close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11572

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.02.28
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01R 33/06
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНДУКЦИИ ПЕРЕМЕННОГО
МАГНИТНОГО ПОЛЯ, ИНДУЦИРУЕМОГО В РЕЗУЛЬТАТЕ
ВЗРЫВНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
(21) Номер заявки: a 20041004
(22) 2004.10.29
(43) 2006.04.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт порошковой
металлургии" (BY)
(72) Авторы: Овчинников Владимир Ильич;
Дорошкевич Евгений Адамович; Шмурадко Валерий Трофимович; Александров Валерий Михайлович (BY)
BY 11572 C1 2009.02.28
BY (11) 11572
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(56) US 6611142 B1, 2003.
RU 2193190 C2, 2002.
SU 1684761 A1, 1991.
US 5394029 A, 1995.
WO 03/006922 A1.
(57)
Устройство для измерения индукции переменного магнитного поля, индуцируемого в
результате взрывной обработки металлов, содержащее блок первичных преобразователей
Холла, выполненный в виде трех установленных во взаимно перпендикулярных плоскостях
одинаковых преобразователей, выходы которых соединены с блоком усиления выходных
сигналов, соединенным с аккумуляторным блоком питания, а через разветвительную коробку и блок коммутации - с платами АЦП блока управления, выполненного в виде системного блока компьютера с программным обеспечением для регистрации и обработки
полученных сигналов, и с блоком сетевого питания устройства, отличающееся тем, что
содержит систему синхронизации для запуска указанного программного обеспечения в
начальный момент взрыва, блок усиления выходных сигналов содержит три одинаковых
двухкаскадных канала усиления, соответствующих указанным преобразователям Холла и
BY 11572 C1 2009.02.28
выполненных на основе широкополосных многокаскадных усилителей, преобразователи
Холла выполнены из n-JnSb-J-GaAs и с входным электросопротивлением менее 8 Ом, аналого-цифровые преобразователи установлены в системном блоке указанного компьютера
на не менее, чем 16-разрядной шине, а блок первичных преобразователей Холла помещен
во взрывозащищенный герметичный корпус из ненамагничиваемого материала.
Изобретение относится к информационно-измерительной технике, а именно к магнитометрии, и предназначено для измерения и визуализации на экране дисплея компьютера
трехмерных составляющих вектора индукции магнитного поля от времени в режиме in
situ и дальнейшей обработки полученной информации.
Проблема измерения магнитных полей как в статике, так и в динамике их развития
часто встречается и в технике, и в медицине, и в экологии. Причем в нашем случае требуется
определение трехмерных составляющих вектора индукции магнитного поля и их динамики в
условиях одиночных или групповых измерений в широком временном диапазоне общей
длительностью до 1 миллисекунды и быстроизменяющимися значениями измеряемых величин с характерными временами порядка 1-10 микросекунд, т.е. полная информация о
конфигурации магнитного поля в данный момент времени. И эти задачи уже не могут
быть решены на уровне цифровых приборов, широкая номенклатура которых на разных
эффектах представлена на потребительском рынке [1].
Известно устройство для измерения напряженности магнитной) поля, содержащее:
первый генератор прямоугольных импульсов, феррозонд с сердечником из пермолоя,
интегратор, усилитель, пороговый блок, счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, источник тока, ключ [2]. Однако вследствие исполнения датчиков в виде феррозондов с сердечником из пермолоя и обмотки, высокая инерционность системы и характер
сравнительных измерений компенсирующего поля, вырабатываемого генератором и измеряемого, устройство не позволяет проводить измерения индукции переменного магнитного
поля в условиях высокоскоростных процессов с длительностью электромагнитного импульса
1-100 мкс. В силу своего исполнения и отсутствия защиты устройство не может быть мобильным и использоваться при измерении индукции магнитного поля в условиях взрывной обработки материалов.
Известно также устройство [3], содержащее феррозонд, в цепь намагничивающей обмотки которого включен генератор прямоугольных импульсов и последовательно соединенные
переменные и эталонный резисторы, параллельно которым включен измерительный прибор,
а в цепь выходной обмотки феррозонда включены усилитель, интегратор, пороговый блок
и индикаторный прибор. Устройство позволяет измерять постоянные поля ферромагнитных тел
в статике также компенсационным методом. Недостатком устройства является большое
время процесса измерения, связанное с ручной регулировкой амплитуды компенсирующего поля, а также невозможность измерения переменного магнитного поля.
Еще одним известным устройством является измеритель напряженности переменного
магнитного поля [4], содержащий измерительную катушку, соединенную с входом усилителя, выход которого подключен к последовательному соединению катушки отрицательной обратной связи и сопротивления нагрузки, нагруженного на апериодическое звено
первого порядка. Выход апериодического звена подключен ко второму входу усилителя.
Апериодическое звено состоит из резисторов и конденсатора. Недостатком данного устройства является неустойчивость работы из-за наличия положительной обратной связи
усилителя и неравномерность амплитудно-частотных характеристик.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, к заявляемому является устройство [5] для измерения индукции переменного магнитного поля, индуцируемого в результате взрывной обработки металлов, содержащее блок первичных преобразователей Холла,
выполненный в виде трех установленных во взаимно перпендикулярных плоскостях оди2
BY 11572 C1 2009.02.28
наковых преобразователей, выходы которых соединены с блоком усиления выходных
сигналов, соединенным с аккумуляторным блоком питания, а через разветвительную коробку
и блок коммутации - с платами АЦП блока управления, выполненного в виде системного
блока компьютера с программным обеспечением для регистрации и обработки полученных сигналов, и с блоком сетевого питания устройства.
Однако данное устройство требует проведения многократных измерений в каждой точке,
а это трудоемкий процесс и требует больших временных затрат. Кроме того, используемая
методика статистического анализа не позволяет получать распределений, характеризующих мгновенное состояние переменного магнитного поля в динамике взрывной обработки
материалов. Сложная механическая система устройства не позволяет использовать его
при измерениях индукции магнитного поля вблизи эпицентра взрыва в режиме реального
времени.
Технической задачей является упрощение устройства и технического контроля за
развитием взрыва при динамической обработке материалов, измерением составляющих
индукции магнитного поля вблизи эпицентра взрыва в реальном времени комплектом
миниатюрных датчиков Холла, расположенных во взрывозащищенном, ненамагничиваемом корпусе по трем взаимно перпендикулярным плоскостям. Синхронизация запуска
программы регистрации и обработки данных с началом взрывного процесса, что позволяет получить полную и достоверную информацию о распределении индукции переменного
магнитного поля, осуществлять технический контроль за развитием взрыва при динамической обработке материалов.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения индукции переменного магнитного поля, индуцируемого в результате взрывной обработки металлов,
содержащее блок первичных преобразователей Холла, выполненный в виде трех установленных во взаимно перпендикулярных плоскостях одинаковых преобразователей, выходы
которых соединены с блоком усиления выходных сигналов, соединенным с аккумуляторным блоком питания, а через разветвительную коробку и блок коммутации - с платами
АЦП блока управления, выполненного в виде системного блока компьютера с программным обеспечением для регистрации и обработки полученных сигналов, и с блоком сетевого
питания устройства, дополнительно содержит систему синхронизации для запуска указанного программного обеспечения в начальный момент взрыва, блок усиления выходных
сигналов содержит три одинаковых двухкаскадных канала усиления, соответствующих
указанным преобразователям Холла и выполненных на основе широкополосных многокаскадных усилителей, преобразователи Холла выполнены из n-JnSb-J-GaAs и с входным
электросопротивлением менее 8 Ом аналого-цифровые преобразователи установлены в
системном блоке указанного компьютера на не менее, чем 16-разрядной шине, а блок первичных преобразователей Холла помещен во взрывозащищенный герметичный корпус из
ненамагничиваемого материала.
Вопрос синхронизации является очень важным. Когда запуск программы осуществляется
посредством замыкания контактов "кнопкой", это всегда приводит к запаздыванию запуска
программы регистрации, отсчету с ненулевой отметки и потере части информации в начальный период процесса взрыва. Выбор датчиков и схемы регистрации обусловлены как
диапазоном индукции магнитных полей, возникающих при взрыве на расстоянии 10 см от
эпицентра взрыва взрывчатки массой 100-200 г аммонита, который составляет до 100 мТл
в пике, так и широкими возможностями регистрации процессов в динамике. Небольшое
входное электросопротивление (менее 8 Ом) и высокая магнитная чувствительность преобразователей Холла из n-JnSb-J-GaAs, специально разработанных, в сочетании с миниатюрностью (магниточувствительная область 0,1×0,1×0,003 мм и размер кристалла 0,5×0,5×0,3 мм)
позволяют упростить устройство и обеспечить необходимую точность измерений в микросекундном диапазоне интервалов времени.
3
BY 11572 C1 2009.02.28
Анализ сферы применения данного устройства в условиях взрывной обработки материалов позволяет сделать вывод об отсутствии устройств аналогичного применения. На фигуре
представлена структурная схема устройства для измерения индукции магнитного поля.
Устройство для измерения индукции переменного магнитного поля (фигуре) содержит:
блок первичных преобразователей (датчиков) Холла в количестве трех штук, размещенных
в трех взаимно перпендикулярных плоскостях X, Y, Z в герметичном ненамагничиваемом
корпусе, выход которых соединен с блоком усиления выходных сигналов первичных преобразователей 2, содержащим четыре двухкаскадных широкополосных усилителя, питающихся от аккумуляторного блока питания 3, через разветвительную коробку 4, связывающую блок коммутации 5 с платами АЦП, системным блоком 6 с выходом на монитор 7 и
управлением мышкой 8 и клавиатурой 9 программой запуска и обработки сигналов. Питание устройства осуществляется от сети через блок питания 10, схему синхронизации запуска программы 11, взрывное устройство с изолированными контактами 12.
Устройство работает следующим образом. Изолированные контакты 12 схемы синхрозапуска являются элементом взрывного устройства. В начальный момент взрыва изоляция
оплавляется, контакты замыкаются и срабатывает схема синхронизации запуска программы регистрации и обработки импульсов переменного магнитного поля 11, поступающих с
блока 1 первичных преобразователей Холла, размещенных в трех взаимно перпендикулярных
плоскостях, нормаль к которым проходит по осям X, Y, Z соответственно. Датчики размещены в центре защитного корпуса в форме куба, в соответствии с указанными осями Х, У, Z.
Датчики Холла выбирались (разбраковывались) из партии с близкими характеристиками по магнитной чувствительности, разброс которой не превышал ± 1 %.
Сигналы по каждому из каналов X, Y, Z подаются соответственно на первый и второй
каскады соответствующего блока усилителей 2, питание которых осуществляется от аккумуляторного блока питания 3. Далее сигналы с выхода усилителя каналов Х, У, Z через
разветвительную коробку 4 и блоки коммутации и сопряжения 5 подаются на соответствующие входы плат АЦП системного блока компьютера 6, с которого сигналы в графическом виде регистрируются на мониторе 7 компьютера. Управления запуском программы
регистрации и обработки данных осуществляется с помощью клавиатуры 9 и мышки 8.
Основная погрешность измерения не превышает ± 5 %. Питание устройства осуществляется от сети через блок питания 10.
Параметры блока усилителей.
Блок усилителей состоит из трех каналов X, Y и Z, усиливающих входные сигналы от
датчиков Холла. Токовые выводы датчиков Холла соединены последовательно. Каждый
канал X, Y и Z выполнен двухкаскадным. В основе первого каскада лежит дифференциальный усилитель, выполненный на основе ОУ типа 544UD2 в бескорпусном варианте исполнения. Коэффициент усиления первого каскада - (10 ± 0,2). Второй каскад усилителя
функционирует с использованием такого же ОУ. Коэффициент усиления второго каскада (9,43 ± 0,2). При наладке усилителей использовалась разбраковка и подгонка резисторов с
целью обеспечения идентичности всех каналов усиления.
Параметры платы АЦП.
Количество разрядов - 10 (или 12); частота выборок - 10 МГц; количество каналов - 2;
объем буферного ОЗУ - 64 К слов на канал; внешняя/внутренняя синхронизация; вход/
выход синхроимпульса; прерывание по готовности массива; 4 линии цифрового ввода/
вывода; тип используемой шины - ISA (шестнадцатиразрядная). Основой платы является
микросхема АЦП ADS802 фирмы BURR-BROWN. Аналоговая часть платы содержит буферный усилитель типа AD830 фирмы ANALOG DEVICES. По устойчивости к воздействию
атмосферного давления комплекс соответствует группе 1, в соответствии с ГОСТ 12997-84.
Таким образом, экспериментальные исследования по измерению индукции переменного
магнитного поля, индуцируемого в результате взрывной обработки металлов, показали, что
по сравнению с прототипом устройство позволяет измерять индукцию переменного маг4
BY 11572 C1 2009.02.28
нитного поля по трем его направлениям одновременно в любой точке вблизи от эпицентра
взрыва и в любой момент времени в широком диапазоне частот и обеспечивает повышение
быстродействия измерений за счет регистрации импульсов в реальный момент времени,
избежав при этом трудоемкого процесса обработки информации в результате прямой передачи ее в персональный компьютер и использования программного обеспечения.
Источники информации:
1. Чечурина Е.Н. Приборы для измерения магнитных величин. - М.: Энергия, 1969.
2. Патент РФ 2154280, МПК G 01R 33/02, 1998.
3. А.с. СССР 525902, МПК G 01R 33/02, 1976.
4. Патент РФ 2178570 С1, МПК G 01R 33/02, 2000.
5. Патент США 6611142, МПК G 01R 33/10, 2003.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
129 Кб
Теги
by11572, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа