Устройство для измерений постоянной магнитной индукции Советский патент 1983 года по МПК G01R33/02 

(54) УСГГОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПОСТОЯННОЙ МАГНИТНОЙ Ь,ИНДУКЦИИ

V-ч - Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для измерений магнитной индукции и напряженности постоянного магнитного поля. Известно устройство ддя измерений постоянной магнитной индукции, основанное на авто компенсационном методе измерения (ферро- . зондовые магнитометры с отрицательной обратной связью), состоящее из генератора возбуждения, ферро модуляционного преобразователя, полосового усилителя, фазочувствительного детектора, интегратора и регистрирующего прибора, причем генератор возбуждения подключен к ферромодуляционному преобразователю (к обмотке-возбуждения), а выход ферромбдуляционного преобразователя (индикаторная обмотка) через полосовой усилитель, фазочувствительный детектор и интегратор подклю чен к другому входу ферромодуляционного преобразователя к обмотке обратной евязи, иа эываемой также компенсационной 1. Однако в тех случаях, когда устройство предназначено для измерения магнитной индукции неоднородных магнитных полей, или магнитной индукции, в малых объемах прост- ранства, объем ферромодуляционного преобразователя должен быть мальп« и тогда ам1пЯитудный диапазон таких средств измереш ограничен допустимым перегревом ферромодуляиионного преобразователя, за счет тока, протекающего по обмотке обратной связи. Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения постоянной магнит ной индукции, содержащее последовательно соединенные генератор возбуждения, ферромодуляционный преобразователь, полосовой усили тель, фазочувствительный детектор, интегратор и ключ, в которых для расщирения диапазона измерений магнитная индукция, компенсирующая в обьеме ферромодуляционного преобразователя измеряемую., имеет вид знакопере- менных пилообразных импульсов 2. В те моменты времени, когда измеряемая магнитная индукция скомпенсирована в объеме ферромодуляционного преобразователя знако переменной вшомогательной магнитной .индукиией, по значению последней определяется величина измеряемой магнитной индукции. Поскольку вспомогательная магнитная индукция создается периодически, то благодаря это му энергия, выделяемая в ферромодуляционном преобразователе, меньше, чем при непрерывных способах компенсации. Однако необходимость подачи знакопеременной магнитной индукции приводит к нежела1ельному разогреву ферромодуляционного преобразователя за счет магнитной индукции той полярности, которая не осуществляет ком пенсацию, а совпадает по направлению с нзме ряемой. Кроме того, индукция, совпадающая по направлению с измеряемой,благодаря сум мированию с последней может привести к на щению сердечников ферромодуляционного пре образователя и, как следствие, к появлению аддитивной погрешности гомер ения. Цель изобретения - расширение диапазона измерений. Поставленная цель достигаете : тем, что в устройство для измерений постоянной магнитной индукции, содержащее последовательно соединенные генератор возбуждения, ферромодуляционный преобразователь, полосовой усклитель, фазочувствительный детектор, второй вход которого соедин ён с вторым выходом генератора возбуждения, а также интегратор, ключ и индикатор, дополнительно введеиы последовательно соединенные генератор тактовых разнополярных импульсов, первый двухполунериодный выпрямитель, и счётчик импульсов, последовательно соединенные усилитель-ограничитель, первый блок совпадеиия, второй двухполупериодный выпрямитель и второй ключ, последовательно соединенные второй блок совпадения и третий двухполупериодный выпрямитель, а также формирователь импульсов треугольной формы и определитель полярности, причем второй выход генератора тактовых разнополярных импульсов через формирователь импульсов треугольной формы подключен к первому входу первого ключа, второй вход счетчика импульсов через определитель полярности связан с выходом интегратора и первым входом второго блока совпадения, а третий вход счетчика импульсов через второй ключ подключен к первому выходу генератора возбуждения, вход усилителя-ограничителя соединен с выходом фазочувствнтгльиого детектора, выход первого блока совпадения подключен к входу интегратора, вход формирователя импульсов треугольной формы связан с вторым входом первого блока совпадения, и вторым входом второго блока совпадения, а выход третьего двухполупериодного. выпрямителя подключен к второму входу первого ключа, выход которого соединен с вторым входом ферромодуляционного преобразователя, а выход счетчика импульсов связан со входом индикатора. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы,поясняющие работу устройства (фиг. 2 - при положительной измеряемой магнитной индукции, фиг. 3 - при отрицательной) . Генератор 1 возбуждения через последовательно соединенные ферромодуляционный преобразователь2, полосовой усилитель 3, подключен к одному входу фазочувствительного детектора 4, другой вход которого подключен к генератору 1 возбуждения. Вь1ход фазочувствительного детектора 4 через усилитель-ограничитель 5 соединен с одним входом первого блока 6 совпадеиия, другой вход которого подключен к выходу генератора 7 тактовых разнополярных импульсов. Выход блока 6 совпадения через интегратор 8 подключен к входу блока 9 совпадения. Выход блока 9 совпадения через двухполупериодный выпрямитель 10 подсоединен к управляющему входу ключа 11, вход которого через формирователь 12 импульсов треугольной формы Подсоединен к выходу генератора 7 тактовых разнополярных. импульсов, а выход к второму входу ферромодуляционного преобразоватё ля 2 к обмотке обратной связи. Однойремеиио выход генератора 7 тактовых разиополярных импульсов через второй двухполупериодньш выпрямитель 13 подключен к входу сброс счетчика 14 импульсов. Выход блока 6 совпадения через третий двухполупериодный выпрямитель 15 подключен к управляющему ключа 16. Выход гшератора 1 возбуждения через кшоч 16 подключен к счетному входу счетчика 14. Выход интегратора 8 через определитель 17 полярности подключен к счетчику 14 с индикатором 18. Устройство работает следующим образом. От внеашего устройства -осуществляется запуск генератора 7 тактовых разнополярных импульсов. На ферромодуляциоиный преобразователь 2, возбуждаемый током от геиератора Г возбуждения, воздействует измеряемая магнитная индукция В,. Из суммарного напряжения ферромодуляцвонного преобразовагеля 2 полосовым усилителем 3 выделяется а усиливается напряжение второй гармоники, .пропорциональное измеряемой магнитной ин укции. Это напряжение фазочурствительным етектором 4 преобразуется в постоянный электриеский ток (фиг.2, 3, графики а), пропорциональный измеряемой магнитной индукции, П1Я1чем полярность этого тока соответствует полярности, воздействующей на ферромодуляциоиный преобразователь магнитно1б иидукюш. Выходной ток фазочувствительного де.тектора 4 усилетслем-ограничнтелем 5 преобразуется в напряжение, значение кдторого достаточно для срабатывания первого, блока 6 совпадения (графики б). Генератор 7 тактовых разнополярных импульсов вырабатырает напряжение разкополярных импульсов (графики в), скважность которых устанаЕливается в зависимости от допустимого перегрева ферромодуляциоиного преобразователя н требуемого диапазона измеряемой магнитной индукции. При положительном напряжении иа входе первого блока 6 совпадения (положительной магнитной индукции), на его выходе будут (юложительные импульсы, начало которых совпадает с началом положительных импульсов генератора 7 тактовых разнополярных импульсов (график 2 г). При отри1ще) напряжении на входе первого блока б совпадения (отрицателыюй магнитной индукции) , на его выходе будут отрицательные импульол, начало которых совпадает с началом отриозтельных импульсов генератора 7 тактовых раюнополярных импульсов (графтс; 3 г) Импульсы с выхода перво1Ч) блока б совпадеюш поступают на интегратор 8. Постоянная емени интегратбра 8 выбирается такой, чтобы обеспечивалось срабатываиие Спока 9 совпадения и осуществл лась шцшкация знака язмеряоиой. магнитной индукции иа индикаторе 18 14. Напряжение с выхода инг«1ратора 8 (графики д)посту11жт на один вход блока 9 совпадения, иа вторЫ вход которого поступает напряжение с выхода генератора 7 тактовых разнополярных икшульсов. Выходаое напряжение блока 9 совпадтвя представляет собой последовательность либо положительных импульсов (график 2 е), совпадающих во времени с положительньпии имяульсами генератора 7 при положительной магнитной нидукщш, либо отрицательных импульсов (график 3 е)-, совпадающих во времош с отрицательными импульсами генератора 7 пря отрицательной мапогтиой 1шдукшо1. Выпрямленные двухпо луперяодным выпрямителем 10 ( ж) эти импульол. поступают на вход управления ключа 11 и открывают «го ва , ртвное длительности зтих импульсов. Выходное напр жение генератора 7 тактовых рашополяртых i импульсов преобразуется формнро ватепем 12 , импульсов треугольной формы в импульо треугольной формы (графики з) и проходят ч рез ключ 11.. , При положительной измеряемой магнитной индукции через ключ 11 проходят импульсы треуголыюй формы положительной полярности (график 2и), при отрицательной измеряемой .магнитной индукиин через ключ 11 проходят им|пульсы треуголыюй формы отрицательной поляр ности(график 3 и). Эти кмпульсы создают магнитную индукцию компенсации В, компенсирующую в обьеме ферромодуляционного преобразователя 2 измеряемую магнитную индукцию Вц. Т. е. в объеме ферромодуляционного преобразователя 2 создается компенсирующая магнитная индукция только одной полярности и именно той, которая необходима для компенсадиинзмеряемой. Это позволяет, при проjoix равных условиях (том же ферромодуляционного преобразователя 2 и той же температуре перегрева), вдвое увеличить диапазон измеряемой магнитной индукции без ухудшения точности. Кроме того, благодаря тому, что иа преобразователь 2 действует компеисирукмдая магнитная индукция только знака (направления), противоположного к измеряемой (т. «. она не суммируется с IDмеряемой), то отсутствует намагничивание сердечников ферромодуляционного преобразователя 2 (отсутствует аддитивная погрешность). Это также позволяет расширить диапазон измеряемой магнитной индукции (диапазон измерений). Задний фронт импульсов на выходе блока б совпадения (графики г) соответствует тому моменту времени, когда измеряемая м щгтная индукция осомпенсирована в обьеме ферромодуляционного преобразователя 2 магнитной шщукцней компенсации (т. е. когда Б м %) Выпрямленные двухполупериодюам вы1фями телем 15 импульсоя (графики к выходные импулыял блока б совпадения открывают ключ 16 на время от момента начали действия импульса магннпюй индукции компенсации t до момента Чл. когда В ц- В. В течение этого времени Те. t - tn на вход счетчика ям-. пульсов 14 поступают импульсы (графики л) с генератора 1 возбуждения, число которых подсчитывается счетчиком импульсов 14 и фиксируется индикэтором 18. Благодаря, тому, что магнитная индукция компенсации изменяется линейно во вр-гмени, имеет ц. и следовательно, число импульсов, сосчитанное счетчиком 14, пропорционально измеряемой магнитной шщукцин. Выходное напряжение генератора 7 тактовых разнополяриых импульсов выпрямляется двухполупернодным выпрямителем 13 и принимает I вид положительных импульсов (графики м) , которые своим задним фронтом периодически осуществляют сброс счетчика 14 (установку его в нулевое состояние) в моменты времени t.. Выходное напряжение интегратора 8 поступает на вход определителя 17 полярности, на выходе которого появляется положительный сигнал при положительном входном сигнале (т.е. при (график 2 н). При отрицательном входном сигнале (т. е. при&у,0) сигнал на выходе определителя 17 полярности отсутствует (график 3 и). Формула изобретения Устройство для измерений постоянной маг.нитной индукции, содержащее последовательно соединенные генератор возбуждения, ферромо дуляционный преобразователь, полосовой, усилитель, фазочувствительный детектор, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора возбуждения, а также интегратор, ключ и индикатор, отличающееся ПДИЛоЛир, V I « г« « -- С целью расширения диапазона изметем, что. рений, в него дополнительно введены последовательно соединенные генератор тактовых. разнополярнь1Х импульсов, первый двухполупериодный выпрямитель, и счетчик импульсов, последовательно соединенные усилитель-ограиичитель, первый блок совпадения, второй, двухполупериодный выпрямитель и второй ключ, последовательно соединенные второй блок совпадения и третий двухполупериодный выпрямитель, а также формирователь импульсов треугольной формы и определитель полярности причем второй выход, генератора тактовых разнополярных импульсов через формирователь импульсов треугольной формы подключен к первому входу первого ключа, второй вход счетчика импульсов через определитель полярности связан с выходом интегратора и первым входом второго блока совпадения, а третий вход счетчика импульсов через второй ключ подключен к первому Выходу генератора возбуждения, вход усилителя-ограничителя соединен с выходом фазочувствительного детектора, выход первого блока совпадения подключен к входу интегратора, вход формирователя импульсов треугольной формы связан с вторым входом первого блока совпадения и вторым входом второго блока сов, . падения, а выход третьего дбухполупериодного выпрямителя подключен к второму входу первого ключа, выход которого соединен с вторым входом ферромодуляционного преобразователя, а выход счетчика импульсов . связан с входом индикатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Афанасьев Ю. В. Феррозонды, Л., Энергия, 1969, с. 121-123. 2.Скородумов С. А., Обоишев Ю. П. Помехоустойчивая магнитоизмерительная аппаратура.. Л., Энергоиздат, 1981, с. 116-117.