Способ формирования синусоидальной индукции в ферромагнитном образце

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИНУСОИДАЛЬНОЙ ИНДУКЦИИ В ФЕРРОМАГНИТНОМ ОБРАЗЦЕ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Путырский Михаил Николаевич Брановицкий Иван Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Способ формирования синусоидальной индукции в ферромагнитном образце методом последовательных приближений, включающий его намагничивание периодическим током произвольной формы с выхода усилителя мощности, фиксирование на каждом шаге последовательных приближений дискретных значений сигнала, пропорционального ЭДС в измерительной обмотке, предназначенной для регистрации магнитной индукции в образце, и коррекцию формы указанного тока путем коррекции формы сигнала на входе усилителя с учетом его зафиксированных дискретных значений, отличающийся тем, что на каждом -м шаге последовательных приближений получают спектр высших гармониче ских составляющих, где- номер гармонической составляющей зафиксированного сигнала, путем быстрого преобразования Фурье при условии равенства нулю величины 1 первой комплексной гармонической составляющей и вычисляют величины(1)комплексных гармонических составляющих спектра сигнала на входе усилителя мощности, участвующих в указанной коррекции, для (1)-го приближения в соответствии с выражением(1), где- величина -й комплексной гармонической составляющей спектра сигнала на входе усилителя мощности на -м приближении- коэффициент, значение которого выбирают в интервале значений между 0 и 1,затем получают на входе усилителя мощности скорректированный сигнал путем обратного преобразования Фурье вычисленных величин и продолжают процесс последовательных приближений до устранения высших гармонических составляющих в сигнале ЭДС в измерительной обмотке. Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано в автоматизированных измерительных устройствах для испытаний магнитных материалов и изделий из них. Известны способы формирования синусоидальной индукции в ферромагнитном образце путем компенсации высших гармоник в кривой изменения магнитной индукции за период с помощью введения отрицательной обратной связи вторичной (измерительной) обмотки с намагничивающей обмоткой через усилитель мощности 1. Недостатком этого способа является сложность настройки реализующей его измерительной системы, так как контур обратной связи содержит измерительную обмотку, а точность формирования синусоидальной формы индукции зависит от коэффициента усиления усилителя, верхний предел которого ограничен устойчивостью усилителя. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ формирования магнитного потока в ферромагнитном образце 2, основанный на первоначальном намагничивании образца периодическим током произвольной формы и корректировании формы этого тока путем последовательных приближений до совпадения формы изменения магнитного потока с формой эталонного сигнала, задаваемой нормированной во времени последовательностью его дискретных значений. При этом на каждом шаге последовательных приближений фиксируют пары дискретных значений сигналов,пропорциональных току и магнитному потоку, для каждого нормированного дискретного значения магнитного потока определяют временную координату равного ему дискретного значения эталонного сигнала и сопряженного с указанным значением эталонного сигнала дискретного значения тока намагничивания, формируя таким образом временную последовательность дискретных значений тока намагничивания и воспроизводя ее на следующем шаге последовательных приближений. Недостатками способа являются его высокая трудоемкость, недостаточные оперативность и точность. Техническая задача - повышение точности воспроизведения и скорости процесса формирования синусоидальной формы изменения магнитной индукции в ферромагнитном образце. Сущность изобретения заключается в том, что согласно предложенному способу формирования синусоидальной формы изменения магнитной индукции в ферромагнитном образце методом последовательных приближений, включающему намагничивание образца периодическим током произвольной формы с выхода усилителя мощности, фиксирование на каждом шаге последовательных приближений дискретных значений сигнала,пропорционального ЭДС в измерительной обмотке, предназначенной для регистрации магнитной индукции в образце, коррекцию формы тока намагничивания путем коррекции 2 10958 1 2008.08.30 формы сигнала на входе усилителя мощности с учетом его зафиксированных дискретных значений, для чего на каждом -м шаге последовательных приближений получают спектр высших гармонических составляющих, где- номер гармонической составляющей зафиксированного сигнала, пропорционального ЭДС в измерительной обмотке, путем быстрого преобразования Фурье при условии равенства нулю величины 1 первой комплексной гармонической составляющей и вычисляют величины(1) комплексных гармонических составляющих спектра сигнала на входе усилителя мощности, участвующих в указанной коррекции, для (1)-го приближения в соответствии с выражением(1), где- величина -й комплексной гармонической составляющей спектра сигнала на входе усилителя мощности на -м приближении- коэффициент, значение которого выбирают в интервале значений между 0 и 1. Затем получают на входе усилителя мощности скорректированный сигнал путем обратного преобразования Фурье вычисленных величин и продолжают процесс последовательных приближений до устранения высших гармонических составляющих в сигнале ЭДС в измерительной обмотке. Это позволяет обеспечить высокую точность и скорость процесса формирования синусоидальной индукции в ферромагнитном образце. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для реализации предлагаемого способа, на фиг. 2 - временные сигналы и их амплитудный спектр до коррекции формы магнитной индукции, на фиг. 3 - временные сигналы и их амплитудный спектр после коррекции формы магнитной индукции, на фиг. 4 - зависимость коэффициента гармоник Кг в сигнале ЭДС, наводимой в измерительной обмотке, от номера итерации . Для реализации предлагаемого способа может быть предложено устройство, структурная схема которого представлена на фиг. 1, где 1 - усилитель мощности 2 намагничивающая обмотка 4 - намагничиваемый образец 3 - шунтирующий резистор 5 измерительная обмотка 6, 7 - аналого-цифровые преобразователи 8 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 9 - блок управления и индикации 10 - контроллер 11 оперативное запоминающее устройство. Работа устройства в соответствии со структурной схемой осуществляется следующим образом. На первом шаге последовательных приближений (на первой итерации) с ЦАП на усилитель мощности поступает сигнал произвольной, например синусоидальной, формы, как показано для упрощения на фиг. 2 а. В этом случае полный спектр гармонических составляющих сигнала на входе усилителя мощности содержит лишь одну - основную - гармонику (фиг. 2 б, высшие гармонические составляющие отсутствуют). С усилителя мощности 1 в обмотку 2 далее на шунтирующий резистор 3 поступает намагничивающий ток но произвольной формы (фиг. 2 в, полный спектр его гармонических составляющих на фиг. 2 г), амплитуда которого задается из условия получения требуемой амплитуды магнитной индукции в образце. Напряжение на резисторе 3 пропорционально току намагничивания, а индуцируемая при этом в измерительной обмотке ЭДС (фиг. 2 д) произвольной формы (полный спектр ее гармонических составляющих на фиг. 2 е) пропорциональна производной магнитной индукции в образце. Далее через аналого-цифровые преобразователи 6, 7 сигналы, пропорциональные току намагничивания и ЭДС, поступают в цифровой форме в контроллер 10, затем в оперативное запоминающее устройство 11 для дальнейшей обработки. Блок управления и индикации 9 служит для управления и отображения информации, получаемой при измерении. Для коррекции формы кривой ЭДС в измерительной обмотке и соответственно формы изменения магнитной индукции в образце за период на каждом -м шаге последовательных приближений с помощью быстрого преобразования Фурье получают спектр высших 3 гармонических составляющихпри условии равенства нулю величины 1 первой спектр комплексной гармонической составляющей корректируемого сигнала и полный сигнала на входе усилителя мощности. Затем вычисляют величины комплексных гармонических составляющих спектра сигнала на входе усилите ля мощности, участвующих в указанной коррекции, для (1)-го приближения в соответствии с выражением(1),где- коэффициент, значения которого выбирают в интервале значений между 0 и 1. Затем получают на входе усилителя мощности скорректированный сигнал путем обратного преобразования Фурье вычисленных величин и продолжают процесс последовательных приближений до устранения высших гармонических составляющих в сигнале ЭДС в измерительной обмотке (фиг. 3 д, е). На фиг. 4 приведена зависимость коэффициента гармоник в сигнале ЭДС, наводимой в измерительной обмотке, от номера итерации,полученная путем последовательных приближений по данному способу с целью формирования синусоидальной формы изменения магнитной индукции в ферромагнитном образце. Итерационный процесс исследовался при намагничивании образца анизотропной электротехнической стали с амплитудой магнитной индукции 1,75 Тл, коэффициентпринимался равным 0,2. Из рисунка на фиг. 4 видно, что значения коэффициента гармоник сигнала ЭДС в измерительной обмотке с 17-й итерации близки к нулю. Это обеспечивает, как показали исследования, относительную погрешность задания коэффициента формы сигнала ЭДС в измерительной обмотке, соответствующего синусоидальной форме этого сигнала не более 1 , что удовлетворяет требованиям нормативных документов, в том числе межгосударственных стандартов на методы определения магнитных свойств электротехнических сталей. Источники информации 1. Вдовин Ю.А., Дмитриев Г.И., Кадочников А.И., Кузнецов А.Н. Динамическое перемагничивание с синусоидальной формой потока при испытаниях ферромагнитных материалов. Труды метрологических институтов выпуск 133 (193), 25 октября 1971. - М. Издательство стандартов. - С. 111. 2. А. с. СССР 1129575, МПК 301 33/12, 1984. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.