Цифровой феррозондовый магнитометр со следящим уравновешиванием Советский патент 1984 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения компонент вектора индукции (напряженности) магнит ного поля цифровым методом, Известен цифровой феррозондовый магнитометр со следящим уравновешива нием знакопеременного магнитного поля, содержащий феррозонд с компенсационной катушкой, генератор, усилитель-преобразователь, АЦП и устройство цифровой регистрации, генератор соединен с феррозондом, усилителем-преобразователем и вхрдом тактовым импульсов АЦП, феррозонд соединен с усилителем-преобразователем, выход которого подключен к аналоговому входу АЦП, выход уравновешивания АЦП соединен с клеммами компенсационной катушки, а его знаковый и цифровые выходы - с соответствующими входами устройства цифровой регистрации ll . Недостатком известного цифрового магнитометра является его ограниченные возможности по точности, обуслов ленные тем, что увеличение числа разрядов АЦП приводит к уменьшению быстродействия и нарушению устойчивости работы магнитометра. Кроме того, увеличение точности :ограничено технологией производства высокоточных АЦП (современные промышленные интегральные микросхемы АЦП имеют не более 12 двоичных разрядов). Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является цифровой ферро ондовый магнитометр со следящим уравновешиванием знакопеременного магнитного поля, содержащий феррозонд с компенсационной ка тушкой, генератор, усилитель-преобра зователь, два аналого-цифровых преоб разователя, вычислительный блок с выходом на цифровой регистратор, ген ратор соединен с феррозондом, усилителем-преобразователем и входами так товых импульсов аналого-цифровых пре образователей, феррозонд соединен с усилителем-преобразователем, выход которого подсоединен к аналоговым входам АЦП, выход уравновешивания пе вого аналого-цифрового преобразователя соединен с клеммами компенсационной катушки, а знаковые и цифровые выходы первого ивторого аналогоцифровых преобразователей - с соответствующими входами вычислительного блока 2j . Магнитометр обладает высокой точностью, устойчивостью и быстродействием. Однако известный цифровой магните-. метр характеризуется недостаточной надежностью и сложностью схемы, вызванными наличием вычислительного блока со сложным алгоритмом. Цель изобретения - повышение надежности -и упрощение схемы при сохранении точности, устойчивости и быстродействия цифрового ферррзондового магнитометра. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой феррозондовьЛ мaгниtoмeтp со следящим уравновешиванием, содержащий феррозонд с компенсационной катушкой, генератор, усилитель-преобразователь, два аналого-цифровых преобразователя, вычислительный блок и цифровой регистратор, генератор соединен с фэррозондом, усилителем-преобразователем и входами тактовых импульсов аналого-цифровых преобразователей, феррозонд соединен с усилителем-преобразователем, выход которого подключен к аналоговым входам АЦП, выход уравновешивания первого АЦП соединен с клеммами компенсационной катзлики, а знаковые и цифровые выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей - с соответствующими входами вычислительного блока и цифрового регистра, введено логическое устройство, содержащее сумматор, управляемый инвертор и логическую схему ИСКЛЮЧАКЩЕЕ ИЛИ, при зтом входы схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены со знаковыми выходами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, а ее выход подключен к первым входам сумматора и к.управляющему входу управляемого инвертора, причем сумматор вторыми входами подключен к цифровым выходам первого АЦП и выходами - к цифровым йходам старших разрядов цифрового регистратора а-управляемый инвертор входами подключен к цифровым выходам второго АЦП и выходами - к цифровьм входам младших разрядов цифрового регистратора-. На фиг. 1 изоб ражена функциональная схема цифрового магнитометра; на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая его работу. 3 Цифровой $еррозо1щовый магнитометр (фиг. 1) содержит феррозонд 1 с надетой на него компенсационной катушкой 2, генератор 3, усилительпреобразователь 4, первый аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 5, цифровой регистратор 6, второй аналого-цифровой преобразователь 7, сумматор 8, управляемый инвертор 9 и логическую схему ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ При этом генератор 3 соединен с фер розондом 1, усилителем-преобразователем 4 и входом тактовых импульсов первого АЦП 5. Феррозонд 1 соединен с усилителем-преобразователем 4, выход которого подключен к аналоговому входу первого АЦП 5, вькод ура новешивания АЦП 5 соединен с клемма ми компенсационной катушки 2, а его знаковьй и цифровые выходы - с соот ветствующими входами цифрового регистратора 6, аналоговьй вход второго АЦП 7 соединен с выходом усили теля-преобразователя 4, вход тактовых импульсов второго АЦП 7 подклю- чен к выходу генератора 3, между ци ровыми выходами первого АЦП 5 и циф ровыми входами старших разрядов циф рового регистратора 6 включен сумматор 8, между цифровыми выходами второго АЦП 7 и цифровыми входами младших разрядов цифрового регистра тора 6 включен управляемый инвертор 9, -.вход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1 соединен со знаковыми выходами первого 5 и второго 7 АЦП, а ее выход подключен к вторым входам сумматора 8 и к управляющему входу управляемого инвертора 9. феррозондовый магнитометр работает следующим образом. Предположим, что действукнцее на феррозонд 1 измеряемое поле изменяется по синусоидальному закону. Циф ровые коды этого поля (фиг. 2) формируются в. результате совместной ра боты первого 5 и второго 7 АЦП и связанных с ними элементов функциональной схемы (фиг. 1), причем скорость формирования определяется , частотой тактовых импульсов, выраба тываемых генератором 3 и поступающих на соответствующие входы первого 5 и второго 7 АЦП. Совместная работа двух АЦП заключается в том, что, если приращение измеряемого поля, преобразованное феррозондом 1 и усилителем-преобразователем 4 в 1394. приращение напряжения, превышает по амплитуде диапазон преобразования второго АЦП 7, то в работу включается первый АЦП 5, который с выхода уравновешивания подает ток ступенями в. компенсационную катушку- 2, Создающий в объеме феррозонда t поле компенсации, уравновешивающее (ступенями, равными каждая диапазону второго АЦП 7) измеряемое поле. Остаток поля меньший, чем диапазон второго АЦП 7, вызывающий соответствующее напряжение на выходе уснпителя-преобразователя 4, преобразуется АЦП 7 в цифровой код. При уменьшении абсолютного значения измеряемого поляв какой-то момент времени на феррозонд 1 начнет действовать поле с противоположным измеряемому знаком (фиг. 2). На выходе усилителя-преобразователя 4 появится напряжение противоположной полярности и, соответственно, на выходе второго АЩ 7, код со знаком, противоположным знаку кода первого А1Ц1 5. Дпя совмещения кодов первого и второго АЦП из кода первого АЦП 5 в сумматоре 8 выг читается единица кода, а код второго. АЦП 7 инвертируется в управляемом инверторе 9 сигналом с выхода схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ШШ 10, которая вьграбатывает логическую единицу при разных знаках кодов и логический нуЛь при одинаковых (фиг. 2). Лишняя ступень компенсации выключается при превьш1ении полем перекомпенсации значения диапазона второго АЦП 7 на одну ступень квантования, при этом значения кода последнего сбросятся на нуль. Предлагаемой цифровой феррозовдовьй магнитометр обладает высокой надежностью и простотой схемы, поскольку взамен вычислительного блока в него введены простые элементы 810. При этом сохранены точность, устойчивость и быстродействие магнитометра. Цифровой феррозондовый магнитометр может быть реализован, например, при следующих рабочих диапазонах (в единицах цифровых кодов) первого АЦП и второго АЦП: 2®- 2 - 1 65535. При выбранном значении младшего разряда, равной 1 нТл магнитометр будет иметь диапазон +65535 нТл (диапазон измеряемого по Земли) . При значении младшего разряда, равном 0,ОГ нТл магнитоrffeTp будет иметь диапазон +655,35 нТл (диапазон слабых магнитных полей), Действующий макет магнитометра С указанными данными изготовлен и испытан на предприятии. 10831 396 Предлагаемый магнитометр может бьгть построен на типовых радиоэлементах и не требует высокой квалификации специалистов при настройке.

ЦИФРОВОЙ ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МАГНИТОМЕТР СО СЛЕДЯЩИМ УРАВНОВЕШИВАНИЕМ, содержащий феррозонд с крмпенсационной катушкой, генератор, усилитель-преобразователь, два аналогоцифровых преобразователя (АЦП), вычислительный блок и цифровой регистратор, генератор соединен с феррозондом, усилителем-преобразователем и входами тактовых импульсов аналогоцифровых преобразователей, феррозонд соединен с усилителем-преобразователем, выход которого подключен к ана;логовым входам АЩ1, выход уравновешивания первого аналого-цифрового преобразователя соединен с клеммами компенсационной катушки, а знаковые и цифровые выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей с соответствующими входами вычислительного блока и цифрового регистратора, отличающийся тем, что, с целью повьшзения надежности и упрощения схемы при сохранении точности, устойчивости и быстродействия магнитометра, в него введено логическое устройство, содержащее сумматор, управляемьй инвертор и логическую схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом входы схемы ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ соединены со знаковыми выходами . первого и второго аналого-цифровых преобразователей, а ее вькод подключен к первым входам сумматора и к управляющему входу управляемого инвертора, причем сумматор вторыми BXoJдами подключен к цифровым выходам первого аналого-цифрового преобразователя и выходами - к цифровым входам старших разрядов цифрового регистратора, а управляемый инвертор О 30 входами подключен к цифровым выходам второго аналого-цифрового преобразователя и выходами - к цифровым со уходам младших разрядов цифрового, регистратора. со :С

(риг. 2