Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2014
|
Скачать 2.16 Mb.
|
                                      Министерство обороны Российской ФедерацииМинистерство промышленности и энергетики Саратовской области ОАО «Тантал», ОАО «Институт критических технологий» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского» Решением Президиума ВАК Министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых изданий, в которых рекомендуется публикация основных результатов диссертационных исследований на соискание ученой степени доктора и кандидата наук Гетеромагнитная микроэлектроника Сборник научных трудов Выпуск 16 Гетеромагнитная микро- и наноэлектроника. Методические аспекты физического образования. Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Саратов Издательство Саратовского университета 2014 УДК 621.382.029.6 ББК 548.537.611.44 Г44
В настоящем выпуске сборника представлены материалы по гетеромагнитным датчикам, подавлению гармонических магнитных помех, электродинамическим характеристикам планарного ферритового волновода, резонансной флуоресценции молекул при лазерном возбуждении, процессору с улучшенными характеристиками, методическим аспектам физического образования, инновационным направлениям в экономике. Для специалистов-разработчиков, экспертов, работающих в области микро- и наноэлектроники, а также студентов, аспирантов и докторантов. Редакционная коллегия: А. А. Игнатьев, д-р физ.-мат. наук, проф. (отв. редактор); М. Н. Куликов, канд. физ.-мат. наук, проф. (зам. отв. редактора); Л. Л. Страхова, канд. физ.-мат. наук, доц. (отв. секретарь); С. Ю. Глазьев, д-р экон. наук, проф., акад. РАН; В. И. Борисов, д-р техн. наук, член-корр. РАН; С. А. Никитов, д-р физ.-мат. наук, проф., член-корр. РАН; О. С. Сироткин, д-р техн. наук, проф., член-корр. РАН; О. Ю. Гордашникова, д-р экон. наук, проф.; А. Н. Плотников, д-р экон. наук, проф.; Е. А. Наумов, канд. экон. наук, проф.; Л. С. Сотов, д-р. техн. наук, проф.; А. А. Солопов, канд. экон. наук; С. П. Кудрявцева, канд. техн. наук, доц.; С. В. Овчинников, канд. физ.-мат. наук, доц.; В. А. Малярчук, канд. техн. наук., доц.; А. Л. Хвалин, канд. техн. наук, доц.; Б. А. Медведев, канд. физ.-мат. наук, доц.; Л. А. Романченко, канд. техн. наук, доц.; А. С. Краснощекова, зам. нач. КБ КТ по общим вопросам (референт ОАО «Институт критических технологий») УДК 621.382.029.6 ББК 548.537.611.44
Предисловие В 2014 г. отмечается 10-летие сборника научных трудов «Гетеромагнитная микроэлектроника». Этот период отражает становление нового отечественного научно-технического направления – гетеромагнитная микроэлектроника, введение новых разделов: «Методические аспекты физического образования» и «Экономика в промышленности». В настоящем выпуске сборника представлены материалы по гетеромагнитной микроэлектронике, классической магнитоэлектронике, обработке сигналов в цифровом формате и информации на новой элементной базе, проблемам физического образования и экономическим вопросам в промышленности.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УДК 621.317.445 ИССЛЕДОВАНИЕ СТЕПЕНИ ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ЛИНЕЙНОСТИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОДНООСНОГО ГЕТЕРОМАГНИТНОГО ДАТЧИКА МАГНИТНОГО ПОЛЯ А. А. Игнатьев, Е. А. Каюшкина, М. Н. Куликов Саратовский государственный университет Россия, 410012, Саратов, Астраханская, 83 E-mail: kof@sgu.ru Приводятся результаты теоретического и экспериментального исследований отклонения от линейности крутизны преобразования изменения внешнего магнитного поля в изменение информационного выходного сигнала в одноосном гетеромагнитном датчике слабых магнитных полей. Ключевые слова: крутизна преобразования, отклонение от линейности, гетеромагнитный датчик, магнитное поле Земли. Investigation of Degree of Deviation from Linear Conversion Heteromagnetic Uniaxial Magnetic Field Sensor A. А. Ignatiev, E. A. Kayushkina, M. N. Kulikov The results of theoretical and experimental studies of deviation from linearity of the slope conversion the external magnetic field changes in the information output of the sensor in a uniaxial heteromagnetic sensor of weak magnetic fields. Key words: slope conversion, deviation from linearity, heteromagnetic sensor, magnetic field of the Earth. Любой датчик магнитного поля представляет собой устройство, в котором на некотором магниточувствительном элементе изменение внешнего (измеряемого) магнитного поля преобразуется в изменение какого-либо легко регистрируемого физического параметра. Основными характеристиками таких датчиков являются диапазон измеряемых полей, крутизна преобразования, степень отклонения от линейности преоборазования, наличие и величина гистерезиса. Гетеромагнитный первичный преобразователь (ГМПП) – датчик магнитного поля – представляет собой магниточувствительный СВЧ-автогенератор, частота выходного сигнала которого изменяется пропорционально изменению внешнего магнитного поля. Если СВЧ-автогенератор содержит сферический резонатор из железо-иттриевого граната (ЖИГ) и дополнительные внешние поля отсутствуют, то частота f0 выходного сигнала ГМПП будет определяться известным соотношением [1, 2]
где γ = 2800 кГц/Гс гиромагнитное отношение для электрона; В0 – индукция внутреннего магнитного поля (сумма внешнего поля постоянного магнита и поля кристаллографической анизотропии ЖИГ-резонатора) в ЖИГ-резонаторе [1, 2]. Прямую, вдоль которой направлен вектор В0, будем считать измерительной осью ГМПП (рис. 1). При наличии дополнительного внешнего магнитного поля с индукцией В частота f выходного сигнала ГМПП изменится и станет равной
где В и В параллельная и перпендикулярная проекции вектора В на измерительную ось ГМПП (рис. 2). Рис. 2. Взаимное расположение векторов В и В0 В0 φ В В В Постоянный магнит Рис. 1. Схема расположения ЖИГ-резонатора в поле постоянного магнита В0 Если |В|<<| В0|, то из (1) с точностью до членов второго порядка малости имеем
В первом приближении изменение частоты Δf выходного сигнала будет равно
В В0 Рис. 3. Качественная картина взаимного расположения векторов В и В0 Таким образом, ГМПП как датчик малых внешних магнитных полей будет измерять только составляющую поля, параллельную измерительной оси, с постоянной крутизной преобразования Δf /ΔВ, равной γ. Отклонение от линейности преобразования проявляется как эффект второго порядка малости отношения В/В0 в случае, когда вектор В почти перпендикулярен вектору В0. Пусть вектор В измеряемого внешнего магнитного поля составляет малый угол α (α << 1) с перпендикуляром к измерительной оси ГМПП (рис. 3, реально В0 >> В). В этом случае
Тогда
а крутизна преобразования ГМПП для поперечной составляющей внешнего поля будет равна
Из (4) видно, что крутизна преобразования не является постоянной величиной, а зависит от отношения В/В0. В соответствии с соотношением (3) зависимость Δf от В представляет собой параболу
Будем считать, что нелинейные эффекты преобразования становятся заметными тогда, когда квадратичный член в соотношении (3) приблизительно равен линейному, т. е. при условии  .Так как << 1, то В≈ В и максимальная степень отклонения (γ ≠ const) от линейности будет иметь порядок В/В0. Рассмотрим влияние ферромагнитного окружения на направление измерительной оси ГМПП. Пусть Вх, Ву и Вz – компоненты измеряемого магнитного поля в месте расположения ГМПП без ферромагнитного окружения. Тогда в присутствии ферромагнетика ГМПП зарегистрирует значения компонент поля  , связанные с Вх, Ву и Вz известным соотношением Пуассона [3]
где коэффициенты Пуассона a, b, c, d, e, f, g, h, k учитывают так называемое «мягкое», а коэффициенты P, Q, R – «жесткое» (т. е. постоянное) намагничивание. Будем считать, что все коэффициенты Пуассона << 1, а  .Пусть 0у − измерительная ось датчика без ферромагнитного окружения. Тогда Q ≈ В0, а P << В0, R << В0. Тогда частота выходного сигнала одноосного ГМПП будет определяться соотношением
Из соотношения (6) следует два важных вывода. Во-первых, крутизна преобразования изменения внешнего магнитного поля в изменение частоты выходного (информационного) сигнала отлична от γ по основной измерительной оси (0у):
Во-вторых, появляется зависимость частоты выходного сигнала от компонент полей (  и  ), перпендикулярных основной измерительной оси (0у):
Последнее равносильно дополнительному отклонению измерительной оси ГМПП от его основной измерительной оси (0y) в свободном от ферромагнетиков пространстве на некоторый угол α (рис. 4):
где  ; .Рис. 4. Дополнительное отклонение измерительной оси ГМПП за счет влияния ферромагнитного окружения y x z 0 xy yz Таким образом, при наличии ферромагнитного окружения крутизна преобразования изменения внешнего магнитного поля в изменение частоты выходного (информационного) сигнала отлична от γ по основной измерительной оси и появляется зависимость частоты выходного сигнала от компонент полей, перпендикулярных основной измерительной оси. Экспериментально крутизну преобразования можно определить, измерив изменение частоы Δf при изменении внешнего магнитного поля на конечную величину ΔВ:
Тогда абсолютная погрешность измерения δγ будет равна
а относительная –
Одна из проблем измерения крутизны преобразования датчика магнитного поля связана с тем, что степень отклонения от линейности и величина гистерезиса у такого датчика малы, поэтому погрешность определения изменения магнитного поля не должна превышать десятой доли процента, что не позволяет использовать для этих целей стандартные измерители магнитного поля. Для того чтобы точность экспериментального определения степени отклонения от линейности преобразования Δγ/γ была менее 0,004, необходимо, чтобы относительные погрешности измерения изменений частоты и поля были менее 0,002. Это соответствует тому, что изменение индукции магнитного поля ΔВ на 1 Гс должно быть измерено с погрешностью 0,001 Гс. При этом соответствующее изменение частоты будет равно Δf ≈ 2800 кГц и погрешность определения этого изменения должна составлять не более 6 кГц. Это значит, что частоты начального и конечного состояний (до изменения магнитного поля и после) должны быть измерены с погрешностью 1 кГц. Последнее легко обеспечивается практически любым стандартным частотомером при выборе соответствующего времени усреднения (счета). Для обеспечения малой погрешности определения величины изменения магнитного поля был выбран способ создания внешнего (дополнительного) магнитного поля с помощью проволочной рамки, по обмотке которой пропускался регулируемый и измеряемый с высокой степенью точности ток. В такой рамке, не содержащей ферромагнитных деталей, индукция магнитного поля строго пропорциональна току. Рамка имела размеры 53  62 см и содержала 192 витка медного провода. Ширина намотки 5 см. Используя известные соотношения для расчета магнитного поля, создаваемого отрезком прямого провода с током, для нашей рамки получаем следующую связь между магнитным полем в геометрическом центре рамки В и током I:
Все дефекты изготовления рамки приводят только к небольшой систематической погрешности определения коэффициента пропорциональности между В и I и не влияют на линейность зависимости В от I. Измерение тока в рамке проводилось с помощью цифрового мультиметра с погрешностью отсчета 0,001А. В этом случае относительная погрешность измерения ΔВ в 0,002 обеспечивается изменением тока на ΔI = 0,5 А. Это соответствует изменению ΔВ приблизительно на 2 Гс и частоты Δf на 5600кГц. Тогда основная погрешность будет определяться погрешностью изменения тока и полная погрешность измерения крутизны преобразования γ не будет превышать 0,002. В соответствии с этими оценками погрешностей была выбрана следующая методика измерения степени отклонения от линейности преобразования изменения частоты выходного сигнала одноосного гетеромагнитного преобразователя. Ток I в рамке, создающей дополнительное магнитное поле, изменялся от −3 А до +3А с шагом ΔI = 0,5 А, и на каждом шаге частотомером с погрешностью ±1 кГц измерялась частота выходного сигнала fn как функция In (n = 1, 2... – номер шага). По соотношению (14) на каждом шаге вычислялось соответствующее значение Bn и рассчитывалось изменение ΔВn = Вn+1 − Вn, а также вычислялось соответствующее значение изменения частоты Δfn = fn+1 − fn. Далее по этим данным вычислялась крутизна преобразования:
Так как Δfn и ΔВn вычисляются по результатам двух измерений, то число значений γn получается на одно меньше, чем число N шагов измерений. Поэтому каждое значение γn следует относить к середине интервала внешнего магнитного поля Вn и Вn+1. По результатам расчета γn находится среднее значение крутизны преобразования <�γ>
которое в случае линейности преобразования должно быть постоянной величиной, и среднеквадратичное отклонение
Степень отклонения от линейности определялась как σ/<�γ>. Результат признавался достоверным, если это значение превышало погрешность измерения, которая в нашем случае оценивалась как 0,002. Экспериментальное определение численного значения крутизны преобразования γ в одноосном гетеромагнитном датчике магнитного поля проводилось на установке, блок-схема которой представлена на рис. 5. В качестве гетеромагнитного преобразователя использовался датчик, описанный в [4]. А БП 2 БП 1 |
,
.
.
,
.
.
.
.
,
.
,
.
,
.
.
.
,
.Похожие:
 |
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых изданий, в которых |
|
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых изданий, в которых |
|
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых изданий, в которых |
|
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых изданий, в которых |
|
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и... |
|
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и... |
 |
Прикладные аспекты. Экономика. Методические аспекты физического образования... Гетеромагнитная микроэлектроника : сб науч тр. / под ред проф. А. В. Ляшенко. – Саратов : Изд-во Сарат ун-та, 2011. – Вып. 10 : Гетеромагнитная... |
|
Прикладные аспекты. Экономика. Методические аспекты физического образования... Гетеромагнитная микроэлектроника : сб науч тр. / под ред проф. А. В. Ляшенко. – Саратов : Изд-во Сарат ун-та, 2011. – Вып. 11 : Гетеромагнитная... |
|
Выпуск 3 Гетеромагнитная микро- и наноэлектроника. Прикладные аспекты... Гетеромагнитная микроэлектроника: Сб науч тр. / Под ред проф. А. В. Ляшенко. – Саратов: Изд-во Сарат ун-та, 2008. Вып. Гетеромагнитная... |
|
Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и... |
|
Л. И. Сокиркиной издательство саратовского университета Лингвометодические проблемы преподавания иностранных языков в высшей школе: Межвуз сб науч тр. / Под ред. Л. И. Со |
|
Научно-практической конференции 15 − 23 сентября 2014 года Санкт-Петербург... Инновационная экономика и промышленная политика региона (экопром-2014) / Под ред д-ра экон наук, проф. А. В. Бабкина: Труды международной... |
|
Аллен Астро- физические величины Переработанное и дополненное издание... Книга профессора Лондонского университета К. У. Аллена приобрела широкую известность как удобный и весьма авторитетный справочник.... |
|
Российской Федерации Федеральное агентство по здравоохранению и социальному развитию Под редакцией: заслуженного деятеля науки рф, д м н., профессора Г. Г. Автандилова, д м н., профессора В. Л. Белянинова |
|
Исследование осуществлено при участии и под редакцией д ф. н, профессора... Халина Н. В., Внучкова Т. Н., Пушкарева И. А., Серова Е. В., Бунчук О. М., Хребтова Т. С., Столярова Н. Н., Злобина Ю. И. Коннективистика:... |
|
Учебное пособие Челябинск 2018 удк: 617+616. 6](07) ббк: 54. 5+56.... Под редакцией проф. В. Н. Бордуновского – Челябинск: Издательство «пирс», 2018. – с |