Исследование зависимости магнитной восприимчивости гадолиния от температуры производится с помощью программно-аппаратного комплекса, представляющего собой блок лабораторной установки и программу на компьютере.

Лабораторный блок непрерывно передает в компьютер данные о температуре образца и его магнитной проницаемости. Чтобы получать эти данные программа должна подключиться к одному из последовательных COM-портов, которые имеются в системе. Делается это нажатием кнопки «Подключить COM-порт» или комбинацией клавиш <Ctrl+D>. Один из таких последовательных портов появляется в системе после включении лабораторного блока установки.

Перед началом работы необходимо убедиться, что сетевой провод электропитания и провод USB подключены к лабораторному блоку.

Программа предназначена для взаимодействия с электронным блоком, представляющим собой экспериментальную установку, которая позволяет следующее:

• изменять температуру образца ферромагнетика (редкоземельный металл гадолиний) в заданном диапазоне температур, контролируя скорость изменения температуры. При этом образец может переходить из парамагнитного состояния в ферромагнитное и обратно.
• оценивать магнитную проницаемость (в терминах программы - намагниченность) образца ферромагнетика.
• принимать поток данных из лабораторного блока.
• передавать управляющие команды в лабораторный блок для управления температурными режимами.

Таким образом, программа позволяет подключиться к лабораторной установке через выбранный порт (COM-порт), принимать передаваемые данные и управлять режимами работы лабораторного блока.

Программой предусмотрена возможность как ручного, так и автоматического управления температурой. Данные о температуре образца и намагниченности принимаются и накапливаются программой, обеспечивая отображения текущих значений и всей истории их изменений, с момента подключения, в виде графиков.

Для начала исследований надо включить лабораторный блок, для этого тумблер электропитания необходимо перевести в верхнее положение.

На рабочем столе компьютера находится ярлык запуска программы SerialVisualizer. После появления заставки откроется окно программы.

Поскольку в системе может присутствовать несколько COM-портов для подключения, необходимо выбрать нужный порт из нескольких. Чтобы порт лабораторной установки появился в системе, необходимо, чтобы блок был включен и соединен к компьютеру проводом USB. Нередко порт COM1 присутствует в системе изначально, он соответствует специальному разъему на задней панели системного блока. Он нас не интересует. Вероятнее всего, интересующий нас порт окажется вторым в списке.

Органы управления программы расположены колонкой у левого края окна. Ниже пример с установками по умолчанию: Все органы управления сгруппированы в блоки. Самый верхний блок отвечает за подключение к порту и получение исходных данных. Необходимо выбрать нужный порт в выпадающем списке «COM-порт», а затем нажать кнопку «Подключить COM порт». Программа запоминает порт, который использовался в предыдущем сеансе подключения, даже если это было во время предыдущего запуска программы. В этом случае можно сразу нажимать кнопку подключения выбранного порта. Если выбрать не тот порт, произойдет соединение, но ожидаемые данные поступать в программу не будут. В этом случае, программа вскоре предупредит пользователя об этом специальным уведомлением.

Самым простым способом провести исследование изменений магнитной проницаемости гадолиния вблизи температуры Кюри, является – автоматический эксперимент. Положительным моментом является то, что система самостоятельно будет управлять скоростью изменения температуры. Ведь, если температуру менять слишком быстро, то увеличивается разброс локальных температур в различных участках исследуемого образца, что «размывает» получаемую в результате картину зависимости намагниченности от температуры.

Чтобы запустить автоматический эксперимент необходимо выбрать кнопку «Запустить эксперимент» в самой нижней группе «Автоматический эксперимент». Диапазон температур, в пределах которых будет происходить изменение задается двумя регуляторами «T_min» и «T_max». Наиболее оптимальными являются значения по умолчанию. Во время автоматического эксперимента эти регуляторы можно подстраивать.

Во время автоматического эксперимента на специальном экране отображается протокол эксперимента, по которому можно судить о том, что происходит в каждый момент. Эксперимент можно прервать досрочно или по мере необходимости корректировать его ход регуляторами, хотя это не рекомендуется.

Нужно дождаться завершения эксперимента и по его окончании закрыть окно программы. Результаты проведенного исследования будут помещены в отдельную автоматически созданную папку сеанса работы программы, с именем, наподобие: «ЕлМаг ЛР45 - 2022-09-26 (09-52-14)»

Эта папку можно найти внутри папки «ЛР 4.5 Результаты исследований» на Рабочем столе.

По итогам проведенного эксперимента в папке сеанса работы формируются файл «ЕлМаг ЛР45 2022-09-26 (09-52-14) - Все сеансы.xlsx» (имя файла для примера), в котором содержатся все данные полученные от лабораторного блока с момента подключения к порту, до момента отключения.

ВАЖНО: Файл « * - Все сеансы.xlsx» окончательно записывается в папку только при завершении работы программы.

Чтобы автоматически отключить соединение с COM-портом по завершении эксперимента, слева от кнопки «Запустить эксперимент» имеется переключатель. Если он установлен, то отключение от COM-порта произойдет автоматически по завершению эксперимента.

Если было произведено несколько сеансов подключений к порту, в рамках одной сессии работы программы, то данные каждого сеанса будут записаны в отдельные вкладки (sheets) указанного файла Excel, с нумерацией сеанса подключения в названии вкладки. В каждой из таких вкладок будут вставлены по две графические диаграммы, аналогичные графикам на экране программы.

Ключевые данные для выполнения целей лабораторной работы находятся в первых двух колонках таблицы: «Температура» и «Намагниченность».

Если настройки по умолчанию не были изменены, то дополнительно в папку сеанса работы программы будут записаны еще следующие файлы (имена файлов для примера):

• файл «ЕлМаг ЛР45 2022-09-26 (09-55-21) - данные в пределах экрана.xlsx», в котором содержатся полученные данные, находящиеся в пределах границ отображения правого экрана с графиками. Дело в том, что если отключено автомасштабирование или привязка к краям экрана по оси X, то графики на экране можно масштабировать и перемещать по горизонтали, выбрав, таким образом, только интересующий диапазон.
• файл «ЕлМаг ЛР45 2022-09-26 (09-55-23) - график M(T).png»
• файл «ЕлМаг ЛР45 2022-09-26 (09-55-23) - графики M(t) и T(t). png»

Это файлы с изображением графиков в окнах программы. А так же:

• файл «ЕлМаг ЛР45 2022-09-26 (09-55-23) - Снимок окна программы. png»

Этот файл содержит изображение всего окна программы.

Сразу после подключения к последовательному COM-порту программа начинает прием данных, поступающих от лабораторного блока. Программа имеет два окна отображения графиков. Первое окно предназначено для отображения изменения уровней сигналов по мере поступления данных. Т.е. это условно временная зависимость, подобная осциллографическому изображению. Второе окно отражает зависимость магнитной проницаемости от температуры.

Оба графика можно масштабировать, перемещать мышью, если только соответствующими переключателями не активировано автоматическое масштабирование по X или фиксация левого или правого края принимаемых данных.

ВАЖНО: Масштабирование и вертикальное положение графика намагниченности (оранжевый цвет линии графика) в правом окне производится только автоматически. Следовательно – перемещение по вертикали или вертикальное масштабирование производится только в отношении графиков температуры.

ВАЖНО: Отображение зависимости намагниченности от температуры во втором окне имеет одну особенность: если включен переключатель «Обрезка», то при формировании этого графика учитываются только те данные, которые оказались в пределах границ первого окна. Таким образом, путем масштабирования и перемещения по горизонтали графиков первого окна мы можем определить, какой участок принятых данных нужно отобразить в виде функциональной зависимости во втором окне. Масштабирование и перемещения графиков температуры по осям X и Y производится курсором и колесиком мыши. Например, для изменения масштаба необходимо покрутить колесом мыши над соответствующей осью. Ниже показаны зоны для масштабирования и перемещения графиков мышью: