего ее разряда через соленоид 15. Величина напряжения заряда вводится в микроконтроллер 10 с панели 11 управления, при этом может быть введена любая последовательность изменения амплитуды и полярности генерируемых импульсов. Заряд батареи 7 конденсаторов осуществляется выпрямленным посредством второго выпрямителя 6 напряжением со вторичной обмотки импульсного трансформатора 3 парциально путем многократного открытия-закрытия первого (зарядного) электронного ключа 4. Время открытого состояния первого электронного ключа 4 задается ШИМконтроллером 8 и определяется временем достижения зарядного тока через токовый резистор 5 критической величины. Число циклов открытия-закрытия первого электронного ключа 4 определяется требуемым напряжением заряда батареи 7 конденсаторов, обеспечивающим требуемую амплитуду импульсов магнитного поля, и отслеживается микроконтроллером 10 по величине напряжения, снимаемого с резистивного делителя 9. При 3 11677 1 2009.02.28 превышении требуемого уровня напряжения заряда батареи 7 конденсаторов микроконтроллер 10 блокирует ШИМ-контроллер 8 и процесс заряда прекращается. Превышение требуемого уровня напряжения заряда батареи 7 конденсаторов тем больше, чем меньше заданная амплитуда формируемого импульса. Для обеспечения необходимой точности заряда независимо от амплитуды формируемого импульса микроконтроллер 10 по величине напряжения, снимаемого с резистивного делителя 9, открывает второй электронный ключ 12, который разряжает батарею 7 конденсаторов током небольшой величины до требуемого уровня напряжения. После этого второй электронный ключ 4 закрывается и открывается коммутатор 14. При этом батарея 7 конденсаторов разряжается через соленоид 15 и шунт 16. Направление разряда задается микроконтроллером 10. Шунт служит для настройки наблюдения за величиной амплитуды импульса разрядного тока, а, следовательно, и амплитуды импульсного магнитного поля при настройке и поверке генератора. Требуемые для работы генератора уровни питания задаются блоком 17 питания. Сетевой фильтр 1 служит для уменьшения помех, возникающих по сети питания, а индикатор 13 для контроля за величиной заряда батареи 7 конденсаторов. Такая схема позволяет от одного и того же источника зарядить батарею 7 конденсаторов, например, емкостью 2000 мкФ как до напряжения 800 В, так и до напряжения 50 В с одинаковой точностью. Следовательно, одинаковой будет и точность формирования импульсов магнитного поля, амплитуда которых в данном случае будут отличаться в 4 раза. Эффективность заявляемого устройства обусловлена тем, что за счет равномерного заряда батареи конденсаторов с превышением требуемого уровня и устранения ее перезаряда посредством медленного разряда достигается высокая точность заряда батареи конденсаторов независимо от требуемой величины напряжения заряда и, следовательно,требуемая точность амплитуды импульсов магнитного поля независимо от ее величины. Источники информации 1. А.с. СССР 790281. Импульсный генератор / В.Б. Кратиров // Бюл. изобр. - 1980.47. - С. 289. 2. А.с. СССР 323854. Импульсный генератор / Н.И. Емельянов, В.В. Нестеров // Бюл. изобр. - 1972. -1. - С. 208. 3. А.с. СССР 1762391. Генератор импульсов / А.А. Осипов, В.Ф. Матюк // Бюл. изобр. 1992. -34. - С. 204. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4