Генератор импульсов магнитного поля

(51) МПК (2009) 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 Осипов Александр Александрович(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, 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 соответственно с выходом резистивного делителя напряжения и с панелью управления, первый выход микроконтроллера соединен через ШИМ-контроллер с управляющим входом первого электронного ключа, второй, третий и четвертый выходы микроконтроллера соединены соответственно с управляющими входами второго электронного ключа и электронного коммутатора и с индикатором, а токовый резистор соединен с управляющим входом ШИМ-контроллера,отличающийся тем, что он дополнительно содержит терморезистор, источник тока и аналого-цифровой преобразователь, причем терморезистор размещен на поверхности соленоида и подсоединен к выходу источника тока и ко входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подсоединен к третьему входу микроконтроллера.(56) 1. А.с. СССР 790281 / В.Б.Кратиров. Импульсный генератор // Бюл. изобр. - 1980.47. - С. 289. 2. А.с. СССР 1762391 / А.А.Осипов, В.Ф.Матюк. Генератор импульсов // Бюл. изобр. 1992. -34. - С. 204. 3. Патент РБ 11677 / В.Ф.Матюк, В.Б.Кратиров, Д.А.Пинчуков, В.А.Бурак. Генератор импульсов магнитного поля // Афцыйны бюлетэнь. - 2009. -1. - С. 177. Полезная модель относится к области магнитных измерений и может быть использована, 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 температуры нагрева цепи разряда в процессе формирования импульсов. Известен также генератор импульсов 2, 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 температуры нагрева соленоида в процессе формирования импульсов. Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является генератор импульсов тока 3, содержащий 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 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 соответственно с выходом резистивного делителя напряжения и с панелью управления, первый выход микроконтроллера соединен 2 59202010.02.28 через ШИМ-контроллер с управляющим входом первого электронного ключа, второй,третий и четвертый выходы микроконтроллера соединены соответственно с управляющими входами второго электронного ключа и электронного коммутатора и с индикатором, а токовый резистор соединен с управляющим входом ШИМ-контроллера. Недостатком данного устройства является зависимость точности установления требуемой амплитуды импульсов от температуры нагрева соленоида в процессе формирования импульсов. Технической задачей заявляемой полезной модели является снижение влияния температуры нагрева соленоида на точность формирования импульсов магнитного поля требуемой амплитуды. Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что она 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, индикатор, терморезистор, источник тока и аналого-цифровой преобразователь, 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 соответственно с выходом резистивного делителя напряжения и с панелью управления, первый выход микроконтроллера соединен через ШИМ-контроллер с управляющим входом первого электронного ключа, второй, третий и четвертый выходы микроконтроллера соединены соответственно с управляющими входами второго электронного ключа и электронного коммутатора и с индикатором, токовый резистор соединен с управляющим входом ШИМконтроллера, терморезистор размещен на поверхности соленоида и подсоединен к выходу источника тока и ко входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подсоединен к третьему входу микроконтроллера. В отличие от прототипа в предлагаемую полезную модель дополнительно введены терморезистор, источник тока и аналого-цифровой преобразователь, причем терморезистор размещен на поверхности соленоида и подсоединен к выходу источника тока и ко входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подсоединен к третьему входу микроконтроллера. Это позволяет снизить влияние температуры нагрева соленоида на точность формирования импульсов магнитного поля требуемой амплитуды за счет автоматической корректировки напряжения заряда конденсатора в зависимости от величины этой температуры. На фигуре представлена функциональная схема полезной модели. 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, блока 17 питания, терморезистора 18, источника 19 тока и аналого-цифрового преобразователя 20. Работает генератор 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 задана любая последовательность изменения амплитуды и полярности генерируемых импульсов. 3 59202010.02.28 Заряд батареи 7 конденсаторов осуществляется напряжением со вторичной обмотки импульсного трансформатора 3 через второй выпрямитель 6 парциально путем многократного открытия-закрытия первого (зарядного) электронного ключа 4. Время открытого состояния первого электронного ключа 4 задается ШИМ-контроллером 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 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 контроля величины 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. Через терморезистор 18 протекает ток стабильной величины, формируемый источником 19 тока. Этот ток создает на терморезисторе 18 падение напряжения, преобразуемое аналого-цифровым преобразователем 19 в цифровой код. В соответствии с этим кодом микроконтроллер 10 корректирует уровень напряжения, до которого должна заряжаться батарея 7 конденсаторов. Так как терморезистор 18 расположен на поверхности соленоида, то его температура будет пропорциональна температуре соленоида 15. При изменении этой температуры с нагревом соленоида 15 в процессе формирования импульсов магнитного поля изменяется температура терморезистора 18 и происходит падение напряжения на нем, которое, после преобразования, корректирует уровень заряда батареи 7 конденсаторов так, чтобы не допустить изменения амплитуды разрядного тока через соленоид 15 из-за его нагрева. Такая схема полезной модели позволяет снизить зависимость точности установления требуемой амплитуды импульсов от температуры нагрева соленоида при больших амплитудах формируемых импульсов. Так, после формирования 200 импульсов магнитного поля амплитудой 240 кА/м и длительностью 17 мс соленоидом с внутренним радиусом 5 мм,внешним радиусом 25 мм и длиной 30 мм амплитуда импульсов по прототипу изменяется на 5 , а по предлагаемой полезной модели - на 1,2 , то есть в 4 раза меньше. Эффективность заявляемой полезной модели обусловлена тем, что за счет измерения с помощью терморезистора температуры нагрева соленоида и автоматической корректировки напряжения заряда конденсатора в зависимости от ее величины влияние нагрева соленоида на точность формирования импульсов магнитного поля требуемой амплитуды существенно снижается. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4