Градиентометр-магнитометр Советский патент 1984 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к измери тельной техйике и может быть использовано для измерения параметр магнитного поля, в частности прос ранственных производных и компоне вектора магнитной индукции, наприм в геофизике для получения информации о локальном магнитном объек те, в судостроительной промышлеуности для обеспечения навигационного оборудования и т.д. Известно устройство, обеспечивающее одновременное измерение градиента и компоненты вектора ма нитной индукции. Известное устрой ство содержит два соосных одноком понентных феррозонда, разнесенны в пространстве, усилители-преобразователи поля и градиента, вход каждого из которых подключен к од ному из феррозондов, генератор во буждения, выход которого подключе к входам феррозондов и усилителей преобразователей, и две катушки компенсации, каждая из которых подключена к выходу усилителя-преобразователя поля через цепи обрат ной связи. Каждая катушка компенсации расположена на одном из феррозондов. Выход усилителя-преобразователя градиента подключен к регистрирующему прибору 1. Недостатком данного устройства является низкая точность измерения разностей компонент векторов магнитной индукции, которая обу ловлена неидентичностью и нестабильностью цепей обратной связи, включенных параллельно к усилителю-преобразователю поля, что приводит к возникновению ложного сигнала о неоднородности магнитноге поля, хотя в действительности, оно однородно. Кроме того, измерение градиента и составляющих магнитного поля осуществляется в разных точках пространства. Так градиент магнитного поля определяют относительно середины отрезка прямой, соединяющей преобразователи, а составляющую магнитного поля - в месте расположения одного из преоб разователей . Наиболее близким к изобретению по технической сущности являетсА устройство, которое содержит два соосных одяокомпонентных феррозонда, разнесенных в пространстве усилители-преобразователи поля и градиента, генератор переменной ЭД выход которого подключен к входам феррозондов и усилителей преобразо вателей, регистрирующий прибор, вход которого подключен к выходу усилителя-преобразователя градиента, и две дрследовательно соединен ные катушки компенсации, подключен ные к выходам усилителя-преобразователя поля через элемент обратной связи С2 J. Однако в известном устройстве уменьшена погрешность измерения градиента магнитной индукции за счет неидентичности и нестабильности элементов обратной связи, за счет последовательного включения катушек компенсации к общей цепи обратной связи. Кроме того, низкая точность измерения градиента и составляющей магнитной индукции обусловлена тем, что устройство не обеспечивает измерение сильного однородного магнитного поля с высокой точностью, так как усилитель-преобразователь магнитного поля совместно с феррозондом несет информацию о сильном магнитном поле, хотя и с малой относительной погрешностью (порядка 1-10+5-10 3), но с достаточно большой абсолютной погрешностью, которая воспринимается вторым феррозондом как сигнал о неоднородности магнитного поля, что снижает точность измерения градиента магнитной индукции известным устройством. Целью изобретения является повышение точности измерения индукции и градиента магнитной индукции. Эта цель достигается тем, что градиентометр-магнитометр, содержащий два однокомпонентных феррозонда, два усилителя-преобразователя, вход каяодого из которых подключен к выходу одного из феррозондов, а выход - к входу соответствующего феррозонда, генератор переменной ЭДС, выходы которого подключены к входам феррозондов и вторым входам усилителей-преобразователей, две последовательно соединенные катушки компенсации и регистрирующий прибор, снабжен блоками сложения и вычитания, пороговым блоком, компаратором, генератором тактовых импульсов, двумя реверсивньми счетчиками и двумя цифроаналоговыми преобразователями, при этом входы блоков сложения и вычитания подключены к выходс1м усилителей-преобразователей, входы порогового блока - к выходам генератора тактовых импульсов и блока сложения, входы компаратора - к выходам генератора тактовых импульсов и блсха вычитания, входы первого реверсивного счетчика подключены к выходам порогового блока и блока сложения, а выходы - к входам регистрирукицего прибора и первого цифроаналогового преобразователя, вход второго реверсивного счетчика подключен к выходу компаратора и блока вычитания, а выходы этого счетчика к входам регистрирующего прибора

и второго цифроаналоховсго преобразователя , выход которого подключен к второму входу компаратора, а выходи первого цифроаналогового преобразователя - к последовательно соединенным катушкам компенсации.

Применение блока сложения совместно с генератором тактовых импульсов, пороговым блоком, реверсивным счетчиком и .цифроаналоговым преобразователем подключенного к последовательно соединенным катушкам компенсации, обеспечивает с высокой точностью компенсацию продольной составляющей магнитной ундукции в феррозондах предлагаемого градиентометра-магнитометра , что повышает точность измерения градиента магнитной индукции и продольной составляющей магнитного поля. При этом градиентометр-магнитометр обеспечивает одновременно измерение градиента и продольной составляющей магнитной индукции.

На чертеже изображена структурная схема градиентометра-магнитометра.

Градиентометр-магнитометр (фиг.1 содержит два однокомпонентных феррозонда 1 и 2, два усилителя-преобразователя 3 и 4, генератор 5 переменной ЭДС, две последовательно соединенные катушки б и 7 компенсации, блок 8 сложения, блок 9 вычитания, пороговый блок 10, компаратор 11, генератор 12 тактовых импульсов,первый ревеосивный счетчик 13, первый цифро-аналоговый преобразователь 14 второй реверсивный счетчик 15, вто рой цифроаналоговый преобразователь 16 и регистрирующий прибор 17.Первый вход усилителя-преобразователя 3 подключен к выходу однокомпонентного феррозонда 1, а выход - к одному из входов этого феррозонда и первым входам блоков 9 сложения 8 и вычитания. Первый вход усилителяпреобразователя 4 подключен к выходу однокомпонентного феррозонда 2, а выход - к одному из входов этого феррозонда и вторым входам блоков сложения 8 и вычитания 9. Выходы Генератора 5 переменной ЭДС подключены к вторым входам однокомпонентных феррозондов 1 и 2 и усилителей-преобразователей 3 и 4. Выход блока 8 сложения подключен к первым входам порогового блока 10 и первого реверсивного счетчика 13. Выход порогового блока 10 подключен к второму входу первого реверсивного счетчика 13, один из выходов которого подключен к регистрирующему прибору 17, а второй к цифроаналоговому преобразователю 14. Выходы цифроаналогового преобразователя 14 подключены к последовательно соединенным катушкам 6 и 7 компенсации. Выход блока 9 вычитания подключен к первому входу второго реверсивного счетчика 15 и к первому входу компаратора 11, второй вход которого подключен к генератору 12 тактовых импульсов, а третий - к выходу цифроаналогового преобразователя 16. Выход компаратора 11 подключен к второму входу второго реверсивного счетчика 15, один из выходов

0 которого подключен к регистрирующему прибору 17, а второй - к входу цифроаналогового преобразователя 16. Второй вход порогового блока 10 подключен к одному из выходов ге5нератора 12 тактовых импульсов.

Градиентометр-магнитометр работает следуквдим образом.

На входы однокомпонентных феррозондов 1 и 2 подается с генерато0ра 5 переменной ЭДС сигнал, возбуждающий магниточувствительные элементы этих феррозондов. В результате этого на выходе каждого феррозонда 1 и 2 появляется ЭДС второй

5 гармоники, пропорциональная проекции вектора магнитной индукции на свою ось. С выходов однохомпонентных феррозондов 1 и 2 поступают сигналы на первые входы усилителей0преобразователей 3 и 4, пропорциональные проекциям векторов магнитной индукции на оси этих феррозондов. В усилителях-преобразователях 3 и 4 осуществляется усиление сиг5налов с однокомпонентных феррозондов 1 и 2 и их синхронное детектирование.

Сигнал с выхода усилителя-преобразователя 3 поступает на один из входов феррозонда 1, а сигнал с вы0хода усилителя-преобразователя 4 поступает на один из входов феррозонда 2, что обеспечивает отрицательную обратную связь по измеряемым компонентам вектора магнитной

5 индукции. Сигналы с выходов усилителей-преобразователей 3 и 4 подаются также на входы блоков сложения 8 и вычитания 9. Сигнал, пропорциональный сумме компонент векторов

0 магнитной индукции, поступает на пороговый блок 10, на второй вход которого подаются импульсы с гене- . ратора 12 тактовых импульсов. При наличии сигнала с блока 8 сложения

5 на первый реверсивный счетчик 13 поступают импульсы с генератора 12 тактовых импульсов через пороговый блок 10. Первый реверсивный счетчик 13 работает в режиме сложения при

0 положительном напряжении, поступающем на его первый вход с блока 8 сложения, и в режиме вычитания при отрицательном напряжении, поступающем на его первый вход с блока 8 сложения. Потенциальный код с пер5

ГРАДИЕНТОМЕТР-МАГНИТОМЕТР, содержащий два однокомпонентных феррозонда, два усилителя-преобразователя, вход каждого из которых подключен к выходу одного из феррозондов, а выход - к входу соответ- . ствующего феррозонда, генератор .переменной ЭДС, выходы которого под;ключены к входам феррозондов и вторым входам усилителей-преобразователей, две последовательно соединенные катушки компенсации и регистрирующий прибор, отличающийся, тем. что, с целью повышения точности измерения индукции и градиента магнит;ной индукции, он снабжен блоками сложения и вычитания, пороговым блоком, компаратором, генератором тактовых импульсов, двумя реверсивными счетчиками и двумя цифро-аналоговыми преобразователями, при этом входы блоков сложения и вычитания подключены к выходам усилителей-преобразователей, входы порогового блока - к выходам генератора тактовых импульсов и блока сложения, входы компаратора - к выходам генератора тактовых импульсов и блока вычитания,входы первого реверсивного счетчика -к выходам порогового блока и блока сложения, а выходы - к входам реги(Л стрирующего прибора и первого цифроаналогового преобразователя, вход второго реверсивного с.четчика подключен к выходу компаратора и блока вычитания, а выходы этого счетчика к входам регистрирукицего прибора и второго цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к второму входу компаратора, а выходы 00 первого цифроаналогового преобразователя - к последовательно соединенным катушкам компенсации. ел