Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Аналоговые запоминающие и адаптивные элементы

..pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
24.10.2023
Размер:
9.92 Mб
Скачать

Рис. 2-14. Конструктивные

схемы

элемента

с поперечным

возбуждением,

а — с разомкнутым

магнитопроводом

возбуждения;

б с замкнутым

 

магнитопроводом

возбуждения.

 

 

 

 

следует из работы [Л. 89], при малых углах можно написать:

Q =

kH,

 

 

(2-26)

где

k—коэффициент,

определяемый

материалом

сердечника.

 

Существует некоторое допустимое

значение напряженности

Я д о Ш ниже которого

значение остаточной индукции

В 0 с т не ме­

няется [Л. 89, 90]. Таким образом, оказывается возможным счи­ тывать состояние остаточной индукции неразрушающим спосо­

бом. Проанализируем

выходной спектр

проекции остаточной

индукции

на продольную ось B O C T C O S 6 ,

которая

обусловливает

выходное

напряжение

е в ы х . Раскладывая

cos 6 в

точке 0 = 0 П =

ДН=2НН=2Нт

/ / / \^

X п

ВОСТ

Продольная ось

Рис. 2-15. К принципу

считывания

поперечным

полем.

101

— kHn

в

ряд Тейлора и ограничиваясь

тремя

первыми

членами

ряда, получаем:

 

 

 

 

 

cos 8 =

cos 6 m — (8 - 6Ц) sin 8„ -

( 9

~ 2 9 п ) 2

cos 8U =

cos k Я п

-

 

 

( c os kHu)

k*H2m

 

 

 

— (sin Ша)

kHm cos o>t

 

cos2

wt = cos kHa

 

(cos kHn)

k*H2m

kHm

 

(cos kHa)

k2H2m

• COS 2mt.

 

j

(S!I1 kHa)

COS vat

j

 

 

 

 

 

 

 

(2-27)

Таким образом, в спектре продольной составляющей индукции содержится как первая, так и вторая гармоника. Для малых 8П можно положить s i n 8 n = 0 n и c o s 8 n = l . Дифференцируя по вре­ мени (2-27), получаем выражение для выходного напряжения

бвых:

<?„ых = а У в ы х 5 £ 0 С Т rfCd°s9

=

t 0 B b I X 5 5 о с т ^k2HaHm ш sin т( - f

 

№Н<

 

 

 

(2-28)

— ^ a o s i n 2arf

 

 

 

где S — площадь сечения

сердечника.

 

 

Из (2-28) следует,

что при Я т > Я п превалирует

вторая

гар­

моника над первой, при

Я т < Я п наоборот. Для

Я п = 0

полу­

чаем элемент с выходом на второй гармонике с поперечным воз­ буждением [Л. 48, 89], который в отличие от элемента с продоль­ ным возбуждением (см. § 2-2,а) принципиально не имеет на вы­ ходе первой гармоники. При наличии большого постоянного сме­

щения, т. е. при Я п ^ > Я т , выходной

сигнал

снимается

на первой

гармонике, причем в отличие

от элемента

на

первой

гармонике

с продольным возбуждением

здесь евых

пропорционален

5 0 о т

и его фаза меняется на 180°

при

изменении

полярности

В0СТ.

Преимущество использования основной составляющей заклю­ чается в больших значениях евых по сравнению с сигналами на второй гармонике [Л. 90]. Однако в последнем случае из-за ча­ стотной развязки входных и выходных цепей значительно выше помехоустойчивость элемента, так как, несмотря на перпенди­ кулярное расположение обмоток wB035 и "Л)вых на высоких часто­ тах, трудно избежать непосредственных наводок основной со­ ставляющей из цепей возбуждения в выходные цепи (из-за емкостных связей). Схема, изображенная на рис. 2-14,а, чувст­ вительна к действиям внешних магнитных полей, поскольку

102

магнитопровод возбуждения в этом случае является разомкну­ тым. По сравнению с ней схема, приведенная на рис. 2-14,6, обладает лучшими техническими показателями, однако требует сердечников более сложных форм, что делает их малопригодны­ ми для систем с большим числом ЗЭ. Кроме тороидальных сер­ дечников, для ЗЭ с поперечным возбуждением применялись биаксы с одним или несколькими выходными отверстиями на одно отверстие считывания (возбуждения) [Л. 90], однако прин­ цип его работы полностью совпадает с описанным выше и спе­ циально ЗЭ на биаксах здесь рассматриваться не будут.

2-3. Неразрушающее считывание возбуждением короткими импульсами тока

Указанный метод был предложен Фридляндером и Мак-Милла- ном [Л. 91] и является естественным продолжением работ, по­ священных неразрушающему считыванию двоичной информа­ ции [Л. 92, 93].

Принцип неразрушающего считывания короткими импульса­ ми состоит в следующем. Пусть сердечник установлен в состоя­ ние отрицательного насыщения •— Вт, и на него действует в по­ ложительном направлении короткий сильный импульс поля, который перемагничивает сердечник на величину, например, не

более 0,5 Вт. Если

к сердечнику

приложить постоянное отрица­

тельное смещение Я с м , которое

самостоятельно

не может

изме­

нить магнитного состояния сердечника, тлк

как

Я С м < Я с ,

то ока­

зывается, что после

действия

сильного

положительного поля

считывания сердечник при наличии отрицательного смещения

евых

Воет!'* ^аа2< ВостЗ< Вост4< ВостВ

Рис. 2-16.

Зависимость

выходного

 

напряжения

от времени при

считывании

короткими

сильными

импульсами.

 

 

 

Рис. 2-17.

Временная

диаграмма

при

импульсном

считывании.

 

103

будет возвращаться в исходное

состояние В г . В своих опытах

авторы

работы [Л.

91]

использовали

металлический

сердечник

с 50°,0 -ным

содержанием никеля

и

толщиной

ленты 50

мкм.

Параметры

полей

считывания и смещения были

следующими:

# с ч = 1 2

Нс,

# с м = 0,64

Нс,

длительность

импульса

считывания

1 мкеек,

время повторения между импульсами считывания, не­

обходимое для возврата сердечника в состояние — Вг

полем сме­

щения,

16,7 мсек.

После

приложения

100 000

импульсов

Нсч

заметного

изменения выходного

сигнала

обнаружено не было.

Если исходное состояние сердечника В 0 С т изменять слабыми положительными импульсами записи Нзаи, незначительно пре­ вышающими Нс, например # з а п = 1 , 3 5 Нс, то оказывается, что амплитуда выходного сигнала будет пропорциональна разности

Вг — Воет

^ в х . м а к с " 2ВГ °01' ( 2 " 2 9 )

г д е

^вых маке ~~ максимальный

выходной

сигнал при

В о с т = — Вг.

 

 

 

 

 

На рис. 2-16 изображены

графики зависимостей е в ъ 1 х = е в ы х (/)

для различных значений Вг

В 0 С т {Л.

91]. Как видно из рисун­

ка, при увеличении значения

Вг В о с т

увеличивается и еВых.макс,

причем время наступления максимума

практически

остается не­

изменным. Установка различных значений В 0 С т производится варьированием длительности импульсов записи или их числа. Временная диаграмма поступления импульсов считывания и записи и поле смещения показаны на рис. 2-17. Поле смещения в отличие от считывания двоичной информации здесь возвраща­

ет сердечник не на один и тот же уровень

отрицательного насы­

щ е н и я — Вг, а на

различные уровни

В 0 С т ,

соответствующие раз­

личным значениям запоминаемого сигнала.

 

Зависимость

еВых.макс от Вг—Воет

объясняется следующим

образом. Перемагничивание металлических пермаллоевых лент из состояния насыщения в сильных полях начинается с образо­ вания на внешней поверхности ленты с последующим проникно­ вением в глубь стенок плоского домена {Л. 94, 95]. Этот процесс происходит приблизительно одновременно вдоль всей длины ленты, и максимум напряжения eBUx{t) соответствует образова­ нию стенок плоского домена. Изменение индукции в слабых по­ лях [Л. 96] приводит к совершенно иным распределениям домен­ ных стенок, поэтому при подаче слабых импульсов записи одна часть сердечника окажется полностью перемагниченной до зна­ чений Воет, а другая его часть характеризуется первоначальным

104

остаточным уровнем — Вг. Следовательно, когда положительный сильный импульс считывания приложен к сердечнику, то поверх­

ностные плоские стенки образуются лишь

на некоторой

части

поверхности а=(Вг

В0СТ)/2ВГ,

в

связи с

чем е В Ы х . м а к с

прини­

мает значения, пропорциональные

а, что и объясняет формулу

(2-29).

 

 

 

 

 

Рассматриваемый в этом параграфе способ считывания характеризуется, как и большинство импульсных методов, чрез­ вычайно высокой скоростью считывания, однако из-за медлен­

ного

возврата

сердечника

в

исходное

состояние В 0 с т

реализо­

вать это преимущество малыми полями смещения

можно толь­

ко при очень

большой

скважности

обращения

к элементам

памяти (порядка 1 ООО и выше). Очевидно также,

что

выделе­

ние импульсного выходного сигнала с переменным

максималь­

ным значением

е В Ы х . м а к с = Уаг

из шумов

значительно

сложнее,

чем

переменного сигнала

с

постоянной

частотой

считывания

(см.

§ 2-2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выход

 

В )

 

 

 

Рис. 2-18.

Конструктивные

схемы

элемента

с

ультразвуковым

возбужде­

нием.

 

 

 

 

 

 

 

1 источник

механических

колебаний;

2 магнитопровод;

3 демпфер.

 

105

2-4. Неразрушающее

считывание с использованием

механического

ультразвукового

возбуждения

 

Рассматриваемый метод считывания основан на использовании

эффекта

магнитострикции.

Если

возбуждать магнитный сер­

дечник с

помощью

ультразвуковых

механических колебаний,

как это показано на

рис. 2

-18,а, то

на

выходной обмотке появит­

ся напряжение переменного тока, амплитуда которого пропор­

циональна уровню

остаточного потока Ф 0 С т, а его фаза

опреде­

ляется полярностью Фост [Л. 1, 2].

При этом,

как

и в

случае

высокочастотного

электрического

возбуждения

2-2), если

ограничить амплитуду возбуждения, то считывание производит­ ся неразрушающим способом. Возможны и другие конструкции магнитострикционного элемента, как показано на рис. 2-18,6 или в. В таких конструкциях удается использовать один пьезо­ электрический преобразователь на всю совокупность элементов памяти, размещенных на одном сердечнике.

2-5.

Неразрушающее

считывание

с разветвленных

магнитных

сердечников

Как

было показано

 

в § 1-3,

в процессе записи в трансфлюксоре

устанавливается

поток Ф ь

которому

однозначно соответствует

изменение

потока в магнитопроводе считывания

|ДФ3 | (рис. 1-22).

Изменение

потока

|ДФз|,

происходящее под

 

действием

тока

возбуждения / в 0 з б ,

связано

некоторым

образом

с

величиной

вы­

ходного сигнала. По способу воздействия на выходной сигнал потоком перемагничивания вокруг малого отверстия все методы считывания можно классифицировать на четыре группы: считы­

вание с амплитудной,

с

частотной,

с

широтной

и

с фазо­

вой модуляцией выходного сигнала.

 

 

 

 

 

а)

Считывание

с амплитудной

модуляцией

выходного

сигнала

В

АЗЭ с амплитудной

модуляцией (рис. 2-19)

ток

возбуждения

синусоидальной

или

прямоугольной

формы

прикладывается

к

обмотке Швозб .

Сигнал

с ш В Ы х

подается

на детектор

среднего

значения, обычно представляющий собой выпрямитель и сгла­

живающий

фильтр.

Среднее значение

выходного

напряжения

 

2

 

 

 

 

W,

j

АФг (cot) dmt

 

 

 

6

 

= 2fwsblK I Д Ф ,

I = 2fшвых

( Ф 1 Г - I Д Ф , I),

 

 

 

где / частота

тока

возбуждения.

 

(2-30)

 

 

Юб

Рис. 2-19. Схема

считывания

с амплитудной

модуляцией.

Ф

+ Ф т

+ Ф г /

1возб *воз6

t

Рис.

2-20.

К

объяснению

влияния

тока

 

возбуждения

на

выходной

сигнал

при

амплитудной

модуляции.

Таким образом, изменение ам­ плитуды тока возбуждения в преде­ лах, допустимых с точки зрения неразрушающего считывания (1-21), или изменение его формы не влияет на величину среднего значения на­ пряжения. Практически для обеспе­ чения независимости £ В Ы х от ампли­ туды /В О зб вследствие неидеальности петли гистерезиса требуются специ­ альные схемные решения [Л. 5, 66]. Представим себе магнитопровод считывания как некоторый эквива­ лентный сердечник (рис. 2-20), в ко­ тором 2 Ф Г = | Д Ф 3 | . При изменении тока возбуждения от одного ампли­ тудного значения до другого поток

меняется

от Ф т до + Ф т , сохра­

няя при

этом знак

производной

d<T>/dt, вследствие чего

полярность

выходного

напряжения

в это время

постоянна.

Если к wBbix

подключить

выпрямитель, то он проводит в полу­ периоды постоянства знака выход­ ного напряжения, и поэтому среднее значение £ В ы х

: 4/йУВ ыхФп

(2-31)

Но Ф т зависит от амплитуды

воз­

буждения, и поэтому последняя вли­ яет на .Евых- Если же вместо обыч­ ного выпрямителя использовать управляемый, включаемый в полу­ период постоянства полярности то­ ка возбуждения, то легко видеть, что поток за это время сначала растет от — Ф г до +Фт, а затем падает до

-J-Фг,

и окончательное изменение по­

тока за полупериод

равно 2 Ф Г . Та­

ким

образом, при

управлении вы­

прямителями от источника тока воз­ буждения выходное напряжение

£вых = 4/даВ Ь 1 Х Фг =2В ых.1ЛФз! (2-32)

107

и не зависит теперь от амплитуды тока возбуждения. Одна из возможных схем выпрямления для этого случая изображена на рис. 2-21.

Частота возбуждения обычно

находится

в пределах от 10

до 100 кгц, а иногда возрастает примерно до

1 Мгц

[Л.

59, 61].

но в целом она ниже, чем при неразрушаемом

считывании пере­

менным током в тороидальных сердечниках

(§ 2-2,а). Это объяс­

няется тем, что в трансфлюксорах

перемагничивание

может про­

исходить по полному циклу (d>i = 0),

а в тороидальных

сердеч­

никах оно производится только

по

частным

циклам,

которое

требует меньшего времени переключения и вызывает

меньший

нагрев. Следует отметить, что нагрев часто служит

источником

дополнительных

погрешностей,

вынуждая

уменьшать

частоту

[Л. 64]. В то же время возможность

переключения

по

полным

циклам позволяет получить и большие по мощности

выходные

сигналы при ограниченной частоте.

 

 

 

 

 

Соотношение (1-21) определяет допустимый диапазон изме­

нения / В о з б , исходя из идеальности

петли гистерезиса. На самом

же деле этот диапазон должен быть сужен еще более:

 

LnHcS^:IB03QWBo3e^LiHr.

 

 

 

 

 

 

(2-33)

В реальных сердечниках поле насыщения HcS

 

может

значитель­

но превышать поле трогания Я т .

 

Как было

 

отмечено

в § 1-3,

геометрические

размеры сердечника

выбираются таким обра­

зом, чтобы диаметр большого отверстия в несколько раз превос­ ходил диаметр малого отверстия—обычно в 3—5 раз. Пример­ но такое же отношение имеет место и для длин L\ и L J J . Увели­ чение этого отношения представляет известные технологические

трудности.

Однако специальные

схемные

решения

позволяют

увеличить

допустимый диапазон

изменения

/ В о з б -

 

Если обмотку

возбуждения

разместить

в виде

восьмерки,

как это показано

на

рис. 2-22, то м. д. с. возбуждения можно

увеличить

вдвое,

так

как магнитопровод считывания

находится

под воздействием м. д. с. обеих секций обмотки, а управляющее

плечо трансфлюксора / перемагничивается под действием

толь­

ко одной секции (пока обе перемычки 2 и 5 не насыщены,

пере­

магничивается только малое отверстие, какова бы ни

была

м. д. с ; после насыщения одной из перемычек на управляющее плечо воздействует только секция, соответствующая ненасы­ щенной перемычке). Наиболее радикальным методом, позволя­ ющим увеличить м. д. с. возбуждения во много раз (до 75 раз) без опасности изменения потока, является применение специ­ альной компенсационной обмотки [Л. 5]. Действие м. д. с. воз­ буждения на управляющее плечо трансфлюксора сводится к раз-

108

1 в озб

Магнитопровод

 

считывания

 

Рис.

2-21.

Схема

выпрями­

теля,

управляемого

 

током

возбуждения.

 

Рис.

2-22. Обмотка

возбужде­

ния,

имеющая

конфигура­

цию

«восьмерки».

 

 

,

,

0

*везб

Рис.

2-23.

Схема

АЗЭ

на

трансфлюксоре

с исполь­

зованием

компенсационной

обмотки.

 

 

магничиванию сердечника, т. е. к установлению потока cl>i = 0 незави­ симо от его полярности, отсюда сле­ дует, что направление действия ком­ пенсационной обмотки должно быть

согласовано

с

полярностью

потока

Ф 4

(рис. 2-23). В том же случае, если

Ф 4

поменяет

 

полярность,

 

обмотки

считывания

и

компенсации будут

действовать

согласованно

и

устано­

вят

Ф ! = 0. Этот эффект от

примене­

ния компенсационной обмотки о>К омп позволяет устранить немонотонность зависимости |АФз| от Ф 4 ; он упоми­ нался в § 1-3,6. Отметим, что при­ менение компенсационной обмотки позволяет применять для возбужде­ ния источник напряжения с неболь­ шим ограничивающим сопротивле­ нием, при этом броски тока, сопро­ вождающие насыщение магнитопровода считывания, не влияют на по­ ток Ф ь

Применение амплитудной модуля­ ции при считывании наиболее удоб­ но для создания АЗЭ, которые дол­ жны запоминать сигналы обеих по­ лярностей. Базовая схема такого АЗЭ изображена на рис. 2-24. Об­ мотки возбуждения и смещения включены согласно, а обмотки за­ писи и выхода — встречно, разность выходных напряжений трансфлюксоров подается на фазовый детектор Ф Д . Для конкретности положим, что запись производится импульсами напряжения с фиксированной дли­ тельностью и переменной амплиту­ дой е з а п . (Если запись производится током, то обмотки записи включают­

ся последовательно.) Исходное

со­

стояние

АЗЭ,

соответствующее

е3 ап = 0, может быть различным:

оба

трансфлюксора

заблокированы,

оба

109

полностью разблокированы или оба находятся в одинаковом про­ межуточном положении (обычно cpi = CDr/2). Эти случаи в ука­ занном выше порядке иллюстрируются графиками зависимости £ в ы х от £ 3 а п (рис. 2 - 25,а — в ) . Общим для всех рассматриваемых случаев является увеличение при записи потока в управляющем

плече одного трансфлюксора

и уменьшение — в другом. Если

оба сердечника перед записью

заблокированы (рис. 2-25,а), то

на выходе наводится лишь напряжение помех, причем оно очень

мало, так как

выходные

напряжения обоих

трансфлюксоров

вычитаются. При

записи

(в зависимости от полярности импуль­

са е з а п ) один

из

трансфлюксоров остается в

заблокированном

состоянии, а другой—перемагничивается. Если оба трансфлюк­ сора перед записью заблокированы (рис. 2-25,6), то Е в ы х обус­ ловлено разностью максимальных значений выходных напряже­ ний обоих трансфлюксоров и зависит от идентичности характе­ ристик сердечников. Как и в предыдущем случае, трансфлюк-

соры перемагничиваются последовательно

друг

за

другом.

В случае рис. 2-25,е при записи оба трансфлюксора

перемагни­

чиваются одновременно, причем удобно сигнал

записи

подавать

в то же самое время, когда трансфлюксоры переводятся в про­ межуточное состояние. Этот метод в точности совпадает с опи­ санным в § 1-1,6 методом записи в тороидальные сердечники биполярных входных сигналов и позволяет точно так же ком­ пенсировать обратимую составляющую потока при записи. Един­ ственное различие состоит в том, что для тороидальных сердеч­ ников середина рабочего диапазона изменения потока соответ­ ствует нулевому потоку, а для трансфлюксоров — половине по-

110

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ