автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация измерений параметров наведенной магнитной анизотропии ферримагнетиков

На правах рукописи

Гагаркин Сергей Владимирович

Автоматизация измерений параметров наведенной магнитной анизотропии ферримагнетиков

Специальность 05 1306-Автоматизация иуправлениетехнологическими процессами и производствами (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

РЫБИНСК-2004

Работа выполнена в Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П.А. Соловьева.

Научный руководитель - доктор физико-математических наук,

профессор Вечфинский Владимир Сигизмундович

Официальные оппоненты -

Хряшев Юрий Евгеньевич, доктор технических

наук;

Посадов Владимир Валентинович, кандидат

технических наук.

Ведущая организация - ООО «Алгоритм НП», г. Рыбинск, ул. Гоголя, 1

Защита состоится 24 ноября 2004 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета К 212.210.01 в Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П. А. Соловьева по адресу 152934 г. Рыбинск Ярославской обл., ул. Пушкина, д. 53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П. А. Соловьева.

Автореферат разослан 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

Важную роль в разработке различных систем магнитной памяти для устройств хранения информации цифровой и аналоговой техники играют исследования, связанные с изучением таких свойств магнитных материалов, которые позволили бы фиксировать и хранить информацию о тех или иных внешних воздействиях на магнетик. Исследования, проведенные в последние годы, показали, что при термообработке в магнитном поле в ферримагнетиках возможно возникновение особого вида наведенной магнитной анизотропии (НМА), которая создается в ферритах и родственных им магнитных окислах, а также в горных породах, содержащих ферримагнитные минералы при их термомагнитной обработке. Ферримагнетики, в которых создан подобный вид НМА, способны хранить информацию об условиях термообработки, то есть о направлении и напряженности магнитного поля (как постоянного, так и переменного), температуре давлении при которых возникла НМА. Одним из наиболее ярких следствий возникновения этого вида НМА в магнитном материале является возникновение перетянутых в районе напряженности поля частных петель гистерезиса намагниченности. Наблюдать подобные перетяжки на петлях гистерезиса сложно и трудоемко ввиду чрезвычайно малой величины перетяжки на фоне узкой петли. Для измерения параметров перетяжек и их гармонического анализа требуются разработка специальных методов и аппаратуры.

Например, породы, содержащие ферримагнитные минералы, в которых НМА образовалась в геомагнитном поле в природных условиях, способны хранить информацию о температуре вторичных нагревов, происходивших в различные геологические периоды (как миллионы лет назад, так и совсем недавние). Определив температуру повторного нагрева какого-либо геологического объекта, можно прогнозировать содержание в нем тех или иных полезных ископаемых. В процессе лабораторных исследований образцов таких пород по изменению определенных магнитных характеристик возможно довольно точное определение этой температуры. Это представляет особую ценность использования свойств НМА не только в технике, но и в геофизике и рудной промышленности.

При всей важности исследования свойств НМА и разработке методов, позволяющих использовать эти свойства в отраслях народного хозяйства (например, в век информационных технологий очень важной является проблема хранения информации: и текущее, и длительное, - эффекты памяти НМА исследовались на устаревшем оборудовании, (использованные устройства позволяли исследовать параметры НМА лишь трудоемкими ручными методами с фиксацией изображений петель гистерезиса с помощью осциллографа, что было связанно с большими затратами времени, и кроме того не позволяло проводить ряд наблюдений из-за быстротечности исчезновения эффектов).

В применении к горной промышленности следует отметить, что не существовало единого мобильного устройства, которое можно было бы использовать в полевых условиях в геолого-геофизических отрядах для предварительного экспресс-анализа магнитных свойств пород.

Цель работы.

Автоматизация измерений и контроля параметров наведенной магнитной анизотропии ферримагнитных материалов

На защиту выносятся следующие положения.

1. Метод исследования и принципы построения цифровых устройств для измерения и контроля слабых эффектов магнитной памяти ферримагнитных материалов второго порядка малости

2. Алгоритм для компьютерного анализа магнитной памяти НМА ферримагнитных материалов и магнитных минералов.

3. Эффект влияния давления на температурную память наведенной магнитной анизотропии.

4 Комплексная физико-математическая модель влияния давления и температуры на эффекты НМА.

Методы исследований.

В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследований на основе системного анализа НМА ферримагнетиков, систем моделирования и разработки электронных схем МюгоСар и РСЛО, а также языки программирования Паскаль и Ассемблер.

Научная новизна работы.

1. Разработан алгоритм компьютерного анализа магнитной памяти НМА ферримагнитных материалов и горных пород.

2. Разработана комплексная физико-математическая модель влияния давления и температуры на эффекты НМА.

3. Экспериментально доказано, что давление хоть и отрицательно влияет на память наведенной магнитной анизотропии и усложняет определение температуры термообработки, тем не менее позволяет статистически точно определять Тх.

Практическая ценность.

1. Разработаны и усовершенствованы методы детального изучения эффектов магнитной памяти НМА ферримагнитных материалов и их количественного анализа. Обеспечена возможность накопления и статистической обработки результатов практических исследований.

2 Разработаны принципы построения устройств автоматизированного измерения параметров эффектов наведенной магнитной анизотропии ферримагнитных материалов второго порядка малости, а также с малым временем жизни.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались на международных конференциях «Problems of Geocosmos» (Санкт-Петербург, 2000, 2002, 2004), на международном семинаре по геомагнетизму (геофизическая обсерватория «Борок» Объединенного Института Физики Земли РАН, 2002, 2003), на Всероссийской конференции «Теплофизика процессов горения и охрана окружающей среды» (Рыбинск, 2001).

Автор благодарит В. С. Вечфинского за руководство работой и Д. С. Великанова за помощь в разработке и конструировании аппаратуры. Автор также благодарит В. А Цельмовича (старшего научного сотрудника геофизической обсерватории «Борок» ОИФЗ РАН) за предоставление образцов пород и синтетических ферримагнетиков и их анализ на электронно-зондовом микроанализаторе «Camebax».

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников (97 наименований). Общий объем работы составляет 154 страницы, в том числе 37 рисунков.

Содержание работы.

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формулируются цель и основные задачи исследования, приводится краткое изложение работы, ее научная новизна, практическая ценность полученных результатов и основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Наведенная магнитная анизотропия в природных и искусственных ферримагнетиках

Прежде чем рассматривать структурную и функциональную схемы установки для исследования НМА, следует дать описание основных эффектов памяти наведенной магнитной анизотропии и провести анализ методов ее исследования. Этому и посвящена первая глава.

Для создания НМА образцы термонамагничивались при охлаждении от температур выше и ниже температуры Кюри содержащихся в них ферримагнетиков. При термонамагничивании использовались постоянные магнитные поля напряженностью от 0 до 50 Э. В качестве образцов были использованы синтезированные поликристаллические титаномагнетиты, марганец-цинковые ферриты и горные породы, содержащие многодоменные зерна магнетита и ферримагнетиков титаномагнетитового ряда.

Как уже говорилось, одним из наиболее ярких проявлений НМА является возникновение на частных петлях гистерезиса намагниченности перетяжки в

районе магнитных полей, близких по напряженности Нт. При последующем нагреве перетяжка исчезает при температуре Тх. Поскольку эффекты, связанные с данным типом НМА, малы, изучаются так называемые скомпенсированные дифференциальные петли гистерезиса (СДПГ). В этих петлях подавлена (скомпенсирована) первая гармоника ЭДС, образующей СДПГ, которая несет незначительную информацию о НМА и лишь перегружает измерительный канал. Пример СДПГ, перетянутой в районе поля Нт, приведен на рисунке 1.

б, мв 20

■20

Рисунок 1 - Экспериментальная дифференциальная скомпенсированная петля гистерезиса, стрелкой показано положение перетяжки, несущей информацию об условиях, при которых она была наведена

Ранее использованные устройства позволяли исследовать параметры НМА лишь трудоемкими ручными методами, что было связанно с большими затратами времени, и кроме того, не позволяло проводить ряд наблюдений из-за быстротечности исчезновения эффектов. При этом приводимое в данной работе устройство позволяет не только автоматизировать процесс исследований и измерений параметров НМА ферримагнетиков, но и наблюдать короткоживущие перетяжки, возникающие под действием переменного магнитного поля, и контролировать изменение их во времени.

По изменению при нагреве величины перетяжек и асимметрии СДПГ можно определять температуру, при которой была создана НМА. Однако, точность определения этой температуры Тх при этом невысокая. Для определения Тх ранее был разработан метод, основанный на анализе поведения при нагреве высших гармоник, составляющих СДПГ.

Анализ эффектов НМА показал, что для измерения их параметров требуется разработка специальных методов и аппаратуры, поскольку они слабы и не фиксируются при обычных способах измерения петель гистерезиса. Аппаратура должна обеспечить автоматизированное измерение свойств ферримагнетиков, связанных с НМА.

Глава 2. Влияние давления на температурную память НМА ферримагнетиков

Исследования показали, что эффекты памяти наведенной магнитной анизотропии зависят от давления (Рх) при котором НМА была создана. Давление, при котором была создана НМА влияет как на параметры перетяжки так и на степень асимметрии СДПГ.

При создании НМА под давлением образцы, содержащие ферримагнетики (в основном горные породы) подвергались одноосному статическому сжатию с помощью двух цилиндрических пуансонов диаметром 1,5 см, изготовленных из немагнитного материала. Образцы имели кубическую форму с ребром в 1 см. Давление на пуансоны регутировалось в пределах от 0 до 80 МПа. Постоянное магнитное поле ( Н|- = 0 - 30 Э) создавалось по оси сжатия образца с помощью соленоида.

При изучении влияния давления на перетяжки на СДПГ, наведенные при комнатной температуре, образец подвергался одновременному воздействию магнитного поля Н | и давления Рх в течении 2-20 минут. Затем измерялась СДПГ образца при снятом давлении.

В качестве параметров, характеризующих перетяжку, выбираются ее ширина (ЛЬ), глубина (Де) и площадь (ДБ), Из экспериментов следует, что с ростом давления уменьшается. Зависимости ведут себя

немного сложнее. Но во всех случаях с ростом энергия наводимой в изотермических условиях магнитной анизотропии в основном уменьшается.

Для создания НМА в образце при охлаждении от некоторой температуры (Тч < Тс) под действием статического давления образец нагревался от комнатной температуры в присутствии поля и давления определенное время

выдерживался при данной температуре в магнитном поле под давлением, а затем охлаждался до при одновременном действии

В предыдущих работах было показано, что перетяжка, полученная в результате охлаждения магнетика от температуры в магнитном поле, при последующем нагреве будет сохраняться только до Для точного определения температуры Тч ранее был разработан метод высших гармоник. В этом методе Тх определяется по экстремуму на зависимостях амплитуды

3-ей и 5 - ой гармоник.

Исследования показали, что температуру предыдущего нагрева образца (температуру ) можно определять не только по экстремумам на графиках

но и по локальным максимумам на графиках и Использование

для определения отношения гармоник во многих случаях предпочтительнее, чем определение температуры создания НМА по зависимостям В то

же время при нагреве образца может меняться форма его петли гистерезиса. Причем часть этого изменения не связана с НМА. В результате меняется и отношение Но, как правило, эти изменения плавные, захватывают

большую область температур и резко отличаются от экстремумов на зависимостях обусловленных НМА.

Эксперименты показали, что давление затрудняет определение Тх и уменьшает точность этого определения. При создании НМА в отсутствие давления на графике А3/А5 = { (Т) имеется ярко выраженный локальный максимум при температуре Тх. Если же НМА была создана при охлаждении образца под давлением, то этот максимум начинает «плавать», становится более размытым. Его положение на зависимостях А3/А5 = f (Т) смещается. Причем это смещение может происходить как в сторону более низких, так и в сторону более высоких температур.

Однако давление не только негативно влияет на эффекты НМА. Величина перетяжки на СДПГ сильно зависит от какой температуры происходило охлаждение образца. Причем эта зависимость различна для разных образцов. Это связано с тем, что величина НМА связана с коэффициентами диффузии различных примесей, входящих в состав ферримагнитных минералов, а набор этих примесей может сильно разниться от образца к образцу. В то же время эксперименты показали, что чем выше давление тем слабее зависимость параметров перетяжки от температуры. Таким образом, НМА, наводимая в природных условиях в глубинных породах, практически не должна зависеть от температуры.

В данной главе также рассмотрена физико-математическая модель, описывающая комплексное влияние давления и температуры на параметры, характеризующие перетяжку на частных петлях гистерезиса ферримагнитных материалов. Эта модель основана на теории зависимости магнитной восприимчивости от постоянного поля для пород, обладающих НМА. В дальнейшем предлагаемая модель позволит по экспериментальным данным оценивать отдельные параметры, характеризующие НМА в конкретных образцах, а также поможет в решении конкретной задачи - построении метода определения палеодавлений, то есть давлений, которые действовали на горные породы при их нагреве в природных условиях.

В данной работе рассматривается комплексное влияние давления и температуры только на глубину перетяжки, поскольку является основным параметром, характеризующим энергию наведенной магнитной анизотропии. Глубина перетяжки определена как разность ЭДС перетянутой и не

перетянутой СДПГ.

Предложена комплексная аналитическая модель влияния давления и температуры на эффекты НМА Модель позволяет описывать совместное влияние температуры Т\ и давления Рх (то есть условий, при которых создана НМА) на глубину информационной перетяжки СДПГ

где А - соотношение энергии «гигантских» потенциальных барьеров, вызывающих перетяжку, со средней энергией доменных границ ферримагнетика,

Вр и В г - коэффициенты затухания энергии «гигантских» барьеров по давлению и температуре соответственно,

Р* - давление, действовавшее на образец при создании в нем НМА,

С - ширина перетяжки,

Э, Р и О* - параметры, связанные со структурой образца,

Ркр - критическое давление, при котором начинается разрушение образца.

Глава 3. Автоматизация измерений параметров наведенной магнитной анизотропии ферримагнетиков

Автоматизация технологических процессов (ТП) - это комплекс мероприятий по разработке новых прогрессивных ТП и созданию на их основе высокопроизводительного технологического и другого оборудования и систем машин, осуществляющих рабочие и вспомогательные процессы без непосредственного участия человека. Автоматизация является комплексной научной и конструкторско-технологической задачей по созданию принципиально новой техники на базе прогрессивных технологий, новых методов и схем создания технологических машин и систем машин и управления ими от ЭВМ.

В силу изложенного в предшествующих главах, встала задача улучшить условия для измерения параметров слабых эффектов ферримагнитных материалов, обеспечить возможность таких измерений, а также накопление и дальнейшее использование полученной информации. Предложенная в предыдущей главе модель сделала возможным численное определение параметров НМА ферримагнитных материалов, а также возможность их сравнения.

Таким образом, задача свелась к созданию автоматизированной системы для проведения и обработки измерений параметров НМА ферримагнитных материалов и горных пород, содержащих магнитные минералы.

На основе проведенного анализа самонастраивающихся систем определены основные требования и условия работы к устройствам для автоматизации исследований наведенной магнитной анизотропии.

Весь комплекс можно разделить на следующие основные составные части: соленоид с датчиком и печью с термоконтролем; аналого-цифровой преобразователь; нормирующий усилитель; периферия; интерфейс с персональным компьютером; силовые схемы.

По выполняемым задачам обработки сигналов структурная схема измерительного блока должна включать следующие структурные элементы: первичный преобразователь уровня, фильтр и коммутатор каналов аналоговых сигналов; цифровую синхронизацию; управляемый преобразователь уровня аналоговых сигналов; аналого-цифровой преобразователь (АЦП); память для предварительного хранения полученной цифровой информации до ее перезаписи в устройство хранения данных ЭВМ; схему управления всем измерительным блоком устройства и согласования сигналов управления и передачи данных со Схемой интерфейса установки и персональным компьютером (рисунок 2).

Определены основные функции, которые должно выполнять устройство. Для контроля температуры исследуемого образца необходим датчик нагрева. Блок предварительного преобразования уровня датчика температуры предназначен для согласования уровня сигнала датчика со следующей частью схемы. Поле соленоида (переменное или постоянное) является вторым контролируемым аналоговым каналом. Измеряемым является сигнал, поступающий с выхода датчика, для которого необходима первичная фильтрация сигнала. Для наблюдения за фазой сигнала соленоида и датчика необходимо определение фазы. Также необходим блок позволяющий выбирать, какой из возможных входных сигналов будет обрабатываться в следующем цикле измерений. Для повышения точности измерений необходим блок, преобразующий входные сигналы (выбранный канал) к нормированному диапазону. Показана необходимость выбора режима работы: измерения или тестирование. Аналого-цифровой преобразователь является критическим звеном всей системы, так как именно он определяет точность, с какой будут оцифровываться аналоговые сигналы, а, следовательно, и производиться измерения.

I - блок первичного преобразования уровня, фильтрации и переключения каналов; II -контрольной блок определения фазы: III - блок программируемого преобразователя уровня; IV -блок преобразователя напряжения в код; V -память; VI - блок управления памятью; VII - схема управления измерительным блоком и сопряжения с блоком интерфейса с ЭВМ

Рисунок 2 - Структурная схема

Глава 4. Принципиальная схема установки изучения эффектов магнитной памяти НМЛ ферримагнитных материалов

Используемые датчики отличаются большим диапазоном изменения величины электрического сигнала, который необходимо оцифровать (измерить) с высокой степенью точности. Поэтому появляется необходимость в применении нормирующего преобразователя уровня аналогового сигнала, преобразующего напряжения разной величины в один нормированный диапазон, в котором возможна их оцифровка.

Использование МОП-транзисторов для реализации входящих в цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) переключателей позволяет изменять опорное

напряжение как по размеру, так и по знаку. В результате ЦАП приобретает свойства перемножителя входного (опорного) напряжения и входного (управляющего) кода. Это существенно расширяет область применения ЦАП. Исходя из таких особенностей, умножающий ЦАП удобно использовать для построения усилителя с управляемым коэффициентом усиления

/ 7 / /1 / ' / /у '/

/' /1 /' / / / 1 / / / ' 1 у / / у 1 | У /// 1 И/1 / 1 /// 1 Ш X 1 1 ш/\ ' 1 ' 1 V ! 1

он, Е, Е

Рисунок 3 - Регулировочная характеристика

Если добавить на выход такого усилителя преобразователь тока в напряжение, то получим следующую зависимость выходного напряжения от входного сигнала и от цифрового кода

Как уже было сказано выше, первая и вторая гармоники входного сигнала не несут полезной информации об НМА. Поэтому для того, чтобы эти паразитные гармонические составляющие не перекрывали полезные более высокие гармоники, на выходе сигнала датчика необходим фильтр, пропускающий верхние частоты и гасящий нижние (ФВЧ) Так как в данном случае важным является крутизна амплитудно-частотной характеристики фильтра, то тип фильтра следует выбирать из двух типов: фильтра Чебышева и фильтра Кауэра (эллиптический). Но эллиптический фильтр допускает пульсации в полосе пропускания и он реализуется на биквадратной структуре,, которой требуется в три раза больше элементов, чем в других структурах. В связи с этим реализация программируемого фильтра произведена на основе фильтра Чебышева.

Рассмотрены три возможных структуры построения фильтра (структура Рауха, структура Сален-Ки, структура на биквадратном звене).

Термоэлектрические термометры (термопары), применяемые для измерения температуры контактным методом, отличаются рядом достоинств, а именно: высоким верхним пределом измерения; большой стабильностью при высоких температурах по сравнению с термометрами сопротивления, простой технологией

изготовления термоэлектродного материала; невысокой стоимостью. Стандартные термоэлектрические термометры используются для измерения температуры в производственных условиях в диапазоне от минус 200 до 2500 °С.

Наиболее широкое распространение получили стандартные термопары с термоэлектродами из благородных и неблагородных металлов и сплавов: медь-константановые, хромель-копелевые, железо-константановые, хромель-алюмелевые, платинородий-платиновые, нихром-никелевые, вольфрамрений-вольфрамрениевые.

Термопара хромель-алюмель (ХА) - самая распространенная в промышленности и научных исследованиях термопара. ХА применяется для измерения температуры до 1100 °С (длительно) и 1300 °С (кратковременно) в окислительных и инертных средах, предназначена также для измерения низких температур. Ее можно использовать для измерений в сухом водороде и кратковременно в вакууме. Имеет практически линейную термоэлектрическую характеристику и чувствительность порядка 40 мкВ/°С.

Для предварительного масштабирования сигнала с датчика, с соленоида и с термопары применены предварительные усилители.

Весь модуль управляется ЭВМ, передача и последующая обработка информации также производится с помощью компьютера. Для этих целей разработан цифровой модуль управления аналоговым блоком устройства. Этот модуль включает в себя память для промежуточного хранения информации и логику управления.

Глава 5. Обработка результатов измерений

При работе с подключенной ЭВМ был разработан алгоритм проведения измерений, блок-схема которого представлена ниже (рисунок 4).

Кроме того, для цифровой обработки полученных сигналов и данных, были разработаны и отлажены: формат хранения полученных и обработанных данных в файле, алгоритм цифровой фильтрации (фильтр верхних и нижних частот, полосовой), алгоритм усреднения полученных данных, алгоритм приведения к одной фазе.

В данной главе производится вывод алгоритма работы цифрового фильтра на основе передаточной функции методами операционного исчисления, 2-преобразования и разностных уравнений. Приведены расчеты и листинг модуля программы, работающего в соответствии с этим алгоритмом.

После проведения ряда замеров, выяснилось, что измерения, которые проводились при одних и тех же условиях и которые должны были привести к схожим результатам, отличались друг от друга. Такие графики приходилось вручную, «на глаз» приводить к одному виду. С целью автоматизации этой процедуры разработан алгоритм поиска начальной фазы (общей для всех сигналов: и воздействующего, и измеренного), что позволило синхронизировать два сигнала, необходимые для построения петель гистерезиса. Для аналогичных целей был написан модуль программы, обеспечивающий усреднение сигнала. На рисунке 5 приведены результаты измерений, полученные на ЭВМ.

Рисунок 4

Воздействие необрмец ИэмарЯбтАЙ сигмл НвЧ4ЯвлЛ Крщ" Ковффмщиит Котмюиент

г ||сШа«ЛТа*о »1 * I ' »»0«вИ1П0 _рюжеимпо -

^ » ||Ь\»»«ЯМ«1\Р21 * I фм8 рр пхжюнтми |0000316мв иогжел« [¡Ш505ЭЙГ

1МГД*1<46 ------ж ----- - - ■*> ____. _____.

|С \Weves\Weve4 Мвсшмвпороривол*1»иЙ _ Мдежвбтомсгиили.«

■[Г Частот»[500" ПцНИт»ч||55Г* Ф9ч|[150гГ ФНчЦЗст"

-200

-150

-100

350 300 250 200 150 100 -50 50 >400 Л? \ I200 250 ЭТО 350

Г100

-150

-ЭТ1

Загруамгь е | 34 верить Измерение ] УсрвЦШП» Построить гра««*] Число отсчетов п^Г" «графике: 1 р Ингерпо/мкмг»

а а * ^ О]"""

Рисунок 5

ЩЯагт! Ьггс

0 41

В заключении приведены основные результаты работы.

Можно выделить следующие основные результаты работы:

- предложена комплексная аналитическая модель влияния давления и температуры на эффекты НМА. Модель позволяет описывать совместное влияние температуры Т\ и давления Рх (то есть условий, при которых создана НМА) на глубину информационной перетяжки СДПГ;

- на основе этой модели была решена задача по улучшению условий для измерения параметров слабых эффектов ферримагнитных материалов, обеспечению возможности таких измерений, а также накоплению и дальнейшему использованию полученной информации. Модель сделала возможным численное определение параметров НМА ферримагнитных материалов, а также возможность их сравнения. Таким образом стало возможным создание автоматизированной системы для проведения и обработки измерений параметров НМА ферримагнитных материалов;

- определены основные функции, которые должно выполнять устройство для автоматизация измерения и контроля параметров ферримагнитных материалов, для контроля температуры, поля (переменного или постоянного) соленоида, сигнала поступающего с выхода датчика, а также фильтрации, выбора типа измерений и режима работы. Предложена универсальная схема для построения устройств для подобных целей;

- разработан алгоритм работы цифровой части схемы, который позволил обеспечить минимальные затраты на управление извне устройства (с минимальным числом входных управляющих сигналов);

- разработан алгоритм проведения измерений, алгоритм усреднения полученных данных, алгоритм синхронизации;

- проведенные эксперименты показали необходимость поиска начальной фазы для синхронизации сигналов с датчика и с соленоида;

- исследования показали, что присутствие давления при создании в породе НМА затрудняет определение Т„ т.е. давление влияет на температурную память. Это выражается не только в возникновении новых локальных экстремумов на зависимостях А3/А5 = f (Т), но и в том, что искажения этих зависимостей, связанных с НМА, растягиваются на больший интервал температур. Кроме того, при создании НМА под давлением величина перетяжки тем меньше, чем выше Рх, при этом естественно становятся меньше амплитуды гармоник, связанных с эффектами НМА, что затрудняет определение температуры Тх по методу магнитного термометра, но тем не менее позволяет статистически точно определять Тх.

Публикации по теме работы

1 Vetehfinskii V. S.. The mathematical model of stress effect on the magnetic memory of rocks [Text] / D. A Larionov, S. V. Gagarkin, S. A. Laptinsky : 3"1 International Conference «Problems ofgeocosmos». - Saint-Peterburg. Petrodvorets, 22 - 26 May 2000. - P. 84.

2 Вечфинский В. С. Физико-математическая модель влияния давления и температуры на магнитную память горных пород [Текст] /А. Н. Ершов, Д. А. Ларионов, С.

B. Гагаркин : Теплофизика процессов горения и охрана окружающей среды. - М., 2001. -

C. 74-75.

3 Вечфинский В. С Аппаратный комплекс для исследования эффектов наведенной магнитной анизотропии [Текст] / Д. А. Ларионов, С. В. Гагаркин, С. А. Лаптинский // Датчики и системы. Принципы и методы построения датчиков, приборов и систем.-2001.-№12.-С. 13-15.

4 Вечфинский В. С. Аналитическая модель влияния давления на наведенную магнитную анизотропию ферримагнитных минералов [Текст] / Д. А. Ларионов, С. В. Гагаркин, Д. С. Великанов // Вестник РГАТА - 2002. - № 1. - С. 52 - 58.

5 Вечфинский В. С. Использование диаграммы Прейзаха для моделирования влияния различных факторов на НМА ферримагнетиков [Текст] / Д. А. Ларионов, С. В. Гагаркин, Д. С. Великанов // Вестник РГАТА. - 2002. -№ 2. - С. 37 - 40.

6 Вечфинский В. С. Влияние давления на температурную магнитную память горных пород [Текст] / С. В. Гагаркин, Д. С. Великанов // Палеомагнетизм и магнетизм горных пород. - М., 2002. -СП- 28.

7 Вечфинский В. С. Систематизация эффектов наведенной магнитной анизотропии изверженных пород [Текст] / С. В. Гагаркин, Д. С. Великанов // Палеомагнетизм и магнетизм горных пород. - М., 2002. - С. 28.

8 Vetchfinskii V. S.. Stress effect on the magnetic memory of induced magnetic anisotropy of rocks [Text] / A. N. Ershov, S. V. Gagarkin, D. S. Velikanov // Book of Abstracts International Conference on Problems of Geocosmos. - St Petersburg, Russia, June 3-8 2002. -P. 162.

9 Vetchfinsky V. S.. Modeling the effect of temperature on the memory of the induced magnetic anisotropy of rocks [Text] / S. V. Gagarkin, D. S. Velicanov // Book of Abstracts. Geophysycal Research (EGS-AGU-JOINT Assembly). - Nice, France, 2003. - Vol. 5, Abstract Number EAE03-A-02604.

10 Vetchfinsky V. S.. Stress effect on the magnetic memory of induced magnetic anisotropy of rocks [Text] / S. V. Gagarkin, D. S. Velicanov // Book of Abstracts IUGG. -Sapporo, Japan, 2003. - Section GA1.03.

11 Вечфинский В. С. Моделирование влияния давления и температуры на наведенную магнитную анизотропию магнитосодержащих пород [Текст] /Д. А. Ларионов, С. В. Гагаркин, Д. С. Великанов // Физика Земли, 2004. - № 4. - С. 37 - 43.

12 Gagarkin S. V.. Stress effect on the magnetic memory ofigneous rocks [Text] / Book of Abstracts. Geophysycal Research (EGS-AGU-JOINT Assembly). -Nice, France, 2004. - Vol. 6.

13 Вечфинский В. С. Влияние давления на температурную магнитную память горных пород [Текст] / Н. А. Ершов, С. В. Гагаркин, Д. С. Великанов // Вестник РГАТА. -2003. -№ 3- С. 41 -46.

14 Vetchfinskii V. S.. Effect of stress on the memory of temperature of rocks [Text] / S. V. Gagarkin, D. S. Velikanov // Book of Abstracts 5th International conference «Problems of Geocosmos». - Saint-Peterrsburg, 2004. - P. 207 - 208.

15 Gagarkin S. V.. Effect of stress on the memory of temperature of rocks [Text] / V. S. Vetchfinskii, N. N. Sevrugin // Book of Abstracts. Contributions to Geophphysics & Geodesy. Paleo, Rock and Environment Magnetism 9th Castle Meeting. - Tatranska Javorina Slovak Republic, June 27 - July 3 2004.

Р20797

Зав. РИО М.А. Салкова

Подписано в печать 18.10.2004 г. Формат 60x84 1/16. Уч.-изд.л. 1. Тираж 100. Заказ 145.

Рыбинская государственная авиационная технологическая академия им. П.А. Соловьева (РГАТА) Адрес редакции: 152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53 Отпечатано в множительной лаборатории РГАТА 152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53

ВВЕДЕНИЕ.

1 Наведенная магнитная анизотропия в природных и искусственных ферримагнетиках.

1.1 Объект исследований.

1.2 Измерение скомпенсированных дифференциальных петель гистерезиса намагниченности.

1.3 Основные эффекты памяти наведенной магнитной анизотропии.

1.4 Температурная память НМА.

1.5 Выводы.

2 Влияние давления на температурную память НМА ферримагнетиков.

2.1 Зависимость эффектов наведенной магнитной анизотропии от давления.

2.2 Влияние давления на температурную память НМА.

2.3 Комплексная аналитическая модель влияния давления и температуры на эффекты НМА.

2.4 Выводы.

3 Автоматизация измерений параметров наведенной магнитной анизотропии ферримагнетиков.

3.1 Состояние и потребности в области автоматизации ТП.

3.2 Самонастраивающиеся системы.

Управление при неполной информации.

3.3 Принципы построения самонастраивающихся систем.

3.4 Структурная схема измерительного блока устройства для исследования наведенной магнитной анизотропии.

3.5 Функциональная схема измерительного блока устройства для исследования наведенной магнитной анизотропии.

3.6 Выводы.

4 Принципиальная схема установки изучения эффектов магнитной памяти НМА ферримагнитных материалов.

4.1 Программируемый преобразователь уровня.

4.2 Выбор типа фильтра и расчет на трех диапазонах.

4.3 Предварительные усилители для согласования с программируемым преобразователем уровня.

4.4 Цифровая часть схемы. Схема управлением работой блока. Функционирование устройства.

4.5 Выводы.

5 Обработка результатов измерений.

5.1 Цифровой фильтр.

5.2 Первичная обработка сигналов.

5.3 Выводы.

В геофизике существует раздел, называемый «магнетизмом горных пород». В этом разделе изучают магнитные свойства ферримагнитных минералов, входящих в состав горных пород. Особое место среди исследований этих свойств занимает изучение способности магнитных минералов хранить информацию об условиях своего образования и существования. Магнитное поле Земли, температура, давление со стороны окружающих толщ, действующее на породы во время их образования во многом определяют наличие в них тех или иных полезных ископаемых. Повторные нагревы пород, проходящие по тем или иным причинам в других условиях в течение различных геологических периодов их существования, могут сильно изменить исходный состав пород.

В случае наличия в породах магнитных минералов те же самые нагревы, магнитное поле, давление действовавшие на них в те или иные геологические периоды, создавали в породах определенную магнитную структуру. Эта структура хранит память об условиях своего образования. Причем память эта может быть как долговременная, так и кратковременная, и магнитная текстура породы может одновременно хранить информацию о температурах и магнитных полях, действовавших на нее в разные периоды вплоть до совсем недавних. Когда говорят о магнитной памяти горных пород, то часто подразумевают использование ее в исследовании палео-напряженности или палеотемпературы. Однако следует помнить, что магнитная структура ферримагнитных минералов «запоминает» не только далекие во времени «палеоусловия» существования породы, но и сравнительно недавние воздействия на породу тех или иных факторов.

Например, при землетрясениях вблизи вулканов породы подвергаются воздействию, как различных давлений, так и температур. При этом породы находятся в геомагнитном поле. В результате совокупности действий на них всего набора изменяющихся внешних факторов (включая давление, температуру, магнитное поле и т.д.) магнитная структура ферримагнитного минерала может измениться таким образом, что зафиксирует все эти воздействия. Важнейшим условием образования той или иной магнитной текстуры является наличие постоянного геомагнитного поля.

Изучение способности ферримагнитных минералов сохранять информацию о палеотемпературе и палеодавлении дает возможность лучше понять механизм образования минералов и прогнозировать их нахождение в породах. Реконструкция палеотемператур важна в рудной геофизике, как с теоретической точки зрения, так и с практической — при выработке поисковых критериев зон оруднения, а также для понимания процессов, происходящих в недрах Земли.

В применении к изучению условий, в которых образовались ферримагнитные минералы, методы магнетизма горных пород в первую очередь включают в себя методы определения напряженности (палеонапряженности) и направления древнего магнитного поля Земли (Ндр). Большинство из этих методов подразумевает нагрев и охлаждение образцов горных пород в магнитном поле лаборатории и сравнение природной и лабораторной намагниченностей образцов. Каждому методу присущи как достоинства, так и недостатки. Ведутся разработки новых способов определения Ндр. Для этого исследуются физические свойства пород и синтетических ферримагнетиков, ведется поиск новых эффектов магнитной памяти. При этом из-за большого разнообразия физических свойств пород при экспериментальных исследованиях их магнитных свойств иногда обнаруживаются новые явления, не известные в физике ферримагнетиков и технике ферритов.

Необычный метод определения напряженности Ндр был предложен В. А. Шашкановым и В. В. Металловой, сотрудниками научно-исследовательского института физики Санкт-Петербургского государственного университета [1, 2]. В основу этого метода было положено открытое авторами явление, наблюдавшееся на многих горных породах, содержащих ферримагнитные минералы. Известно, что величины идеальной (1„) и идеальной парциальной (1ф1) намагниченностей при создании их в ферримагнитных материалах в некотором переменном магнитном поле (h) прямо пропорциональны величине постоянного намагничивающего поля (Н) (при малых напряженностях Н). Идеальная (или, как говорят в технических науках, безгистерезисная) намагниченность создается следующим образом: на образец магнетика действует постоянное магнитное поле (как правило, от долей эрстеда до нескольких эрстед) и одновременно образец подвергается воздействию переменного магнитного поля, амплитуда которого меняется от некоторого значения (от первых сотен или тысяч эрстед) до нуля. Если начальная амплитуда h равна или превышает поле насыщения (Hs) данного ферримагнетика, то говорят о полной идеальной намагниченности. Если же амплитуда переменного поля меньше Hs, то в образце возникает парциальная идеальная намагниченность. В интервале напряженности постоянных магнитных полей от нуля до первых эрстед функции I„ = f(H) и 1ф1 = f(H) как правило, являются линейными (независимо от вида ферримагнетика).

Если нагреть ферримагнетик до некоторой температуры (большей или меньшей его температуры Кюри (Тс)), а затем охладить в постоянном магнитном поле Нт, то в нем возникает термонамагниченность. Во многих термонамагниченных минералах, как показали В. А. Шашканов и В. В. Металлова, происходит нарушение линейности зависимостей In= f(H) и 1ф1 = f(H). Причём нарушения линейности этих функций наблюдаются в области полей Н, близких по величине полю, в котором происходило термонамагничивание (т.е. полю Нт). Этот эффект назван «эффектом нелинейности 1ф1 = f(H)». В работах [1,3] была выдвинута гипотеза о том, что эффект нелинейности обусловлен теми же причинами, что приводят к появлению перетянутых частных петель гистерезиса намагниченности ферримагнетиков (перминвар-эффект [4]). Перминвар-эффект вызывается диффузионной стабилизацией некоторой части доменных границ ферримагнетика, возникновением «гигантских» потенциальных барьеров на пути движения границ (и, как следствие, появлением «гигантских» скачков Баркгаузена), т.е. возникновением так называемой наведённой магнитной анизотропии (НМЛ) [4].

Перетянутые петли гистерезиса впервые наблюдались Эльмином (1928 г.) на сплавах никеля и кобальта; на ферритах состава Fe3xCox04 их наблюдали Като и Такеи (1933 г.). Теоретическое обоснование перминвар-эффекта появилось в пятидесятых годах в работах Нееля (1954), Танигучи (1954, 1955) и др. [4]. На горных породах первым наблюдал перетянутые петли гистерезиса Радхакришнамурти (1969 г.) [5]. Затем перетянутые петли наблюдались на магнетите, титаномагнетитах, марганец-цинковых ферритах и т.п. Диффузионным процессам в ферримагнетиках и скачкам Баркгаузена посвящены, например, работы [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34]. Большой вклад в рассмотрение вопросов диффузионной стабилизации границ внесли Ю. Д. Тропин и В. И. Трухин [20, 21, 22, 23]. В частности, Ю. Д. Тропин наблюдал при низких температурах смещенные перетяжки на частных петлях гистерезиса монокристаллов магнетита [21]. Перетянутая в районе нулевого магнитного поля частная петля гистерезиса указывает на понижение начальной магнитной восприимчивости (дезаккомодацию агн). По вопросам, связанных с дезаккомодацией магнитной восприимчивости или проницаемости опубликовано очень много теоретических и экспериментальных работ. Даже их простое перечисление в данной диссертации не представляется возможным. В конце диссертации приведены ссылки лишь на некоторые из них [4, 7, 8, 9, 10, 12, 17, 18, 19, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 33, 34].

Перетянутая в нулевом магнитном поле частная петля гистерезиса приведена на рисунке 1 а. Как показали эксперименты [35, 36, 37, 38, 39, 40], в результате термонамагничивания образца ферримагнетика в магнитном поле Нт (т.е. в результате его охлаждения от некоторой температуры в поле Hp) перетяжка на частной петле магнитного гистерезиса может наблюдаться в районе магнитных полей, близких по напряжённости полю термообработки. Схематично подобная петля гистерезиса показана на рисунке 1 б. Реальные перетяжки подобного вида как правило на полтора-два порядка меньше и не видны на обычных частных петлях гистерезиса (ЧПГ). Для их наблюдения разработан специальный метод измерения ЧПГ. О нем подробно будет сказано в 1-ой главе. Физические процессы, вызывающие появление перетяжки, несущей информацию о поле термообработки, во многом подобны процессам, приводящим к обычной перетяжке в нулевом поле.

Исследования показали [35, 39] также, что после термонамагничивания горной породы в постоянном магнитном поле возможно возникновение асимметричных петель гистерезиса не обладающих перетяжкой. Схематично подобная петля показана на рисунке 1в. Реальная асимметрия ЧПГ также на полтора-два порядка меньше.

Магнитная структура ферримагнетика, сложившаяся в результате его термообработки в магнитном поле, может сохранять информацию и о температуре обработки. Если образец был нагрет до некоторой температуры Тх, меньшей, чем температура Кюри (Тс) его ферримагнитной компоненты, а затем охлаждён в магнитном поле до комнатной температуры (Тк), то его частная петля гистерезиса может быть либо чисто асимметричной (без перетяжек), либо асимметричной перетянутой. При последующем нагреве перетяжка и асимметрия сохраняются только до температуры Тх и исчезают при более высоких температурах (рисунок 1 штриховые линии).

Как уже было сказано, перетянутые петли гистерезиса обусловлены возникновением в ферримагнетике наведённой магнитной анизотропии. Асимметричные петли гистерезиса связаны с остаточной намагниченностью [35, 39]. Магнитная память обоих эффектов обусловлена диффузионной стабилизацией доменных границ. Кроме того, оба эффекта анизотропны: наиболее ярко они наблюдаются при измерении петель гистерезиса вдоль направления создавшего их поля. В работах [35, 38, 39] показана тесная связь между этими эффектами. В тех же работах приведены доказательства тому, что термин «наведённая магнитная анизотропия» (НМЛ) применим и к состоянию ферримагнетика, вызывающему появление асимметричных петель гистерезиса. Термин НМЛ относится к определённому магнитному порядку, созданному в природном минерале или искусственном ферримагнетике в результате термомагнитной обработки, т.е. НМЛ связана с созданием в ферримагнетике при термомагнитной обработке неоднородного пространственного распределения и заполнения магнитных фаз - так называемой магнитной текстуры.

В дальнейшем мы будем пользоваться НМА, поскольку термин «магнитная текстура» много, шире, чем понятие наведенной магнитной анизотропии. Именно эффекты памяти НМА и конструируемая для их изучения аппаратура рассматриваются в данной диссертации.

Перетянутые петли гистерезиса наблюдаются исключительно на образцах, содержащих многодоменные (т.е. относительно большие) ферримагнитные частицы. Для определения доменности образцов обычно использовались методы, описанные в работах [41, 42,43,44].

До сих пор не исследованы многие свойства НМА. Так, например, не ясны многие аспекты влияния на эффекты НМА давления. Да и сами эффекты магнитной памяти НМА исследованы далеко не до конца. До сих пор не были до конца разработаны новые устройства для исследования как самой наведенной магнитной анизотропии, так для применения ее свойств для определения условий, в которых она была создана.

При всей важности исследования свойств НМА и разработке методов, позволяющих использовать эти свойства в отраслях народного хозяйства (например, в век информационных технологий очень важной является проблема хранения информации: и текущее, и длительное, - эффекты памяти НМА исследовались на устаревшем оборудовании, (использованные устройства позволяли исследовать параметры НМА лишь трудоемкими ручными методами с фиксацией изображений петель гистерезиса с помощью осциллографа, что было связанно с большими затратами времени, и кроме а) - перетянутая в нулевом магнитном поле частная петля магнитного гистерезиса, б) - перетянутая в поле термообработки частная петля магнитного гистерезиса, в) - асимметричная частная петля магнитного гистерезиса.

Сплошной линией показаны петли при температуре Т < Тх, пунктиром - при Т > Тх, где Тх - температура термообработки. Эффекты бив показаны сильно увеличенными. Реальные эффекты на один-два порядка меньше

Рисунок 1 - Схематические изображения частных петель магнитного гистерезиса того не позволяло проводить ряд наблюдений из-за быстротечности исчезновения эффектов).

В применении к горной промышленности следует отметить, что не существовало единого мобильного устройства, которое можно было бы использовать в полевых условиях в геолого-геофизических отрядах для предварительного экспресс-анализа магнитных свойств пород.

Цель работы.

Автоматизация измерений и контроля параметров наведенной магнитной анизотропии ферримагнитных материалов.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Метод исследования и принципы построения цифровых устройств для измерения и контроля слабых эффектов магнитной памяти ферримагнитных материалов второго порядка малости.

2. Алгоритм для компьютерного анализа магнитной памяти НМА ферримагнитных материалов и магнитных минералов.

3. Эффект влияния давления на температурную память наведенной магнитной анизотропии.

4. Комплексная физико-математическая модель влияния давления и температуры на эффекты НМА.

Основные результаты диссертации докладывались на международных конференциях «Problems of Geocosmos» (Санкт-Петербург, 2000, 2002, 2004), на международном семинаре по геомагнетизму (геофизическая обсерватория «Борок» Объединенного Института Физики Земли РАН, 2002, 2003), на Всероссийской конференции «Теплофизика процессов горения и охрана окружающей среды» (Рыбинск, 2001).

Автор благодарит В. С. Вечфинского за руководство работой и Д. С. Великанова за помощь в разработке и конструировании аппаратуры. Автор также благодарит В. А. Цельмовича (старшего научного сотрудника геофизической обсерватории «Борок» ОИФЗ РАН) за предоставление образцов пород и синтетических ферримагнетиков и их анализ на электронно-зондовом микроанализаторе «СатеЬах».

5.3 Выводы

1. Разработан алгоритм проведения измерений: проведение замера; запись результатов в файл; выделение полезных составляющих сигнала; усреднение полученного сигнала для наглядности (по всем периодам), возможна статистическая обработка; обработка полученного периодического сигнала. Кроме того, для цифровой обработки полученных сигналов и данных, были разработаны и отлажены: формат хранения полученных и обработанных данных в файле, алгоритм цифровой фильтрации (фильтр верхних и нижних частот, полосовой), алгоритм усреднения полученных данных, алгоритм синхронизации.

2. Разработан алгоритм работы цифрового фильтра на основе передаточной функции методами операционного исчисления, z-преобразования и разностных уравнений.

3. Проведены эксперименты, которые показали, что измерения, осуществлявшиеся при одних и тех же условиях (один и тот же образец, предварительно размагниченный, одно и то же поле воздействия и измерения, та же температура) и которые должны были дать схожие графики, показывали иную картину. Для решения этой проблемы встала необходимость поиска начальной фазы для цифровой синхронизации двух сигналов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При всей важности исследования свойств НМА и разработке методов, позволяющих автоматизировать измерения и контроль параметров ферримагнитных материалов и использовать их свойства в информационных технологиях, эффекты памяти наведенной магнитной анизотропии исследовались на устаревшем оборудовании, с фиксацией изображений петель гистерезиса с помощью осциллографа. Ранее также не существовало единого мобильного устройства, которое можно было бы использовать в полевых условиях в геолого-геофизических отрядах, работающих в рамках решения проблем горной промышленности, для предварительного экспресс-анализа магнитных свойств пород, а также при производстве ферримагнитных материалов.

Можно выделить следующие основные результаты работы.

1. Предложена комплексная аналитическая модель влияния давления и температуры на эффекты НМА. Модель позволяет описывать совместное влияние температуры Тх и давления Рх (то есть условий, при которых создана НМА) на глубину информационной перетяжки СДПГ.

Иными словами, данная модель позволяет оценивать энергию НМА ферримагнитных материалов при совместном действии на него температуры и давления. Фактически это дает возможность оценить связь информационных свойств НМА с Тх и Рх.

2. На основе этой модели встала задача улучшить условия для измерения параметров слабых эффектов ферримагнитных материалов, обеспечить возможность таких измерений, а также накопление и дальнейшее использование полученной информации. Модель сделала возможным численное определение параметров НМА ферримагнитных материалов, а также возможность их сравнения. Таким образом стало возможным создание автоматизированной системы для проведения и обработки измерений параметров НМА ферримагнитных материалов и горных пород, содержащих магнитные минералы.

3. Определены основные функции, которые должно выполнять устройство для контроля температуры, поля (переменного или постоянного) соленоида, сигнала поступающего с выхода датчика, а также фильтрации, выбора типа измерений и режима работы. Приведена универсальная схема для построения устройств для подобных целей.

4. В результате использования МОП-транзисторов ЦАП приобретает свойства перемножителя входного (опорного) напряжения и входного (управляющего) кода, что позволило использовать умножающий ЦАП для построения нормирующего преобразователя.

5. Все исследования показывают, что первая и вторая гармоники входного сигнала не несут полезной информации об эффекте наведенной магнитной анизотропии. Показано, что в данном случае важной является крутизна амплитудно-частотной характеристики фильтра, в связи с чем и выбран фильтр Чебышева.

6. Проведен анализ требуемых элементов термодатчиков и показано, что термоэлектрические термометры (термопары), применяемые для измерения температуры контактным методом, отличаются рядом достоинств, а именно: высоким верхним пределом измерения; большой стабильностью при высоких температурах по сравнению с термометрами сопротивления; простой технологией изготовления термоэлектродного материала; невысокой стоимостью.

7. Разработан алгоритм работы цифровой части схемы, который позволил обеспечить минимальные затраты на управление извне устройства (с минимальным числом входных управляющих сигналов).

8. Разработан алгоритм проведения измерений: проведение замера; запись результатов в файл; выделение полезных составляющих сигнала; усреднение полученного сигнала для наглядности (по всем периодам), возможна статистическая обработка; обработка полученного периодического сигнала. Кроме того, для цифровой обработки полученных сигналов и данных, были разработаны и отлажены: формат хранения полученных и обработанных данных в файле, алгоритм цифровой фильтрации (фильтр верхних и нижних частот, полосовой), алгоритм усреднения полученных данных, алгоритм синхронизации.

9. Проведены эксперименты, которые показали, что измерения, которые осуществлялись при одних и тех же условиях (один и тот же образец, предварительно размагниченный, одно и то же поле воздействия и измерения, та же температура) и которые должны были дать схожие графики, показывали иную картину. Для решения этой проблемы был разработан алгоритм цифровой синхронизации.

10. Исследования показали, что присутствие давления при создании в породе НМА затрудняет определение Тх, т.е. давление влияет на температурную память. Это выражается не только в возникновении новых локальных экстремумов на зависимостях А3/А5 = f(T), но и в том, что искажения этих зависимостей, связанных с НМА, растягиваются на больший интервал температур. Кроме того, при создании НМА под давлением величина перетяжки тем в меньше, чем выше Рх, при этом естественно становятся меньше амплитуды гармоник, связанных с эффектами НМА, что затрудняет определение температуры Тх по методу магнитного термометра.

Но также можно сделать и следующий вывод: даже при высоких давлениях ферримагнитные материалы фиксируют температуру очень 1 близкую к температуре своего прогрева, но определять ее значительно сложнее, чем для ферримагнетиков, намагниченных при меньших давлениях.

1. Ш аниса нов, В. А. Безнагревные методы определения напряженности древнего геомагнитного поля Текст. / В. А. Шашканов, В. В. Металлова. Л.: Изд-во ЛГУ, 1982. - 144 с.

2. Шашканов, В. А. Определение напряженности древнего магнитного поля Земли методом ступенчатого перемагничивания переменным магнитным полем Текст. / В. А. Шашканов, В. В. Металлова, В. В. Смирнов // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1975. - № 11. - С. 79 - 90.

3. Шашканов, В. А. О физических предпосылках метода ступенчатого перемагничивания для определения палеонапряженности Текст. / В. А. Шашканов, К. А. Стабровский, М. А. Федотова, В. П. Щербаков // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1979. - № 7. - С. 65 - 72.

4. Крупичка, С. Физика ферритов и родственных им магнитных окислов Текст. / С. Крупичка. М.: Мир, 1976. - Т. 1. - 353 е.; Т. 2. - 504 с.

5. Paleogeophysics Text. ; Edited by S. К. Runcorn. Academic Press London and New York, 1970. - P. 223 - 234.

6. Белоконь, В. И. Влияние диффузионной анизотропии на термоостаточную намагниченность и магнитные характеристики горных пород Текст. / В. И. Белоконь // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1979. -№8.-С. 96-99.

7. Белоконь, В. И. Методы палеомагнитных исследований горных пород Текст. / В. И. Белоконь, В. В. Кочегура, Л. Е. Шолпо. Л.: Недра, 1973.-248 с.

8. Большаков, В. А. О природе дезаккомодации магнитной восприимчивости горных пород Текст. / Большаков В. А. // Докл. АН СССР, 1988. -Т. 299. -№ 5. -С. 1091- 1094.

9. Большаков, В. А. Физические основы прикладных вопросов магнитной вязкости горных пород Текст. : автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук / В. А. Большаков. М.: МГУ, 1975. - 22 с.

10. Вонсовский, С. В. Магнетизм Текст. / С. В. Вонсовский. -М.: Наука, 1971.- 1032 с.

11. Иванова, Т. И. Процессы перестройки доменной структуры и эффект Баркгаузена в кристаллах при разных температурах Текст. / Т. И. Иванова, В. М. Рудяк // Изв. АН СССР. Сер. Физическая. 1981. - Т. 45, №9.-С. 1626- 1630.

12. Киренский, Л. В. Температурный магнитный гистерезис ферромагнетиков и ферритов Текст. / Л. В. Киренский, А. И. Дрокин, Д. А. Лаптей. Новосибирск: СО АН СССР, 1965.-160 с.

13. Лесник, А. Г. Наведенная магнитная анизотропия Текст. / А. Г. Лесник. Киев, 1976. - 163 с.

14. Ломаев, Г. В. Эффект Баркгаузена и его использование в технике контроля и измерения Текст. : учебное пособие / Г. В. Ломаев. Ижевск: ИМИ, 1984.-88 с.

15. Магнитные свойства металлов и сплавов Текст. ; под ред. С. В. Вонсовского. М.: Иностранная литература, 1961. - 446 с.

16. Нагата, Т. Магнетизм горных пород Текст. / Т. Нагата. М.: Мир, 1965.-374 с.

17. Сковородкин, Ю. П. Дезаккомодация магнитной восприимчивости в природных магнетитах. Текст. / Ю. П. Сковородкин, Л. С. Безуглая, Т. С. Гендлер, Л. В. Тихонов // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1973. - № 8. -С. 65-71.

18. Сковородкин, Ю. П. Исследования вязкой намагниченности на монокристаллах природных магнетитов Текст. / Ю. П. Сковородкин, Л. В. Тихонов, Л. С. Безуглая // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1975. - № 5. -С. 56-61.

19. Тикадзуми, С. Физика ферромагнетизма. Магнитные характеристики и практическое применение Текст. / С. Тикадзуми. -М.: Мир, 1987.-419 с.

20. Тропин, Ю. Д. Диффузионное магнитное последействие Текст. / Ю. Д. Тропин : препринт. Красноярск: ИФ СО АН СССР, 1975. - 78 с.

21. Тропин, Ю. Д. Перетянутые петли гистерезиса на монокристалле магнетита ниже температуры фазового превращения Текст. / Ю. Д. Тропин,

22. A. А. Лепишев, Ф. И. Павлов, Л. Н. Рябинкин. ФТТ, 1971, Т. 13. -С. 1472- 1473.

23. Трухин, В. И. Введение в магнетизм горных пород Текст. /

24. B. И. Трухин. М.: Изд-во МГУ, 1973. - 275 с.

25. Трухин, В. И. Экспериментальное исследование вязкой намагниченности Текст. / В. И. Трухин // Изв. АН СССР. Физика Земли. -1966.-№5.-С. 105-111.

26. Уэрт, Ч. Физика твердого тела Текст. / Ч. Уэрт, Р. Томсон. -М.: Наука, 1969.-356 с.

27. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых Текст. ; под ред. Н. Б. Дортман. М.: Недра, 1984. - 455 с.

28. Шашканов, В. А. Дезаккомодация термогенетических состояний Текст. : уч. записки ЛГУ / В. А. Шашканов, В. В. Металлова, К. А. Стабровский // Вопросы геофизики. Сер. физич. и геологич. науки. -1980. Вып. 28. - № 404. - С. 149 - 155.

29. Шашканов, В. А. Природа и механизм метастабильности магнитных состояний горных пород Текст. / В. А. Шашканов, А. Ф. Мурагин, А. И. Новоселов // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1986. -№ 1.-С. 78-86.

30. Шолпо, Г. П. Дезаккомодация магнитной восприимчивости и стабилизация остаточной намагниченности горных пород Текст. / Г. П. Шолпо // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1966. - № 3. - С. 97 - 99.

31. Шолпо, JI. Е. Метастабильность доменной структуры магнетита Текст. / JL Е. Шолпо, В. А. Иванов, Г. П. Борисова : препринт. Ч. 1. - № 25851..-М.: ИЗМИР АН СССР, 1989.-23 с.

32. Шолпо, JI. Е. Метастабильность доменной структуры магнетита Текст. / JI. Е. Шолпо, В. А. Иванов, Г. П. Борисова : препринт. Ч. 2. - № 26852.. М.: ИЗМИР АН СССР, 1989. - 23 с.

33. Caballero, C.I. М. Effects of Laboratiry Heating on the Anisotropy of Low-Field Magnetic Susceptibility of Continental Sandstones From Southern Mexico Text. : Spring Meeting. Geomagnetism, Paleomagnetism / C.I. Caballero. 1991. - P. 98.

34. Heider, F. Temperature Dependens of Magnetic Domains in Magnetite Cristals Text. / F. Heider, S. Halgedahl, D. J. Danlop // Geophys, Reseah Letters. 1988. - V. 15. - № 5. p. 499 502.

35. Saratiri, Kiity. A Note of the Magnetic Anisotropy of Fe304 Text. / Kiity Saratiri, Yoshihiro Kino // J. of Magnetism and Magnetic Materials. 1980. -V. 20.-P. 87-90.

36. Neel, L. Same Theoretical Aspests of Rock Magnetism Text. / L. Neel // Adv. Phys. 1955. - V. 4. - № 14. - P. 99 - 136.

37. Вечфинский, В. С. Магнитотекстурная память горных пород: дис. . д-ра физ.-мат. наук Текст. / В. С. Вечфинский. СПб: Санкт-Петербург. гос. ун-т, 1992. - 213 с.

38. Вечфинский, В. С. Использование перминвар-эффекта термонамагниченных пород при определении палеонапряженности Текст. /

39. B. С. Вечфинский, Ю. К. Виноградов, А. О. Мострюков // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1984. - № 3. - С. 63 - 69.

40. Вечфинский, В. С. Исследование наведенной магнитной анизотропии многодоменных титаномагнетитов по высшим гармоникам частных петель магнитного гистерезиса Текст. / В. С. Вечфинский,

41. C. И. Филин // Тонкая структура геомагнитного поля. М.: ИФЗ АН СССР, 1986.-С. 136- 144.

42. Вечфинский, В. С. Термостабилизация наведенной магнитной анизотропии и магнитная память многодоменных титаномагнетитов Текст. / В. С. Вечфинский, С. И. Филин // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1987. -№ 10.-С. 65-70.

43. Вечфинский, В. С. Температурная память наведенной магнитной анизотропии и структура титаномагнетитовых зерен горных пород Текст. /

44. B. С. Вечфинский, В. А. Цельмович // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1992. - № 2. - С. 111-120.

45. Вечфинский, В. С. Изучение частных петель гистерезиса намагниченности горных пород Текст. / В. С. Вечфинский, В. П. Щербаков, Ю. К. Виноградов // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1986. - № 2.1. C. 66-72.

46. Большаков, А. С. Термомагнитный критерий определения доменной структуры ферромагнетиков Текст. / А. С. Большаков, В. В. Щербакова // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1979. - № 2. - С. 38 - 47.

47. Вечфинский, В. С. Использование частных петель магнитного гистерезиса для определения доменной структуры ферримагнетиков горных пород Текст. / В. С. Вечфинский // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1987. -№6. -С. 100- 105.

48. Иванов, В. А. Использование диаграммы Прейзаха для диагностики одно- и многодоменных зерен в образцах горных пород Текст. / В. А. Иванов, И. А. Хабурзания, Л. Е. Шолпо // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1981. - № 1. - С. 55 - 65.

49. Иванов, В. А. Количественный критерий одно- и многодоменного состояния ферромагнитных минералов горных пород Текст. / В. А. Иванов, Л. Е. Шолпо // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1982. - № 8. - С. 84 - 90.

50. Афанасьев, Ю. В. Феррозонды Текст. / Ю. В. Афанасьев. Л.: Энергия, 1969.- 165 с.

51. Ламаш, Б. Е. Доменная структура и процессы приобретения намагниченности в одно- и псевдооднодоменных зернах титаномагнетитового ряда Текст. : автореф. дис. . д-ра физ.-мат. наук / Б. Е. Ламаш. Владивосток. Дальневосточный гос. ун-т, 2003. - 43 с.

52. Vechfinsky, V. S. The method of high harmonics for determining reheating palaeotemperature Text. /V. S. Vechfinsky, A. N. Ershov, D. A. Larionov // Studia geophysica et geodaetica. 1996. - Vol. 40. -P. 413-420.

53. Вечфинский, В. С. Физико-математическая модель перетянутых петель гистерезиса магнетитсодержащих пород Текст. / В. С. Вечфинский,

54. A. Н. Ершов, М. Г. Юмагулов // Изв. РАН. Физика Земли. 1999. - № 5. -С. 83 - 88.

55. Вечфинский, В. С. Использование диаграммы Прейзаха для моделирования влияния различных факторов на НМА ферримагнетиков Текст. / В. С. Вечфинский, Д. А. Ларионов, С. В. Гагаркин, Д. В. Великанов // Вестник РГАТА. Рыбинск, 2002. - № 2. - С. 37 - 40.

56. Вечфинский, В. С. Аналитическая модель влияния давления на наведенную магнитную анизотропию ферримагнитных минералов Текст. /

57. B. С. Вечфинский, Д. А. Ларионов, С. В. Гагаркин, Д. С. Великанов // Вестник РГАТА. Рыбинск, 2002. - № 1. - С. 52 - 58.

58. Вечфинский, В. С. Моделирование влияния давления и температуры на наведенную магнитную анизотропию магнетитсодержащих пород Текст. / В. С. Вечфинский, Д. А. Ларионов, С. В. Гагаркин, Д. С. Великанов // Изв. РАН. Физика Земли. 2004. - № 2. - С. 83 - 88.

59. Ершов, А. Н. Эффекты магнитотекстурной памяти горных пород и влияние на них механического давления Текст. : дис. . канд. физ.-мат. наук / А. Н. Ершов. СПб: СПбГУ, 1998. - 112 с.

60. Ершов, А. Н. Влияние давления на наведенную магнитную анизотропию горных пород Текст. / А. Н. Ершов, В. С. Вечфинский, Д. А. Ларионов, А. А. Бубнов, В. А. Цельмович // Изв. РАН. Физика Земли.1999.-№4.-С. 75-80.

61. Vechfinsky, V. S. Dependence induced magnetic anisotropy of rocks on mechanical pressure Text. / V. S. Vechfinsky, A. N. Ershov, D. A. Larionov // Abstracts: International Conference on «Porblems of Geocosmos». St.-Petersburg, 1996.-P. 130.

62. Vechfinsky, V. S. Influence pressure on indused magnetic anisotropy igneous rocks Text. / V. S. Vechfinsky, A. N. Ershov, D. A. Larionov // EGS. Annales Geophysicae. 1996. - Part 1. Solid Earth & Natural Hazard. Suppl. -1 to V. 14.-P. 153.

63. Vechfinsky, V. S. The influence of mechanical pressure on the induced magnetic anisotropy of rocks Text. /V. S. Vechfinsky, A. N. Ershov, D. A. Larionov // Geologica Carpathica. 1996. - № 3. - Vol. 47 - P. 208.

64. Вечфинский, В. С. Магнитный геотермометр Текст. / В. С. Вечфинский // Изв. РАН. Физика Земли. 1994. - № 1. - С. 75 - 78.

65. Вечфинский, В. С. Применение методов высших гармоник для термомагнитного анализа ферримагнитных минералов горных пород Текст. / В. С. Вечфинский, В. А. Цельмович // Изв. РАН. Физика Земли. -1996.-№ 1.-С. 81-84.

66. Большаков, А. С. Обратимая магнитная восприимчивость термонамагниченного магнетита Текст. / А. С. Большаков, Ю. К. Виноградов // Докл. АН СССР, 1986. Т. 296. - № 4. - С. 74 - 86.

67. Оптимальные системы автоматического управления Текст. ; отв. ред. д-р тех. наук А. М. Летов. М.: Наука, 1967. - 220 с.

68. Системы управления гибким автоматизированным производством Текст. : учеб. пособие ; под общ. ред. д-ра техн. наук, проф.

69. A. А. Краснопрошиной. Киев: Вища шк. Головное изд-во, 1987. - 383 с.

70. Основы автоматического регулирования и управления Текст. : учеб. пособие для неэлектротехн. спец. вузов ; под ред.

71. B. М. Пономарева, А. П. Литвинова. М.: Высшая школа, 1974. - 439 е.: ил.

72. Основы автоматического управления Текст. ; под ред. В. С. Пугачева. М.: Наука, 1967. - 680 с.

73. Попов, Е. П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления Текст. / Е. П. Попов. М.: Наука, 1979. - 256 с.

74. Андриянов, А. В. Цифровая обработка информации в измерительных установках и системах Текст. / А. В. Андриянов, И. И. Шпак. Минск: Высшая школа, 1987. - 176 с.

75. Вершинин, В. А. Применение микро-ЭВМ в системах автоматики Текст. : учебное пособие / В. А. Вершинин. Рыбинск: РАТИ. - 1994. - 88 с.

76. Интегральные микросхемы: Микросхемы для аналого-цифрового преобразования и средств мультимедиа Текст. / М.: ДОДЭКА, Вып. 1, 1996.-384 с.

77. Борзенко, A. E. IBM PC: устройство, ремонт, модернизация Текст. / А. Е. Борзенко. М.: ТОО фирма «Компьютер Пресс», 1996. - 344 с.

78. Мячев, А. А. Интерфейсы систем обработки данных: справочник" Текст. / А. А. Мячев, В. Н. Степанов, В. К. Щербо и [др.]; под ред. А. А. Мячева. М.: Радио и Связь, 1989. - 415 е.: ил.

79. Новиков, Ю. В. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC Текст. : практ. пособие /

80. Ю. В. Новиков, О. А. Калашников, С. Э. Гуляев; под общ. ред. Ю. В. Новикова М.: ЭКОМ, 1997. - 224 е.: ил.

81. Сапаров, В. Е. Системы стандартов радиосвязи и радиоэлектронике Текст. : учеб. пособие для вузов / В. Е. Сапаров, Н. А. Максимов. М.: Радио и связь, 1985. - 248 с.

82. Гутников, В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Текст. / В. С. Гутников. Л.: Энергоатомиздат, 1988. - 304 с.

83. Федорков, Б. Г. Миросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение Текст. / Б. Г. Федорков, В. А. Телец. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 320 с.

84. Гутников, В. С. Фильтрация измерительных сигналов Текст. / В. С. Гутников. JL: Энергоатомиздат. Ленинград, отд., 1990. - 192 с.

85. Джонсон, Д. Справочник по активным фильтрам Текст. / Д. Джонсон, Дж. Джонсон, Г. Мур ; пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1983.- 128 с.

86. Хьюлсман, Л. П. Введение в теорию и расчет активных фильтров Текст. / Л. П. Хьюлсман, Ф. Е. Аллен; пер. с англ. М.: Радио и связь, 1984. -384 с.

87. Грэм, Дж. Проектирование и применение операционных усилителей Текст. / Дж. Грэм, Дж. Тоби, Л. Хьюлсман. М.: Мир, 1974.

88. Интегральные микросхемы: Операционные усилители Текст. / М.: Физматлит, 1993. Т. 1. - 240 с.

89. Кручинин, А. М. Автоматическое управление электротермическими установками Текст. : учебник для вузов / А. М. Кручинин, К. М. Махмудов, Ю. М. Миронов и [др.] ; под ред. А. Д. Свенчанского. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 416 с.

90. Якубовский, С. В. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы Текст. : справ, пособие / С. В. Якубовский, Н. А. Барканов, JI. И. Ниссельсон и [др.] ; под ред. С. В. Якубовского. 2-е изд., доп. - М.: Радио и Связь, 1985. - 432 с.: ил.

91. Нефёдов, А. В. Зарубежные интегральные микросхемы для промышленной электронной аппаратуры Текст. : справочник / А. В. Нефёдов, А. М. Савченко, Ю. В. Феоктистов; под. ред. Ю. Ф. Широкова. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 288 с.: ил.

92. Нефедов, А. В. Зарубежные интегральные микросхемы для промышленной электронной аппаратуры Текст. : справочник / А. В. Нефедов, А. М. Савченко, Ю. Ф. Феоктистов; под ред. Ю. Ф. Широкова. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 288 с.

93. Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике Текст. : справочник / Р. В. Данилов, С. А. Ельцова, Ю. П. Иванов и др.; под ред. Б. Н. Файзулаева, Б. В. Тарабрина. Москва: Радио и связь, 1986. - 384с.

94. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы Текст. : справочник / С. В. Якубовский и [др.] М.: Радио и Связь, 1990. - 495 с. : ил.

95. Шило, В. JI. Популярные цифровые микросхемы Текст. : справочник / В. JI. Шило. 2-е изд., испр. - М.: Радио и Связь, 1989. -350 с.: ил.

96. Компьютеры, модели, вычислительный эксперимент: введ. в информатику с позиций мат. моделирования Текст. : Сб. стат.: АН СССР / Ред. кол.: И. М. Макаров (пред.) и [др.]; предисл. А. А. Самарского. М.: Наука, 1988.- 169 с.: ил.

97. Кудрявцев, J1. Д. Математический анализ: учебник для вузов Текст. / JI. Д. Кудрявцев. Изд. 2, перераб. - М.: Высшая школа, 1973. -Т. 1.-614 с.: ил.

98. Кудрявцев, JI. Д. Математический анализ: учебник для вузов Текст. / JI. Д. Кудрявцев. Изд. 2, перераб. - М.: Высшая школа, 1973. -Т. 2. - 470 с.: ил.

99. Румшинский, JI. 3. Математическая обработка результатов эксперимента: справочное руководство Текст. / JI. 3. Румшинский. -М.: Наука, 1971. 192 е.: ил.

100. Зааль, Р. Справочник по расчету фильтров Текст. / Р. М. Зааль ; пер. с нем. Радио и связь, 1983. - 752 с.

101. Сплавы для термопар Текст. : справочное изд. / И. JI. Рогельберг, В. М. Бейлин. М.: Металлургия, 1983. - 360 с.

102. Цирлин, А. М. Оптимальное управление технологическими процессами Текст. : учеб. пособие для вузов / А. М. Цирлин. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 400 с.: ил.

103. В диссертационный совет К 212.210.01

104. В частности, использовались методы изучения частных скомпенсированных петель гистерезиса намагниченности. с

105. Доктор геолого-минералогических наук, профессор, ведущий научный сотрудник отдела «Физика Земли» НИИФ СПбГУ1. В.А.Шашкановgeophysical institute

106. Slovak Academy of Sciences

107. Dubravska cesta 9. 843 28 Bratislava, SLOVAK REPUBLICphone: +421-2-5941 0600 fax:+421-2 5941 0626 e-mail geoftuny&bavba sk1. Prof. dr.

108. Vladimir S. Vechfinsky RGATA

109. Rybinsk State Technology Academy 152934 Yaroslavkay obi. Rybinsk ul Pushkina 53 Russia

110. Dear Prof. Dr. V.S. Vechfinsky,