WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

«РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СИСТЕМ МАЛОГАБАРИТНЫХ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ФЕРРОЗОНДОВОГО ТИПА ...»

На правах рукописи

ВЛАСКИН КОНСТАНТИН ИГОРЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СИСТЕМ

МАЛОГАБАРИТНЫХ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

ФЕРРОЗОНДОВОГО ТИПА

Специальность 05.11.13 –

«Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий»

Автореферат

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа – 2016

Работа выполнена на кафедре «Информационно-измерительная техника»

ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Прищепов Сергей Константинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, член-корреспондент АЭН РФ, заведующий сектором Шубочкин Андрей Евгеньевич ЗАО «Научный-исследовательский институт интроскопии московского научнопроизводственного объединения «Спектр», г. Москва кандидат технических наук, технический директор Загидулин Тимур Ринатович ООО «Научно-технический центр «Спектр», г. Уфа

Ведущая организация: ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», г. Пенза

Защита диссертации состоится «9» декабря 2016 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 999.050.03 на базе Института механики УрО РАН, Физико-технического института УрО РАН, ИжГТУ им. Калашникова, по адресу: 426067, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34.



С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Института механики УрО РАН.

Автореферат разослан «___» ____________ 2016 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Зонов Руслан Геннадьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Значимость измерений магнитных величин, разнообразие и важность задач, решаемых при помощи магнитометров, определяют многообразие методов и средств магнитометрии. Широкое распространение получили феррозондовые (ФЗ) магнитометры.

Обусловлено это тем, что датчики феррозондового типа (ФЗД) обладают совокупностью свойств, которая другим магнитометрическим преобразователям не принадлежит: возможность измерения модуля вектора магнитного воздействия;

направления вектора (знака); переменных, импульсных полей, а также компонент вектора и градиента магнитного воздействия.

Благодаря достоинствам ФЗД, в частности, малым габаритам, они с момента своего появления по сегодняшний день непрерывно находятся в процессе исследований, совершенствования и существуют в разнообразных технических воплощениях. Исследования составляют ряд разноплановых научно-технических задач, так как малогабаритные ФЗД являются прецизионными средствами измерений и, одновременно, представляют собой сложную электромагнитную систему, состоящую из магнитопровода (МП) - одного или нескольких сердечников, и обмоток: сигнальной и возбуждения. Кроме того электромагнитные системы ФЗД имеют множество модификаций: с замкнутыми и разомкнутыми МП; с различным количеством обмоток; дифференциального типа и т.д. Параллельно развитию теории и поиску новых конструкций исследуются и развиваются технологии изготовления ФЗД, в частности, гибридные и интегральные.

Актуальны исследования способов контроля электромагнитных параметров элементов структуры ФЗД с целью их идентификации. Идентичность элементов определяет принцип действия ФЗ дифференциального типа, в основном задает метрологические характеристики ФЗД. В процессе идентификации особое место занимают МП, как основа измерительных структур датчиков вне зависимости от типа и конструктивного исполнения. Особенности работы МП в структурах ФЗД предъявляют к ним ряд особых требований: высокая магнитная проницаемость;





малые потери на перемагничивание; прецизионные технологии изготовления и метрологического контроля; высокая стабильность эксплуатационных характеристик; широкий температурный диапазон; устойчивость к магнитным и механическим возмущениям. Приведенная совокупность требований исключает применение в ФЗД целого ряда ферромагнитных материалов, в частности ферритов.

Наибольшее применение в качестве МП измерительных преобразователей нашли пермаллои. Однако сложности технологий производства сердечников из пермаллоевых сплавов явились стимулом к поиску альтернативных материалов. В настоящее время проводятся исследования по использованию в качестве материалов МП ФЗД различного рода аморфных сплавов (АмС). Они представляют собой тонкопленочные структуры, не имеющие кристаллической решетки, чем объясняются их особые свойства. В частности, механическая жесткость и прочность АмС усложняет процессы производства из тонкопленочных заготовок магнитных сердечников, обеспечивающих: точное соблюдение заданных размеров; чистоту обрабатываемых поверхностей; не нарушение сертифицированных магнитных характеристик заготовок; соблюдение повторяемости характеристик сердечников в рамках выпускаемой серии. Приведенная совокупность требований исключает ряд современных и прогрессивных технологий изготовления тонкопленочных МП из АмС. Основополагающая роль при производстве МП принадлежит средствам контроля их качества т.к. отбраковка пермалоевых сердечников при серийном производстве ФЗД достигает 60%. Наиболее важными позициями контроля являются: сохранение у МП магнитных свойств принадлежащих материалам их сертифицированных заготовок; заданные размеры, а также составление групп из отдельных сердечников в рамках выпускаемой серии методом идентификации их технических параметров. В работе обосновано применение технологии электроэрозионной резки (ЭР) как наиболее эффективной при изготовлении малогабаритных магниточувствительных сердечников (ММС) из тонкопленочных АмС.

Таким образом, задача совершенствования методов изготовления и контроля ММС для прецизионных магнитометрических датчиков является актуальной, а исследования в данной области представляют собой важное научно-техническое направление.

Степень разработанности темы Основы теории и проектирования феррозондовых датчиков создали в своих работах авторы: Р. И. Янус, Ю. В. Афанасьев, Ю. Ф. Понаморев, М. А. Розенблат, H.

Aschenbrener, G. Goubeau, F. Forster, P. Ripka и др. Опубликованные работы носят разноплановый характер и не полностью освещают вопросы по анализу свойств ФЗ, в частности дифференциальных (ДФЗ), технологии изготовления, миниатюризации, методов контроля параметров феррозондовых датчиков. Таким образом, данные вопросы требуют дополнительных исследований.

Цель и задачи диссертационной работы Целью диссертации является научное обоснование новых и совершенствование существующих методов и средств изготовления и контроля магнитометрических преобразователей феррозондового типа.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Произвести анализ существующих методов и средств изготовления и контроля малогабаритных магниточувствительных сердечников с целью определения оптимальных для прецизионных датчиков феррозондового типа.

2. Разработать математическую модель связи информационного сигнала дифференциального феррозондового датчика с параметрами электромагнитной системы как стержневого, так и замкнутого типов.

3. Разработать математическую модель идентификации малогабаритных магниточувствительных сердечников из тонкопленочных аморфных сплавов по ограниченному ряду их геометрических параметров.

4. Разработать способ изготовления и методику контроля малогабаритных магниточувствительных сердечников из тонкопленочных аморфных сплавов с применением технологии электроэрозионной резки, сохраняющей магнитные свойства исходного материала.

5. Произвести экспериментальные исследования дифференциальных феррозондовых датчиков с разработанными малогабаритными магниточувствительными сердечниками из аморфных сплавов.

Объект исследования Электромагнитные системы малогабаритных измерительных преобразователей феррозондового типа.

Предмет исследования Магнитные и геометрические характеристики ММС из АмС на этапах их изготовления и контроля.

Методы исследования Применяется математический аппарат для анализа и проектирования электромагнитных систем феррозондов. Использованы методы математического моделирования с применением положений теории нелинейных электрических цепей и теории пространственной ориентации твердых тел. Для исследования полученных математических моделей были использованы методы и средства компьютерного анализа. При обработке результатов экспериментальных исследований использованы методы математической статистики.

Научная новизна

1. Идентичность параметров магнитопроводов определена как основной влияющий фактор на метрологические характеристики прецизионных малогабаритных ДФЗ: типа полемер; типа градиентомер; в особенности – мультисенсорных.

2. Разработана математическая модель для анализа и проектирования электромагнитных систем ДФЗ, как стержневого типа, так и с замкнутыми МП.

3. Разработан способ изготовления ММС, обеспечивающий идентификацию параметров электромагнитных систем ДФЗ и сохранение магнитных свойств исходного материала.

4. Разработаны математическая модель идентификации параметров ММС и методика определения качества ММС в рамках выпускаемой партии.

5. Проектирование ДФЗ-магнитометров типа полемер, типа градиентомер, мультисенсорных на основе метрологического контроля и идентификации элементов их измерительных структур (патенты № 108638; №109568; №2448350).

Достоверность научных положений и выводов Изложенные в работе положения теоретически обоснованы, подтверждены патентами и материалами публикаций в рецензируемых изданиях, сопоставлением их с результатами экспериментов, а также практическим выражением в виде действующих макетных образцов, приборов, внедрений на промышленных предприятиях.

Теоретическая и практическая значимость Разработана математическая модель ДФЗ для анализа и расчета электромагнитных параметров вне зависимости от их структуры: стержневого типа, с замкнутым магнитопроводом, дифференциальных.

Разработан способ изготовления и методика метрологических исследований ММС из тонкопленочных АмС, не нарушающие магнитные свойства исходных материалов и обеспечивающая заданные метрологические и эксплуатационные характеристики ФЗ в рамках выпускаемой партии.

Разработаны математическая модель и методика идентификации магнитных характеристик тонкопленочных ММС по ограниченному ряду их геометрических параметров.

На основе разработанных математических моделей обеспечен анализ и расчет электромагнитных параметров ДФЗ.

На основе разработанных: математической модели, способа и методики метрологических исследований обеспечены изготовление и метрологический контроль ММС из тонкопленочных АмС.

Разработан и применен стенд по определению характеристик и идентификации параметров ММС.

На основе теоретических положений диссертации обеспечено расширение функциональных возможностей феррозондовых магнитометров: типа полемер;

типа градиентомер; мультисенсорных, за счет идентификации элементов их электромагнитных систем.

Разработан и применен ряд магнитометрических датчиков и приборов на основе малогабаритных тонкопленочных ДФЗ:

1. Контрольно-измерительный прибор «полемер - градиентомер» на предприятии ООО «Хисап».

2. Контрольно-измерительный прибор «феррозондовый градиентомер» на предприятии ООО «СитиТрейд».

3. Многофункциональный трехкомпонентный феррозондовый магнитометр на НПП «Квазар».

Использование результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими актами.

Положения, выносимые на защиту

1. Математическая модель, связывающая основной информативный параметр ДФЗ – уровень второй гармонической составляющей, с разделенными по группам параметрами его электромагнитной системы.

2. Математическая модель идентификации магнитных характеристик тонкопленочных ММС по ограниченному ряду их геометрических параметров (длина, ширина торцов).

3. Способ изготовления ММС из тонкопленочных АмС для прецизионных ДФЗ с применением технологии электроэрозионной резки обеспечивает точность геометрических параметров и сохраняет магнитные свойства исходного материала.

4. Методика метрологического контроля ММС из тонкопленочных АмС обеспечивает идентификацию сердечников в рамках выпускаемой партии.

5. Разработаны измерительные структуры магнитометрических приборов на основе идентификации полуэлементов ДФЗ: типа полемер; типа градиентомер;

мультисенсорных.

Апробация работы Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: VIII Международная научно-техническая конференция «Измерение, контроль, информатизация» (Барнаул, 2007); Всероссийская молодежная научная конференция «Мавлютовские чтения» (Уфа, 2009);

X Международная научно-техническая конференция «Измерение, контроль, информатизация» (Барнаул, 2009); Всероссийская молодежная научная конференция «Мавлютовские чтения» (Уфа, 2012);

Публикации По результатам диссертационных исследований опубликовано 28 печатных работ, из них 9 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получен 1 патент на изобретение и 2 патента на полезные модели.

Структура и объем работы Диссертационная работа изложена на 155 странице машинописного текста, и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 138 наименований и приложения, включает 66 рисунков и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цель и основные задачи исследования, научная новизна и практическая ценность выносимых на защиту результатов.

В первой главе проведен обзор методов и средств магнитометрии. Сравнительный анализ современных магнитометров показал, что ФЗД обладают совокупностью позитивных свойств, которая другим магнитометрическим преобразователям не принадлежит. Поэтому существуют задачи расширения областей применения ФЗ и создания на их основе прогрессивных измерительных технологий.

Следовательно, необходимо научное обоснование новых и совершенствование существующих методов и средств изготовления и контроля элементов измерительных структур ФЗ, в особенности магнитопроводов – как основополагающих.

Выявлены перспективные направления исследований по совершенствованию метрологических и эксплуатационных характеристик ФЗ, в частности: миниатюризация; технологичность производства; снижение энергопотребления;

снижение стоимости.

Во второй главе приведены теоретические положения диссертации, которые составляют основу практических разработок феррозондовых магнитометров.

Стержневой ДФЗ классического исполнения имеет конструкцию с параллельными полуэлементами (рисунок 1, а). Недостатком данной конструкции является необходимость строгой идентификации параметров двух магниточувствительных сердечников. В конструкции по рисунку 1 (б) полуэлементы ДФЗ расположены соосно, что способствует совмещению его геометрической оси с физической осью чувствительности (ОЧ) датчика. При этом МП может быть общим для полуэлементов ДФЗ.

Рисунок 1 – Функциональные схемы ДФЗ ОВ – обмотка возбуждения ФЗ; СО – сигнальная обмотка ФЗ; ОЧ – ось чувствительности ДФЗ; H0 – измеряемое поле; H1 – поле возбуждения Идентичность полуэлементов является основой работоспособности ДФЗ и определяется в основном свойствами МП. Задача идентификации параметров МП усложняется тем, что распространяется как на геометрические, так и на физические их характеристики. В настоящее время в качестве материалов МП ДФЗ применяются АмС, обеспечивающие заданные метрологические и эксплуатационные характеристики датчиков. АмС производятся в виде лент со строго нормированной толщиной в диапазоне 32±6 мкм. При этом технологически обеспечивается идентичность магнитных свойств АмС по всей длине и ширине (560 мм) ленты.

Ширина изготавливаемых из лент ММС 0,22,0 мм является для ФЗ расчетной величиной, так как определяет их параметры возбуждения, чувствительность и диаграмму направленности. Соотношение ширины и толщины ММС представляет его как тонкопленочную структуру, поэтому ФЗ с такими сердечниками относятся к датчикам с плоскими магнитными пленками (ПМП).

Для одностержневого ДФЗ по рисунку 1 (б), при идентичности обмоток полуэлементов ОВ, баланс дифференциальной измерительной структуры определяется симметрией распределения магнитного материала МП вдоль ОЧ относительно плоскости экваториального (центрального) сечения ДФЗ.

Средняя индукция сердечника произвольной формы длиной l, согласно рисунку 2 определяется:

1x 2

–  –  –

Стержневой ПМП сердечник, для идентификации его параметров, можно представить в виде плоской фигуры с определенными размерами a, b, l, и прямолинейными сторонами, как по рисункам 2, 3.

–  –  –

где М = const – магнитная проницаемость материала МП.

Данная форма КП, в отличие от нелинейной позволяет в диапазоне перемагничивания (+HS)(-HS), с учетом M = const, однозначно определять для МП, с заданными числовыми параметрами исходного материала M ; HS ; ВS, зависимости эксплуатационных характеристик ФЗ от типа и размеров МП. Так например, по рисунку 5 (а) уменьшение площади сечения МП, при прочих неизменных электромагнитных параметрах ФЗ, приводит к уменьшению Bs исходного магнитного материала МП до уровня Bs*. Эта тенденция однозначно интерпретируется как изменение угла М*М в диапазоне перемагничивания (+HS)(-HS). Данная форма КП определяет теоретическую форму сигнала ДФЗ (рисунок 5,в), соответствующую экспериментальной с МП из АмС (рисунок 5,б).

Таким образом, представленный графо-аналитический метод позволяет однозначно определять связь уровня информационного сигнала ДФЗ с уровнем измеряемого поля H0 (рисунок 4).

Анализ работ посвященных теории феррозондовых датчиков показал, что методы определения и формулы зависимости e=f(H0) разнообразны и не содержат прямой функциональной связи ЭДС ФЗ с параметрами M ; HS ; ВS материала МП и выявил недостатки существующих математических моделей связи ЭДС ФЗ с уровнем H0 измеряемого магнитного поля.

–  –  –

где =2f; f – частота возбуждающего поля; H1 – амплитуда возбуждающего поля; Т – магнитная проницаемость тела; s – поперечное сечение магнитопровода; w2 – количество витков сигнальной обмотки; H0 – измеряемое магнитное поле;

HS – напряженность насыщения магнитопровода; t – время.

Также известна аналогичная (8) зависимость информативного параметра

ДФЗ e от измеряемого H0:

b s w2 H 0 H12 sin(2 t), (9) e6 где e – выходная ЭДС сигнальной обмотки как совокупность четных гармоник частоты f возбуждения; b – коэффициент аппроксимации, зависящий от материала и формы магнитопровода.

Анализ (8), (9) позволяет сделать следующие заключения:

1. Формула (8) представляет собой сложную функциональную зависимость e от измеряемого H0, что затрудняет определение параметров диаграммы направленности ДФЗ и его основополагающих метрологических характеристик.

2. В правой части формул (8), (9) не содержатся в явном виде аргументы отражающие B, HS, BS – базовые характеристики исходного материала МП ДФЗ.

3. При численно заданных характеристиках ДФЗ формула (9), в отличие от (8), представляет собой прямую K = const функциональную зависимость основного е информативного параметра ДФЗ от H0 измеряемой величины.

Также известна для ДФЗ формула связи е=f(H0) в виде:

e k H 0 cos sin 2 t, (10) где k – постоянная феррозонда; – угол между вектором H0 и осью чувствительности феррозонда; H0 – измеряемое магнитное поле.

4. В реальных схемах магнитометров ДФЗ работают на строго фиксированной частоте fвозб = const, что позволяет в (10) включить сомножитель sin2t=const в состав коэффициента К.

Аргумент cos в (10) раскрывает важнейшее свойство ДФЗ – наличие симметричной двулепестковой диаграммы направленности. Поэтому, эволюции ОЧ ДФЗ вокруг H0 в диапазоне углов =(0360)° полностью определяются уровнем и знаком е информационного сигнала. Однако при метрологическом контроле ДФЗ аргумент cos вносит неопределенность функции е в случае действия вектора H0 ортогонально ОЧ: =90°, =270°. Для исключения неопределенности при метрологическом контроле ДФЗ задают =const, то есть ориентируют ОЧ по вектору H0, что позволяет в (10) включить аргумент cos=const в состав коэффициента К.

Результаты анализа п.п. 1 – 4 определяют общие требования к математической модели ДФЗ:

1. Прямая зависимость информативного параметра ДФЗ от измеряемой величины: e=kH0.

2. Исключение взаимовлияющих аргументов, таких как H1 и Hs в (8).

3. Представление обобщенного коэффициента «К – постоянная феррозонда»

в виде независимых сомножителей, характеризующих:

К1 – коэффициент формы МП ФЗ: стержневой; кольцевой; сложной формы;

К2 – коэффициент геометрических параметров ФЗ;

К3 – коэффициент электромагнитных параметров ФЗ.

Согласно данным требованиям, по методике представленной на рисунках (4),(5) обобщение зависимостей М* от М исходного магнитного материала, типа и размеров МП, позволяет, подобно (8) – (10), создать математическую модель функциональной связи информативного e параметра ФЗ с определяющими характеристиками его измерительной структуры:

w2 S H S sin n t ), (11) e K H0 ( M где К=К1· К2· К3; К1 1 – коэффициент формы МП ФЗ; К2 1 – коэффициент геометрических параметров ФЗ; К3 1 – коэффициент электромагнитных параметров ФЗ; К1 – коэффициент уменьшения угла наклона M до M* по рисунку 5; n = 2,4,6….

С целью технического использования теоретических научных положений диссертации разработан способ изготовления и контроля ММС из АмС для ДФЗ, не нарушающая магнитные свойства исходного материала.

Основными пунктами методики являются:

1. Исходным материалом для изготовления тонкопленочных ММС ФЗД является быстрозакаленная лента из магнитомягких аморфных сплавов (ТУ 14-123Каждая партия ленты сопровождается сертификатом качества.

2. Лента исходного материала разрезается механическим способом на заготовки длиной (70±1) мм, и шириной (10±1) мм.

4. Группа из 20 отсортированных заготовок в виде штабеля зажимается в специальной электропроводящей струбцине.

5. Изготовление магнитопроводов выполняется с помощью электроэрозионного проволочно-вырезного станка А207.86-М2.

7. Механически и электрически соединяют струбцину с электроэрозионным станком.

8. Заливают в ванну жидкий диэлектрик (воду).

9. Выполняют программирование электроэрозионного станка в соответствии с требуемыми параметрами:

– габаритные размеры магнитопровода (длина, ширина);

– скорость движения режущего инструмента.

10. По заданной программе выполняют операцию резки.

11. Производят изъятие из ванны с жидким диэлектриком 20 готовых МП.

Новая партия из 20 МП – с п. 9.

14. При контроле качества с целью сертификации МП, на испытательных стендах определяют их характеристики: M*; S; Hs; B.

17. С помощью микроскопа производят контроль геометрических параметров ММС: а=b; линейность; шероховатость кромок.

22. По результатам пунктов 14 – 21 производят группирование и отбраковку ММС.

Таким образом, в главе 2 представлены следующие теоретические положения:

– математическая модель ФЗ связывающая уровень сигнала СО с параметрами МП как стержневого, так и замкнутого типов;

– математическая модель идентификации ММС из тонкопленочных АмС по минимуму контролируемых геометрических параметров а=b;

– способ изготовления и методика метрологического контроля тонкопленочных ММС из АмС.

В третьей главе приведены результаты метрологических исследований по теме диссертации.

С целью определения адекватности полученных в главе 2 математических моделей для ПМП трапецеидальной формы (рисунок 3), были проведены экспериментальные исследования распределения магнитных параметров по длине l=40 мм тонкопленочных =30 мкм сердечников с заданными а=2 мм; b=0,1 мм. Исследования проводились двумя независимыми методами: феррозондовым и измерения индуктивности. Графики свидетельствуют о сходимости результатов независимых измерений, что подтверждает их достоверность, а также соответствие данных эксперимента – теоретическим (рисунок 6).

Зависимости по рисунку 6 показывают, что для ПМП сердечников равенство а=b является основополагающим и, при выполнении принятых в главе 2 допущений, достаточным для достижения симметрии распределения магнитного материала относительно центра сердечника. Симметрию при а=b обеспечивает прежде

–  –  –

всего прямолинейность граней ПМП сердечника при заданном уровне шероховатости его кромки. Данные требования выполняются в рамках разработанного способа изготовления. Не менее важная задача разработанного способа состояла в минимизации факторов, уменьшающих значение М в процессе изготовления сердечников. На рисунке 7 представлена схема процесса электроэрозионной резки ММС из АмС.

–  –  –

По разработанному способу изготовления ММС из АмС практически устранены факторы, влияющие на магнитные, механические и другие свойства изготавливаемых сердечников (рисунки 8, 10). Получаемая по данному способу изготовления шероховатость кромок ММС из АмС удовлетворяет требованиям математической модели (3)-(6) и представлена на рисунке 10.

Метрологические исследования изготовленных ММС из АмС в рамках данного способа осуществляется по п.п. 1-22, представленным в Главе 2.

Для проведения измерений на стендах, были разработаны, изготовлены и применены аттестационные индуктивности и ДФЗ (рисунок 8).

В четвертой главе представлены результаты технической реализации и практического использования теоретических положений диссертации.

На рисунке 9 (а) представлен магнитометр на основе ДФЗ с идентичными полуэлементами и переключением режимов работы «полемер-градиентомер».

Полуэлементы выполнены на основе ММС из АмС, идентификация параметров которых произведена по разработанной методике. Режимы работы, задаются Рисунок 8 – Формы аттестуемых тонкопленочных МП из АмС.

1 – соленоидные обмотки; 2 – каркас для размещения аттестуемых МП; 3 – аттестационный ДФЗ; 4 – аттестуемые МП: равномерный по ширине; малой ширины на полюсах; малой ширины в центре; треугольный. l1; l2 – диапазон перемещений аттестационного ДФЗ вариантами подключения обмоток: W1, W2 либо W3, W4 к цепи Г, R, C стабильного тока возбуждения. Вне зависимости от режима, информативным параметром магнитометра является уровень сигнала удвоенной частоты возбуждения, выделяемой фильтром ИФ. С выхода амплитудного детектора АД уровень информационного сигнала считывается микроконтроллером МК и результат измерения отображается на И-индикаторе.

На рисунке 9 (б) представлен магнитометр с управлением от жидкостного гравитационного коммутатора (ЖГК) как указателя вертикали.

Представлен многофункциональный микропроцессорный прибор, созданный на основе мультисенсорного (3-компонентного) датчика с взаимоортогональными стрежневыми ДФЗ. Прибор, в частности, вычисляет модуль полного вектора Т магнитного воздействия, например, вектора нормального магнитного поля Земли (НМПЗ). Прибор вычисляет также модуль A – аномалии вектора НМПЗ. Для определения местоположения магнитной аномалии режим работы прибора переключается в положение «Пеленг» (X=0; Y=0).

–  –  –

В данном режиме датчик магнитометра превращается в магнитную указку, т.е. задает направление поиска источника аномалии по оси направленности Zферрозонда.

–  –  –

Теоретические положения диссертации стали основой изготовления ДФЗ структуры «полемер-градиентомер» по гибридным и интегральным технологиям.

Была разработана многослойная топология ДФЗ с плоскими ОВ и СО (рисунок 11). Плоские ОВ и СО обмотки выполнены бифилярными (БОВС), что минимизирует С-параметр (межвитковую емкость), делает структуру ДФЗ универсальной.

Бифилярное исполнение обмоток приближает площадь сечения витка к площади сечения ММС, что обеспечивает концентрацию потоков БОВС вдоль ОЧ ДФЗ – улучшает метрологические характеристики ЧЭ, снижает энергопотребление.

Рисунок 11 – Гибридные ДФЗ на основе ММС с интегральными ОВ и СО

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе анализа способ электроэрозионной резки определен как оптимальный при изготовлении малогабаритных магниточувствительных сердечников из тонкопленочных аморфных сплавов.

2. Разработана математическая модель дифференциального феррозонда, связывающая его основной информативный параметр – уровень второй гармонической составляющей тока возбуждения с разделенными по группам параметрами его электромагнитной системы, в частности – с параметрами магнитопровода.

Форма математической модели позволяет задавать параметры дифференциального феррозонда и магнитопровода непосредственно – в виде их численных значений.

Математическая модель универсальна: предназначена для определения параметров дифференциального феррозонда как со стержневыми, так и с замкнутыми магнитопроводами.

3. Разработана математическая модель идентификации малогабаритных магниточувствительных сердечников из тонкопленочных аморфных сплавов по ограниченному ряду их геометрических параметров.

Модель связывает информационный сигнал дифференциального феррозонда с отклонением формы стержневого сердечника от заданной. Изготовлен стенд метрологического контроля стержневых сердечников. Методика контроля позволяет определять неравномерность площади сечения сердечников с погрешностью S 0,1 %. Способ изготовления в сочетании с методикой контроля обеспечили сокращение отбраковки сердечников в рамках производимой партии с 60 до 15 %.

4. Разработаны способ изготовления и методика контроля малогабаритных магниточувствительных сердечников из тонкопленочных аморфных сплавов.

Способ обеспечивает заданную точность геометрических параметров с сохранением магнитных свойств исходного материала малогабаритных магниточувствительных сердечников за счет устранения температурных, механических воздействий на тонкопленочный аморфный сплав.

По разработанному способу изготовлены сердечники с параметрами: толщина: = (32±6) мкм; длина: l = (360) мм; ширина: b = (0,22,0) мм. Неравномерность площади сечения сердечников по длине S (0,1 0,3)%.

5. На основе экспериментальных исследований дифференциальных феррозондов с вновь полученными малогабаритными магниточувствительными сердечниками разработан ряд макетных образцов и магнитометрических приборов, в частности мультисенсорных.

Разработана измерительная структура дифференциального феррозонда с соосными полуэлементами и возможностью переключения режимов работы «полемер - градиентомер» (патент № 108638). Дифференциальный феррозонд выполнен на основе идентификации L-C-R параметров обмоток возбуждения и сигнала.

Чувствительность дифференциального феррозонда: G = 0,05 мВ/; ток потребления: Iвозб 5мА; мощность потребления: Рвозб 2,5 мВт; габариты чувствительного элемента дифференциального феррозонда: l = (360) мм; d = (0,33,0) мм; частотный диапазон: fвозб = (2500) кГц.

Разработан многофункциональный 3-компонентный феррозондовый магнитометр «Феррофон-430» обеспечивающий по созданной программе микропроцессора вычисления: полного вектора магнитного воздействия, определение линии действия, знака вектора, его градиента. Спроектированы и смонтированы электронные схемы преобразователей возбуждения и сигнала дифференциальных феррозондов.

Разработан контрольно-измерительный прибор «Феррозондовый градиентомер». Один из вариантов прибора выполнен мультисенсорным: с гравитационным жидкостным датчиком вертикали (Патент № 2448350).

Разработанные способы изготовления и методика идентификации малогабаритных магниточувствительных сердечников из плоских магнитных пленок является перспективной в плане организации производства магнитометрических датчиков различного назначения.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

По результатам диссертационных исследований опубликовано 28 печатных работ, основные из них:

В рецензируемых журналах из перечня ВАК

1. Прищепов, С. К. Интегральные и гибридные технологии производства феррозондовых датчиков / С. К. Прищепов, К. И. Власкин // Нано- и микросистемная техника. 2011. №9. С. 2 – 4.

2. Прищепов, С. К. Многофункциональный магнитометрический турбинный расходомер / С. К. Прищепов, К. И. Власкин // Приборы и техника эксперимента.

2011. №6. С. 117 –121.

3. Власкин, К. И. Электроэрозионный способ обработки аморфных сплавов при изготовлении сердечников феррозондов / К. И. Власкин, С. К. Прищепов // Гальванотехника и обработка поверхности. 2011. Т. XIX, № 4. С. 36 – 39.

4. Прищепов, С. К. Интеллектуальные датчики феррозондового типа / С. К.

Прищепов, К. И. Власкин // Научное приборостроение. 2011. Т. 21, №4. С. 151 – 153.

5. Прищепов, С. К. Автономный микропроцессорный феррозондовый магнитометр / С. К. Прищепов, К. И. Власкин, С. В. Жернаков // Проектирование и технология электронных средств. 2010. №3. С. 24 – 26.

6. Прищепов, С. К. Магнитометрический прибор для обнаружения скрытых подземных объектов / С. К. Прищепов, К. И. Власкин // Известия Томского политехнического университета. 2012. Т. 320, № 1. С. 111 – 113.

7. Прищепов, С. К. Организация системы «магнитный ноль» в заданном объеме / С. К. Прищепов, К. И. Власкин, З. М. Ямилева // Заводская лаборатория.

Диагностика материалов. 2012. № 09 (78). С. 45 – 46.

8. Власкин, К. И. Технологии изготовления магниточувствительных элементов феррозондовых датчиков / К. И. Власкин, С. К. Прищепов // Вестник Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления.

2012. № 4(39). С. 43 – 46.

9. Прищепов, С. К. Система стабилизации геомагнитного поля в заданном объеме / С. К. Прищепов, К. И. Власкин, З. М. Ямилева // Экологические системы и приборы. 2013. №3. С. 54 – 59.

Патенты РФ

10. Прищепов С.К., Власкин К.И. Феррозондовый магнитометр // Патент на полезную модель № 108638. 2011. Бюл. №26.

11. Прищепов С.К., Стрижев С.А., Власкин К.И. Устройство для обнаружения магнитных аномалий // Патент на полезную модель № 109568. 2011. Бюл.

№29.

12. Прищепов С.К., Власкин К.И., Тимофеев Е.А. Устройство для обнаружения подземных магнитных аномалий // Патент на изобретение № 2448350.

2012. Бюл. №11.

В других изданиях

13. Власкин, К. И. Теория и практика идентификации параметров тонкопленочных магниточувствиетльных сердечников / К.И. Власкин, С.К. Прищепов // Международный научно-исследовательский журнал: Сборник по результатам XXI заочной научной конференции Research Journal of International Studies / под ред.

А.В. Миллер. – Выпуск 11 Часть 1. – Екатеринбург: МНИЖ, 2013. – С. 81 – 84.

14. Власкин, К. И. Трехкомпонентный феррозондовый микропроцессорный магнитометр / К.И. Власкин, С.К. Прищепов, Г.В. Миловзоров // Международный научно-исследовательский журнал: Сборник по результатам VII заочной научной конференции Research Journal of International Studies / под ред. А.В. Миллер. –

Похожие работы:

«Степаненко Светлана Николаевна КОГНИТИВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ЛЕКСИЧЕСКОЙ КОНЦЕПТУАЛИЗАЦИИ КОЛИЧЕСТВА В СОВРЕМЕННОМ АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ Статья посвящена изучению когнитивных механизмов, лежащих в основе процесса концептуализации количества языковыми средствами лексического уровня. Автором предп...»

«Объединение независимых экспертов в области минеральных ресурсов, металлургии и химической промышленности _ Обзор рынка карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) в странах СНГ Издание 2-ое, дополненное и перерабо...»

«Электронный архив УГЛТУ Ю.Д. Силуков Природоохранные требования при проектировании автомобильных дорог Екатеринбург Электронный архив УГЛТУ МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФГБОУ ВПО "УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Кафедра транспорта и дорожного строительства Ю.Д. Силуков Природоохранные...»

«Масалкова Анастасия Александровна Механизмы регулирования транзитных поставок российского газа в Европу Специальность 08.00.14. – "Мировая экономика" АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Москва – 2013 Работа выполнена на кафедре международного нефтегазового бизнеса Российского государственного университета...»

«Министерство образования Российской Федерации Томский политехнический университет О.В. Серебренникова ГЕОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПРИ ПОИСКЕ И РАЗВЕДКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА Учебное пособие Ханты-Мансийск ББК 26.343.1:26.30 Я73 УДК 550.84 (075.8) C 325 Серебренникова О.В. С 325 Геохим...»

«Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." Строительно-архитектурно-дорожный институт "Утверждаю" Проректор по УР СГТУ имени Гагарина Ю.А. д.и.н., профессор _Г.В. Лобачева "28" января 2015 г. ПРОГРАММА междис...»

«ПРИВЕЗЕНЦЕВ Денис Геннадьевич АЛГОРИТМЫ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ДЕФЕКТОСКОПИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ОСНОВЕ ПРИЗНАКОВ САМОПОДОБИЯ Специальность: 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность). АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Владимир 2012 Работа выполнена на кафедре Си...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.