Устройство для измерения напряженности магнитного поля Советский патент 1985 года по МПК G01R33/02 

1 Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для измерения напряженности магнитного поля в широкой полосе частот. Известно устройство для измерения переменных импульсных магнитных полей, содержащее измерительную катушку, помещенную в измеряемое поле и последовательно соединенную с интегратором, состоящем из усилителя с емкостью в цепи обратной связи lj . Недостатками данного устройства являются большая погрешность при измерениях в области низких частот вследствие больших погрешностей интегрирования низкочастотных сигналов принципиальная невозможность измерения напряженности постоянных магнитных пЬлей, большая величина погрешности измерения, обусловленная дрейфом нулевого уровня усилителя. Наиболее близким к предлагаемому является устройство дляизмерения напряженности магнитного поля, содер жащее измерительную катушку, подключенную к первому входу интегрирующег усилителя, и первый нагрузочный резистор, подключенный параллельно измерительной катушке 2. Недостатками известного устройства являются значительные габариты . и потребляемая мощность, а также . погрешность измерения, обусловленная импульсным характером действия цепи коррекции и паразитным резонансом в области высоких частот, а также невозможностью измерения постоянных полей. Цель изобретения - увеличение точности измерения с одновременным расширением полосы частот измеряемого сигнала. Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения напряженности магнитного поля, содержащее измерительную катушку, подключенную к первому входу интегрирукицего усили теля, первый нагрузочньй резистор, подключенный параллельно измерительной катушке, дополнительно снабжено блоком коррекции, выполненным в виде магнитной цепи, состоящей из двух параллельно расположенных постоянных магнитов, противоположные полюса которых соединены двумя разрезанными на две части стержнями магнитопрово4да, в прорези которых помещены два магнитодиода, аноды которых подключены к источнику напряжения, катод первого магнитодиода подключен к одному источнику тока, а катод второго магнитодиода - к другому источнику тока через переменный резистор, к движку которого подключен первый вход дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с катодом первого магнитодиода, а выход с первым входом усилителя-фильтра низких частот, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход с вторым входом интегрирующего усилителя и через цепочку обратной связи, содержащую параллельно включенные первый резистор и конденсатор, к своему второму входу, соединенному через второй резистор с выходом интегрирующего усилителя. На фиг. 1 представлена схема пред-лагаемого устройства; на фиг, 2 измерительная часть устройства. Устройство содержит параллельно соединенные измерительную катушку 1 и первый нагрузочный резистор 2, соединенные с первым входом интегрирующего усилителя 3, второй вход которого соединен с блоком 4 коррекции, выполненньм в виде усилителя-фильтра. 5 низких частот и дифференциального усилителя 6, второй нагрузочный резистор 7, включенный между выходом интегрирукицего усилителя 3 и вторым -« входом блока 4 коррекции, два источника 8 тока, один из которых через переменный резистор 9 соединен с катодом первого магнитодиода 10, а второй - с катодом второго магнитодиода 11 непосредственно, два постоянных магнита 12 и два стержня магнитопровода 13, при этом катод магнитодиода 11 и движок переменного резистора связаны с входами дифференциального усилителя 6. Устройство работает следующим образом. Высокочастотная часть спекфра напряженности магнитного поля наводит напряжение в измерительной катушке 1. Нагрузкой измерительной катушки 1 служит первый резистор 2, который устраняет паразитный резонанс в области высоких частот. Кроме того, индуктивность измерительной катушки 1 и первый нагрузочный резистор 2 образуют интегрирующее звено в области ; ысокпх частот. В областнхсредних частот интегрирование осуществляется интегрирующим усилителем 3. При обеспечении равенства постоянной времени измерительной катушки 1 и интегрирующего усилителя 3 величина сигнала rfa выходе интегрирующего уси лителя 3 не зависит от частоты составляющих магнитного Поля и пропор1№1ональна величине напряженности. Блок 4 коррекции вносит в показания поправку при работе в низкочастотной части спектра. Чувст9ительным элементом для постоянной и низкочастотных составляющих напряженности магнитного поля служат первый и второй магнитодиоды 10 и 11. Вольт-тесловская характеристика магнитодиодов не позволяет фиксировать знак напряженности магнитного поля, поэтому постоянными магнитами 12 осуществляется начальное смещение вольт-тесловской характеристики магнитодиодов 10 и 11, причем постоянное подмагничивание должно обеспечивать изменения постоянного напряжения на магнитодиодах порядка 0,3 - 0,6 В. При появлении внешнего магнитного поля магнитный поток одного из магнитопроводов 12 уменьшается, а друго го увеличивается, что приведет к разбалансу моста, в плечах которого включены йервьй и второй магнитодиоды ТО и 11, последовательно .соеди ненные с источниками 8 тока. Дифференциальное напряжение с диа гонали моста подается на входы дифференциального усилителя 6. Развязка между высокочастотными и низкочастотными составляющими осуществляется усилителем-фильтром 5 низких частот. Частота среза; для него выбирается примерно равной 1 кГц. Для обеспечения устойчивости частота среза интегрирующего усилителя 3 выбирается порядка 10 кГц, при этом запас устойчивости по фазе составит примерно 45 , Коэффициент усиления дифференциального усилителя 6 выбирается таким, чтобы суммарный сигнал на выходе интегрирующего усилителя 3 на низких и высоких частотах был бы одинаков, при зтом обеспечивается равномерность амплитудно-частотной характеристики. Таким образом, предлагаемое устройство снижает ошибку, обусловленную паразитным резонансом в области высоких частот, и обеспечивает высокую равномерность амплитудно-частотной характеристики в широком диапазоне. Использование магнитодиодов в качестве чувствительного элемента для постоянных и низкочастотных составляющих напряженности магнитного поля позволяет существенно увеличить точность измерений в области низких частот и постоянных полей. Применение .устройства по сравнению с прототипом позволяет производить измерение как постоянных, так и импульсных магнитных полей с длительностью до 0,1 с, переменных полей в диапазоне частот от О Гц до 10 МГц.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ГОЛЯ, содержащее измерительную катушку, подключенную к первому входу интегрирующего усилителя, первый нагрузочный резистор, подключенный параллельно измерительной катуике, отличающ е ее я тем, что, с целью увеличения точности измерения, устройство дополнительно снабжено блоке коррекции, выполненным в виде магнитной цепи, состоящей из двух параллельно расположенных постоянных магнитов , противоположные полюса которых соединены двумя разрезанными на две части стержнями магнитопровода. в прорези которых помещены два магнитодиода, аноды которых подключены к источнику напряжения, катод первого магнитодиода подключен к одному источнику, а катод второго магнитодиода - к другому источнику гока через переменный резистор, к движку которого подключен первый вход дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с катодом первого магнитодиода, а выход - с перBbw входом усилителя-фильтра низких частот, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход - с вто(Л рым входом интегрирующего усилителя и через цепочку обратной связи, содержащую параллельно включенные первый резистор и конденсатор, к свое,му второму входу,, соединеннсжу через второй резистор с выходом интегрирующего усилителя.