Градиентометр Советский патент 1986 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к магнитометрии и предназначено для измерения величины и определения знака пространственной производной (градиента) одной из компонент полного вектора магнитной индукции постоянного и низкочастотного магнитного поля.

Цель изобретения - устранение неоднозначности определения положения источника возмущения магнитного поля, которая достигается введением в схему генератора низкочастотных колебаний.

На фиг. 1 изображена схема устройства, которое содержит первый и второй феррозондовые датчики 1 и 2, первый и второй усилители напряжения 3 и 4, генератор низкочастотных модулирующих линейно изменяющихся колебаний 5, первый и второй синхронные детекторы 6 и 7, генератор возбуждения 8, первый и второй низкочастотные усилители 9 - 10, первьм и второй формирователи импульсов 11, 12, первый логический блок 13, первый и второй элементы НЕ 14 и 15, первую и вторую схему совпадений на элементах 2И 17 и 18, первьм RS-триггер 19, элемент 2 ШШ 20, второй RS-триггер 21, блок индикации 22. Феррозондовые датчики 1 и 2 содержат следующие обмотки: первые - измерительная 23, возбуждения 24 и модулирующая 25, вторые - модулирующая 26, возбуждения 27, измерительная 28 и формирователь импульсов 29. Феррозондовые датчики 1, 2 последовательно соединенные с усилителями напряжения 3,, 4 синхронными детекторами 6, 7 к низкочастотными усилителями 9, 10, образуют два идентичных канала градиентометра, измеряемое магнитное поле в котором искусственно модулируется с помощью генератора низкочастотных модулирующих .линейно изменяющихся колебаний 5. Сигнал разности обрабатывается в знакочувствитель ном блоке градиентометра, содержащем логические элементы 13 ... 21.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы, пояснякщие работу устройства.

Градиентометр работает следующим образом.

В кахэдом из каналов градиентометра для получения информации о величине и знаке измеряемого магнитного поля в цифровом виде используется

150742

способ время-импульсной модуляции низкочастотной огибающей несущей частоты, позволяющий преобразовать измеряемую аналогичную величину в J пропорциональный временной интервал, который впоследствии измеряется любым из известных методов (прямого счета, нониусным, распределительным или комбинированным).

10 На разнесенные в пространстве первый и второй феррозондовые датчики

Iи 2 воздействует неоднородное внешнее магнитное поле. Это поле в точках расположения ферро зондовых дат)5 чиков 1 и 2 имеет, например, значениях BO и BO соответственно (фиг.2а, б). Феррозондовые датчики с помощью обмоток возбужд.ения 24 и 27, а также высокочастотного генератора 8 воз20 буждаются с частотой F. С генератора 8 также выдаются сигналы с частотой 2F для. управления первым и вторым синхронными детекторами 6 и 7 обоих- каналов градиентометра. С помощью

25 генератора низкочастотных модулирую- нщх линейно изменяющихся колебаний 5 и модулирующих обмоток 25 и 26 в объемах феррозондовых датчиков 1 и 2 создаются переменные линейно изменяющиеся во времени магнитные поля B(t) (фиг. 2а,б), модулирующие измеряемые Во и Во- С измерительных обмо- ,ток 23 и 28 каждого из двух феррозондовых датчиков 1 и 2 на входы усилителей напряжения 3 и 4 поступает

I

сигнал частотой 2F (соответственно фиг. 2в,г), пропорциональной величине измеряемого в объеме каждого датчика магнитного поля. С выхода усилителя 3(4) напряжения сигнал поступает на синхронный детектор 6(7), а с выхода детектора приходит на вход низкочастотного усилителя 9(10). При воздействии на феррозонды 1 и 2 сумм измеряемых и переменного моду лирующего полей Во + B(t) , Б +B(t) на выходах первого и второго формирователей импульсов 11 и 12 появляются импульсы положительной полярности (фиг. 2д,е). Разность длительностей

Т - Т -(ДТ +ДТг)(фиг.2ж) Пропорциональна разности величин магнитной индукции Во - BO в точках р ас- положения феррозондов 1 и 2.

Импульсы положительной полярности

55 Т и Т: (фиг. 2д,е), присутствующие на выходах формирователей импульсов

IIи 12, подвергаются дальнейшей обработке. В процессе измерений возможны

30

40

три общих варианте соотношения длительностей Т и i импульсов положительной полярности:

-Т, Т,,

-TI т,,

-т, - т,.

Рассмотрим первый случай, когда . Для этого воспользуемся временными диаграммами (фиг. 3) и таблицей истинности (фиг. 4), описывающими возможные комбинации сигналов и и Ui с выходов формирователей 11 и 12 (фиг. 1) и возникающие при этом комбинации на выходах других логических элементов. За 1 принят положительный потенциал импульсов, за нулевой потенциал логических элементов. Из таблицы истинности, поясняющей работу градиентометра,видно, что

.в данном случае через элемент 2 ИЛИ 20 на вход блока индикации 22 поступают два импульса (фиг. 3, U) ЛТ илТ, несущие информацию о величине измеряемого градиента. На вход блока индикации также поступает единичный сигнал (фиг. 3, и) с прямого выхода-второго -триггера 21 (фиг.1) Задний фронт этого сигнала формируется в момент прихода импульса 1) (фиг. 3) на установочныйR -вход второго RS -триггера 21 с формирователя 29.(фиг; 1). Импульс . 23) формируется в момент перехода из положительной полуплоскости в отрицательную сигнала B(t) (фиг. 2а,б) с генератора низкочастотных линейно изменяющихся модулирующих колебаний 5.

Рассмотрим второй случай, когда ,. Работа схемы происходит в соответствии с таблицей истинности на фиг. 6 и временньми диаграммами, изображенными на фиг. 5. ,

, С выхода элемента 2 ИЛИ 20 на вход блока индикации 22 пос ту пают два импульса Л л Т, (фиг. 5, и, U;,Q) , сумма длительностей которых равна разности длительностей импульсов Т и Т (фиг. 5, И, И 2). На вход блока индикации также поступит единичный сигнал (фиг. 5, Ug) с прямого выхода первого P.S -триггера 19, констатирующего соотношение Т т . Задний фронт этого сигнала, как и в предыдущем случае, формируется в момент прихода

20

1215074

импульса 2з) , связанный с переходом из положительной полуплоскости в отрицательную сигнала B(t) генератора низкочастотных модулируюс щих колебаний (фиг. 2а,б).

Случай равенства временных интервалов Т Т (измеряемый градиент равен кулю) и работу знакочувстви- .тельного вычитающего функциональ10 -ного узла градиентометра отражают временные диаграммы на фиг. 7 и таблицы, изображенная на фиг. 8. Из таблицы и временных диаграмм видно, что в данном случае на выходе элемента

{5 2 ИЛИ 20 (фиг. 7, Ц) нет импульсов

разности временных интервалов Т« и

I

Til. На прямых выходах первого и второго RS-триггеров 19 и 21 (фиг. 1) нет информации о знаке разности.

Следовательно, выходные сигналы Ug, , и (фиг.1) знакочувствитель- ноа вычитающей части градиентометра, выполненной на элементах 13...21, несут информацию о величине измеря25 емого градиента и положении источника возмущения магнитного поля относительно датчиков градиентометра. Информация о величине измеряемого градиента содержится в сигнале 1)

,д и заключена в величине разности длительностей Т - Т |й Ti ЛТа1 импульсов и,, и Ui (фиг. 2д,е,ж). Единичный сигнал и с прямого выхода первого RS-триггера 19 указывает, что индукция измеряемых полей в точ как расположения датчиков градиентометра удовлетворяет условия В,, Вр, т.е. ближе к источнику возмущения магнитного поля расположен датчик, измеряющий поле В,, . Если единичный сигнал поступает с прямого выхода второго I S-триггера 21, то индукция

40

измеряемых полей удовлетворяет условию BO В, т.е. источник возмущения расположен со стороны датчи- ка, измеряющего поле В . Отсутствие сигналов Ug, Ujo , U, указывает,что измеряемый градиент имеет нулевое значение.

Таким образом, устройство позволяет измерять величину градиента магнитного поля, устраняет неоднозначность определения положения источника возмущения магнитного поля и обладает в

SS силу этого большими функциональными возможностями и более широкой областью применения по сравнению с известными устройствами.

измеряемых полей удовлетворяет условию BO В, т.е. источник возмущения расположен со стороны датчи- ка, измеряющего поле В . Отсутствие сигналов Ug, Ujo , U, указывает,что измеряемый градиент имеет нулевое значение.

Таким образом, устройство позволяет измерять величину градиента магнитного поля, устраняет неоднозначность определения положения источника возмущения магнитного поля и обладает в

SS силу этого большими функциональными возможностями и более широкой областью применения по сравнению с известными устройствами.

Формула изобретения

«

Градиентометр, содержащий два канала измерения индукции магнитного поля, каждый из которых содержит последовательно соединенные с измерительной обмоткой феррозондового датчика усилитель напряжения, синхронный детектор и низкочастотный усилитель а также генератор возбуждения,подключеный к вторым входам синхронных детекто- ров и к обмоткам возбуждения ферро- зондовых датчиков, и блок индикации, отличающийся тем,что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены генератор низкочастотных линейно изменяющихся модулируннцих колебаний, две обмотки модуляции, три формирователя импульсов, логический повторитель, два элемента НЕ, два элемента 2И, элемент 2Ш1И и два85 -триггера, прямые выходы которых соединены с двумя входами блока индикации, а в каж- дом из каналов измерения индукции неоднородного магнитного поля выход

низкочастотного усилителя соединен с S -входом RS-триггера через последовательно включенные формирователь импульсов, логический повторитель элемент 2И, причем второй вход эле-::, мента 2И первого канала измерения индукции магнитного поля через первый элемент НЕ соединен с выходом формирователя импульсов второго канала, выход элемента 2И первого канала соединен с первым входом элемента 2ИЛИ, а вход второго элемента НЕ соединен с выходом формирователя импульсов первого канала измерения индукции магнитного поля, выход второго элемента НЕ соединен с входом второго элемента 2И,выход которого подключен к второму входу элемент 2 ШШ,выход элемента 2 ИЛИ соединен с третьим входом блока индикации, выход генератора низкочастотных линейно изменякяцихся модулируюацяс колебаний подключен к модулирунмцим обмоткам обоих феррозондовых датчиков и через третий формирователь импульсов к К-входам обоих Зг-триггерсв.

х

(t)

хх

Й/г.

P(/«.j

Риг.5

Pue.9

Составитель В. Шульгин Редактор О. Колесникова Техред О.Неце Корректор Т. Колб

Заказ 904/54Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Риг. 7

Изобретение относится к магнито- метрии и служит для измерения величины и определения знака пространст- - венной производной одной из компонент полного вектора магнитной индукции постоянного и низкочастотного магнитного поля. Цель изобретения - устранение неоднозначности определения положения источника возмущения магнитного поля. Устройство содержит генератор 8 возбуждения, формирователи 11 и 12 импульсов, логический блок 13, элементы 14 и 15 НЕ, RS-триггеры 19 и 21, элементы 17 и 18 2И, элемент 20 2ИЛИ, блок 22 индикации и формирователь 29 импульсов. Ферро- зондовые датчики 1 и 2 с обмотками 23-28, усилители 3 и 4 напряжения, синхронные детекторы 6 и 7 и низкочастотные усилители 9 и 10 образуют два идентичных канала градиентометра. Измеряемое магнитное поле модулируется с помощью енератора 5 низкочастотных модулирукнцихся линейно изменяющихся колебаний. Сигнал разности обрабатывается в знакочувст- вительном блоке, содержащем логические элементы 13-21. 8 ил. (Л L.. 1C СП о 4 Фн.