Спосіб сортування та підбору магнітних осердь та пристрій для його реалізації

Винахід відноситься до галузі магнітних вимірювань і призначений для сортування та підбору магнітних осердь. Відомий спосіб сортування та підбору магнітних осердь, що передбачає використання зразкового осердя, т.з. еталону, та апаратуру для відображення відмінностей петель гістерезису еталонного та досліджуваного осердь на екрані. По вигляду одержаної петлі судять про ступінь Ідентичності магнітних осердь [1]. Проте, вказаний спосіб має невисоку точність та достовірність, оскільки порівняння здійснюється на осцилографічному екрані, а його оцінка залежить від суб'єктивних якостей оператора. Невисокі продуктивність та економічність цього способу пояснюються малим виходом підібраних зразків, оскільки Ідентичність визначається відносно деякого еталону, а не між собою. Відомий пристрій для реалізації вказаного способу, що містить джерело живлення, послідовно з'єднані обмотки намагнічення досліджуваного та еталонного осердь, вимірювальні обмотки яких включені диференційно. Інтегруючий підсилювач та осцилограф, які в сукупності реалізують принцип виділення магнітних петель гістерезису [2]. Проте, цей пристрій має невисоку точність, яка, в основному, визначається точністю відображення в осцилографічній системі, складний в реалізації, а результат підбору залежить від суб'єктивних якостей оператора, що знижує надійність і достовірність випробувань. Відомий також спосіб, що полягає в тому, що в досліджуваному зразку створюють змінне магнітне поле, потім Індукційним методом визначають три значення Індукції динамічного циклу перемагнічений, для реалізації якого використовують еталонне осердя, обмотки збудження та вимірювання, блоки вибірки та запам'ятовування аналогового сигналу, Інтегратор, джерело опорних сигналів, компаратори. При цьому, обмотки збудження підключають послідовно, а обмотки вимірювання диференційно. Напругу, що знімають з вимірювальних обмоток, подають на Інтегратор, на виході якого одержують сигнал, пропорційний різниці миттєвих значень Індукції досліджуваного та зразкового осердь. Потім визначають та запам'ятовують три значення цього сигналу, які порівнюють з допуском. У випадку перевищення допуску хоча б одним з одержаних значень осердя вважають непридатним [3]. Відомий пристрій для реалізації вказаного способу, що містить дві намагнічуючі обмотки, з'єднані послідовно з генератором струму та зразковим резистором, вимірювальні обмотки, з'єднані диференційно та підключені до входу Інтегратора, до виходу якого під'єднані входи двох блоків вибірки та запам'ятовування та вхід амплітудного детектора. Керуючий вхід першого блоку вибірки та запам'ятовування через перший формувач стробімпульсів зв'язаний Із зразковим резистором, а керуючий вхід другого блоку вибірки та запам'ятовування зв'язаний Із зразковим резистором через фазодавач та другий формувач стробімпульсів. Виходи блоків вибірки та запам'ятовування та амплітудного детектора під'єднані до перших входів трьох компараторів, а їх другі входи з'єднані з джерелом опорних сигналів. Виходи компараторів з'єднані з входами логічного блоку, на виході якого - блок сигналізації [3]. Пристрій реалізує Ідентифікацію магнітних осердь по трьом значенням динамічного циклу перемагнічення. Проте для відомого способу характерна невисока точність та достовірність сортування із-за малої кількості вищеназваних значень, а також Із-за того, що підбір осердь ведеться відносно деякого еталону, падає продуктивність та економічність сортування. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу сортування та підбору магнітних осердь, в якому підвищення точності, достовірності та продуктивності сортування та підбору магнітних осердь забезпечується веденням сортування та підбору при більшій кількості значень індукції динамічного циклу перемагнічення, ніж в прототипі та при відсутності еталону для підбору, і за рахунок цього підвищується точність, достовірність і продуктивність сортування та підбору магнітних осердь. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі сортування та підбору магнітних осердь, що полягає в тому, що в досліджуваному зразку з допомогою обмотки намагнічення створюють змінне магнітне поле, потім Індукційним методом визначають спочатку три значення Індукції динамічного циклу перемагнічення, згідно винаходу, додатково визначають ряд значень індукції основної динамічної кривої намагнічення осердя, при заданих значеннях напруженості змінного магнітного поля, що відрізняються між собою на величину, при якій максимальні зони розкиду відповідних значень Індукції не дотикались би між собою, далі цю сукупність всіх значень Індукції перетворюють в код, визначають узагальнюючий показник для кожного осердя за формулою де n - число проведених вимірювань; aI,j - виміряне значення Індукції; I = 1, n - номер стовпця таблиці кодування; j = 1, m - номер рядка таблиці кодування, після чого порівнюють зразкове та досліджуване осердя по групах. Для відомого пристрою для реалізації вказаного способу сортування та підбору осердь характерна невисока точність із-за необхідності використання джерела опорних аналогових сигналів, блоків вибірки та запам'ятовування аналогового сигналу, а також похибка сортування Із-за того, що використовують лише три значення циклу перемагнічення, що не завжди повно відображає магнітні властивості осердя. В основу винаходу поставлена також задача створення пристрою для сортування та підбору магнітних осердь, в якому підвищення точності сортування та підбору забезпечується зменшенням похибки сортування осердь та відсутністю еталону підбору, за рахунок цього підвищується точність вищеназваного пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому пристрою для сортування та підбору магнітних осердь, що містить генератор струму, досліджуваний зразок, намагнічуючу обмотку, вимірювальну обмотку, Інтегратор та компаратор, згідно винаходу додатково введені генератор імпульсів, двовходова схема "І", багатовходова схема "І", керований атенюатор, лічильник, два демодулятори, цифроаналоговий перетворювач, аналого-цифровий перетворювач, тригер, індикатор, постійний запам'ятовуючий пристрій, суматор накоплювач, кнопка, блок реєстрації та створені нові функційні зв'язки між елементами схеми. На фіг.1 показана блок-схема пристрою для сортування та підбору магнітних осердь; на фіг.2 - матриця рахунку шляхів; на фіг.3 - таблиця кодування; на фіг.4 - апроксимація основної динамічної кривої намагнічення осердь. У запропонованому способі в досліджуваному зразку з допомогою обмотки намагнічення почергово створюють магнітні поля заданих напруженостей Н1(І 1),....,НІ(In), вибрані так, щоб максимальні зони розкиду відповідних BI(UI) не дотикались між собою. При цих значеннях напруженності магнітного поля Ні(I I) у вимірювальній обмотці визначають напругу, що індукується, інтегрують її та одержують відповідні значення Індукції BI(UI) (динамічна крива намагнічення 1, фіг.4). Результат вимірювання порівнюють з раніш встановленими значеннями індукції (ці значення показані на осі B(U), фіг.4), сусідні значення яких відрізняються між собою на постійну величину - крок квантування. Після цього виміряному значенню присвоюють те встановлене раніш значення, що відрізняється від виміряного на величину, меншу кроку квантування, тобто всім виміряним значенням Індукції, що потрапляють в Інтервал між двома вставками (встановленими значеннями), присвоюють одне і те ж значення меншої вставки. Тому криву І (фіг.4), одержану по результатам вимірювань, апроксимують кривою II. Аналогічну криву III кривою II, а криву IV - кривою V. Сукупність n одержаних і апроксимованих значень являють собою зростаючу послідовність, що складається з n елементів раніш встановленої множини значень {B(U)}. Потім одержану послідовність представляють з допомогою таблиці кодування одним узагальнюючим числом. Для одержання цієї таблиці будують матрицю рахунку шляхів (фіг.2). Кількість стовпців в матриці рівна n, що рівне кількості виміряних значень Індукції Bn(Un). кількість рядків рівна m + 1, де m - кількість обчислених раніше значень Індукції. Кожний елемент в матриці ai,j являє собою сумарну кількість шляхів від початкової точки "0" (фіг.2) до його місця в матриці, причому, враховують тільки ті шляхи, які відповідають збільшенню номера рядка та незменшенню номера стовпця. Ті позиції в матриці, що не мають вказаних шляхів, представлені нулями. Наприклад, елемент матриці а2,3 рівний 3, тому що з точки "0" до нього веде три шляхи (шляхи І, II, ІІІ вказані на фіг.2), проведені з врахуванням вищеназваних обмежень. Якщо номер рядку збільшувати знизу вгору, а стовпця зліва направо, то значення елемента аi,j ai,j = аi-1,j-1 + ai,j-1 (1) Таблицю кодування одержують шляхом зміщення матриці рахунку шляхів на один рядок вправо, відповідно викидаючи першу та добавляючи (n+1) - у колонку матриці рахунку шляхів (фіг.3). Для одержання узагальнюючого числа необхідно просумувати ті значення таблиці, що знаходяться на перетині стовпця з номером вимірювання та рядком з номером одержаного значення Індукції Bi(Ui). Одержані узагальнюючі числа однозначно описують криву намагнічення та являються Інтегральною характеристикою зразку, по якій ведеться їх сортування та підбір. Точність підбору задається на етапі визначення кроку квантування ΔΒ значень Індукції, що встановлюються. Осердя вважаються підібрані з заданою точністю, якщо їх узагальнюючі числа співпадають. Отже, використання для сортування та підбору магнітних осердь узагальнюючих чисел, що представляють інтегральну характеристику зразку по деяких властивостях (у нашому випадку - динамічна крива намагнічення), на відміну від відомих способів дав можливість; по-перше, збільшити продуктивність підбору, оскільки він ведеться не відносно деякого еталону, а безпосередньо між досліджуваними зразками, шляхом вибірки тих осердь, які описуються одним і тим же узагальнюючим числом; по-друге, збільшується точність і достовірність, оскільки підбір ведеться по множині значень динамічного циклу перемагнічений, число яких задається потрібною точністю підбору осердь. Приклад визначення узагальнюючого числа. Нехай необхідно представити у виді одного узагальнюючого числа п'ять значень вимірюваної величини, одержаних в певній послідовності, наприклад Х1=0, Х2=1, Х3=5, Х4=6, Х5=7 Згідно вищеописаного алгоритму додають ті значення таблиці кодування (фіг.3), номер стовпця яких відповідає порядковому номеру вимірювань, а номер рядка - результату вимірювань. Тоді одержане узагальнююче число W 5=0 + 0 + 10 + 15 + 21 = 46 Правильність кодування можна перевірити декодуванням, визначаючи вихідні елементи по узагальнюючому числу W n і кількості значень n. Декодування починають з визначення елементу в крайньому правому стовпцю, а саме: розшукують в таблиці фіг.3 два значення аi,n та аi+1,n, що задовільняють нерівність Аi,n £W n£ai+1,n, (2) а саме Аi,5 £W 5£ai+1,5, Виходячи з таблиці (фіг.3), знаходимо a7.5 = 21, a8,5 = 56, що відповідає нерівності 21 £ 46 £ 56, номер рядку відповідає шуканому значенню X5 = 7. На наступному кроці визначають різницю W n-1=Wn – ai,n (3) де аi,n - число з таблиці, що відповідає рядку Хn і стовпцю n. В нашому випадку W 4=46-21 = 25. Аналогічно шукають числа з таблиці, що задовольняють нерівність (3) для (n-1)-го стовпця, а саме а6,4 = 15, a7,4 = 35. Звідси одержим Х 4 = 6. Аналогічні операції проводять, поки не визначать W 1 і відповідно Х1. Стосовно до описаного прикладу одержують Х5 = 7, X4=6, Х3 = 5, Х2=1, Х1 = 0. Одержана послідовність доводить правильність визначення узагальнюючого числа. Пристрій для реалізації вказаного способу містить (фіг.1): 1 - генератор Імпульсів, 2 - генератор струму, 3 двовходову схему "1", 4 - керований атенюатор, 5 - Інтегратор, 6 - лічильник, 7 - досліджуваний зразок, 8 обмотку намагнічення, 9 - вимірювальну обмотку, 10 - перший демодулятор, 11 - компаратор, 12 цифроаналоговий перетворювач (ЦАП), 13 - багатовходову схему "1", 14 - другий демодулятор, 15 - тригер, 16 - аналого-цифровий перетворювач (АЦП), 17 - Індикатор, 18 - постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗП), 19 суматор-накоплювач, 20 - кнопку, 21 - блок реєстрації, причому генератор струму 2 через керований атенюатор 4 з'єднаний з верхнім кінцем намагнічуючої обмотки 8, нижній кінець якої заземлено, і через перший демодулятор 10 з першим входом компаратора 11, вихід якого через Інтегратор 5 з'єднаний з входом керування керованого атенюатора 4. а другий вхід - з виходом ЦАП 12. вхідна шина якого з'єднана з вхідною шиною ПЗП 18, багатовходовою схемою "І" 13 і вихідною шиною АЦП 16 і лічильника 6, вхід якого з'єднано з входом "початок перетворення" АЦП 16 та виходом двовходової схеми "І" 3, перший вхід якої з'єднано з генератором Імпульсів 1, а другий - з входом обнулення лічильника 6 та інверсним виходом тригеру 15. прямий вихід якого заземлено через Індикатор 17, на інформаційному вході - "одиниця", тактовий вхід з'єднаний з входом керування блока реєстрації 21 і виходом багатовходової схеми "І" 13, а вхід обнулення тригеру 15 з'єднаний з першим контактом кнопки 20, на якому логічна "одиниця" і входом обнулення суматора накоплювача 19, другий контакт кнопки 20 заземлений, нижній вивід вимірювальної обмотки 9 заземлено, а верхній через другий демодулятор 14 з'єднано з входом АЦП 16, вихід "кінець перетворення" якого з'єднано з входом управління суматора-накоплювача 19, вихідна шина якого з'єднана з вихідною шиною ПЗП 18, а вихідна шина з'єднана з вхідною шиною блоку реєстрації 21. Пристрій працює таким чином. При включенні живлення генератор Імпульсів 1 виробляє послідовність Імпульсів, що через двовходову схему "І" 3 проходять на вхід лічильника 6 і вхід "початок перетворення" АЦП 16. Код з виходу лічильника 6 перетворює в напругу ЦАП 12, з допомогою першого демодулятора 10, компаратора 11. Інтегратора 5 та керованого атенюатора 4 встановлюється заданий струм, що надходить з генератора струму 2 в намагнічуючій обмотці 8 осердя 7, в якому створюється змінне магнітне поле, що індукує у вимірювальній обмотці 9 напругу змінного струму, яка перетворюється в постійну другим демодулятором 14. На його виході одержують сигнал, пропорційний середньому значенню Індукованої напруги у вимірювальній обмотці 9. В АЦП 16 цей сигнал перетворюється в код. Кількість розрядів АЦП 16 рівне log2m і залежить від необхідної точності сортування та підбору осердь. Значення останнього розряду визначається у відповідності з кроком квантування індукції ΔΒ. З виходу АЦП 16 код апроксимованого значення магнітної Індукції надходять на старші адресні розряди ПЗП 18, на молодші адресні розряди якого надходить код порядкового номеру вимірювання з виходу лічильника 6 розрядністю Іоg2n. По адресному коду з ПЗП 18 вибирається число, що відповідає тому значенню аi,j таблиці кодування, яка знаходиться на перетині стовпця з порядковим номером вимірювання та рядка з кодом виміряної Індукції. Процес вибірки числа починається по передньому фронту Імпульсу генератора Імпульсів I (з затримкою, рівною часу перетворення АЦП 16) по сигналу з виходу "кінець перетворення" АЦП 16 число ai.j додається до числа в суматорі-накоплювачі 19. куди 1 записується сума. По передньому фронту наступного Імпульсу лічильник 6 встановлює наступний порядковий номер вимірювання та наступне значення струму в намагнічуючій обмотці 8. Процес повторюється до тих пір, поки на виході багатовходової схеми "І" 13 не з'явиться логічна "одиниця" (кількість входів багатовходової схеми "І" 13 та порядок їх з'єднання з шиною лічильника 6 визначається кількістю вимірювань), при цьому в блок реєстрації 21 заноситься узагальнююче число W n, тригер 15 перекидається в "одиницю", включаючи індикатор 17, блокуючи дальше проходження імпульсів з генератора 1 і обнуляючи лічильник 6. Після зміни осердя 7 натискають кнопку 20, при цьому обнулюється суматор-накоплювач 19 і тригер 15, Індикатор 17 гасне, а процес надходження узагальнюючого числа починають для нового осердя 7. Розглянем процес сортування та підбору партії з n осердь. Відомо, що для магнітних модуляторів потрібні осердя, динамічна магнітна проникливість яких лежить в межах ΔΧ. Крім цього, при підборі осердь в пари необхідно, щоб вимірюваний параметр цих осердь відрізнявся не більш ніж на Δx = хі - хi-1, де xi та хi-1 значення параметра в діапазоні ΔΧ. При використанні для цих цілей аналогів запропонованого винаходу необхідно розділити діапазон ΔΧ на m відрізків так, щоб m · Δx = ΔΧ. Далі необхідно знайти m еталонних осердь, параметри яких відповідно знаходились би в межах і xi - хi-1 I < ΔI, де I = 1, m. Тоді, для перевірки всієї партії осердь при умові, що вимірюваний параметр різноділений рівномірно для всіх осердь, необхідна кількість вимірювань де n - кількість досліджуваних осердь. Кожна складова в сумі відповідає кількості вимірювань осердь з використанням певного еталону. При використанні для сортування запропонованого винаходу кількість вимірювань для даної партії рівна n. Ефект в цьому випадку можна одержати за рахунок зменшення кількості вимірювань при заданій точності підбору З формули видно, що Із збільшенням точності підбору (збільшенням m) ефект від використання запропонованого винаходу зростає. Пристрій можна реалізувати на мікросхемах К555(1,3.6.13,15). К140УД7(2, 5, 10, 14), К554 (11), К1113ПВ1 (16), К572 (12), К556РТ5 (18), КМ155ИМ3 (19). на транзисторах КТ315 (4). В якості блоки реєстрації 21 використовують цифро-друкуючий пристрій або виконавчий механізм, Індикатор 17 - світлодіод червоного свічення.