Магнитометр Советский патент 1986 года по МПК G01R33/02 

1 Изобретение, относится к измерительной технике и предназначено для измерения слабых магнитных полей в широком диапазоне частот. Целью изобретения является повышение помехозащищенности магнитометра путем увеличения коэффициента подавления магнитного поля силовой сети. На фиг.1 изображена функциональная схема магнитометра, на фиг.2 функи;иональная схема формирователя составляющей (синфазной шш квадратурной) компенсирующего сигнала. Магнитометр (фиг.1) содержит магнитомодуляционный преобразовател 1 с приемной обмоткой 2, обмотками компенсации 3 и возбуждения 4, генератор 5 возбуждения, соединенный с обмоткой 4 возбулзде гая, синхронный детектор 6, соединенный сигналь ным входом 7 с приемной обмоткой 2 и опорным входом 8 с генератором 5 возбуждения. К выходу синхронного детектора 6 подключен фильтр 9 нижних частот. К выходу фильтра 9 подключены интегратор 10 входом, М фор мирователей 11 синфазных, М формиро вателей 12 квадратурных составляющи компенсирующего сигнала сигнальными входами 13. Выходы интегратора 10 и формирователей 11 и 12 связаны с усилителем 14 тока посредством сумматора 15 по его 2М+1-У входу 16 и 2М входам 17 соответственно. К выхо ду усилителя 14 тока подключена обмотка 3 компенсации. Опорные вход 18 формирователей 11 синфазньпс,опор ные входы 18 формирователей 12 квад ратурных составляющих гармоник компенсирующего сигнала подключены соответственно к первой группе М выходов 19 и к второй группе М выходов 20 формирователя 21 опорных сиг налов, состоящего, например, из М последовательных цепей, каждая из которых образована умножителем 22 частоты f на i и фазовращателем 23 сигнала частотой fi на . Каждый из формирователей 11 синфазньпс и каждый из формирователей 12квадратурных составляюпщх гармоник компенсирующего сигнала состоит из последовательно соединенных фазового детектора 24 с сигнальным 13и опорным 18 входами, интегратора 25 перемножителя 26 с первым 27 и вторым 28 входами (фиг. 2) .Перемно 38о житель 26 первым входом 27 соединен с выходом интегратора 25, а вторым входом 28 - с опорным входом 18 фазового детектора 24. Магнитометр работает следующим образом. В начальный момент времени,когда компенсация помехи отсутствует, в приемной обмотке 2 магнитомодуляционного преобразователя 1 наводится модулированное напряжение с несущей частотой, равной частоте магнитной модуляции, и огибающей, пропорциональной сумме измеряемого магниткого поля и магнитного поля помехи, образованной геомагнитным полем и магнитным полем силовой сети. Это напряжение поступает на сигналАный вход 7 синхронного детектора 6, а на его опорный вход - напряжение с частотой магнитной модуляции. После детектирования синхронным детектором 6 сигнала, поступающего с приемной обмотки 2, на выходе фильтра 9 ниясних частот, отделяющем несущую частоту, напряжение U(p(t) (t) Uc(t) + u;,(t) Uc(t) -H и, + I UHB; ° i t где U(t) и U(t) - напряжения,обусловленные измеряемым магнитным полем H.(t) и магнитным полем помехи H|(t); и - постоянная составляющая, обусловленная геомагнитным полем; и Uj,g - амплитуды напряжений, обусловленных синфазной (t) и квадратурной (t) составляющими i-й гармоники магнитного поля силовой сети. В магнитометре осуществляется одновременная компенсация геомагнитного поля, синфазных и квадратурных составляющих гармоник магнитного поля силовой сети. Рассмотрим процесс компенсации геомагнитного поля. Возникновение в начальньш момент постоянной составляющей U в выход3

ном напряжении фильтра 9 нижних частот, обусловленной геомагнитным полем, приводит к изменению напряжения и на выходе интегратора 10. Это напряжение поступает на 2М+1-Й вход 16 сумматора 15, далее на усилитель 14 тока, который создает ток в обмотке 3 компенсации, пропорцио- нальньш напряжению и. , поскольку постоянные напряжения на остальных входах сумматора 15 отсутствуют.Направляющие тока таково, что магнитное поле этого тока HI - постоянная составляющая компенсирующего поля H|,(t) имеет направление противоположное геомагнитному Н-. Б тот момент, когда компенсирующее постоянное поле и геомагнитное сравниваются по величине, суммарное постоянное магнитное поле Н Н + Н окажется равным нулю с точностью отработки астатической следящей системы, образуемой магнитомодуляционным преобразователем 1, приемной обмоткой 2, синхронным детектором 6 фильтром 9 нижних частот, интегратором 10, сумматором 15, усилителем 14 тока и обмоткой 3 компенсации. Следовательно, станет равной нулю постоянная составляющая U напряжекия на выходе синхронного детектора 6, а напряжение U.. на выходе интегратора 10 останется неизменным, также останется неизменным и Н,.Процесс компенсации геомагнитного поля этим завершен. Он повторится либо при следующем включении магнитометра, либо при изменении ориентации магнитомодуляционного преобразователя относительно геомагнитного поля.

Опорные сигналы, необходимые для компенсации гармоник магнитного поля силовой сети, создаются формирователем 21 опорных сигналов, синхронизированным с силовой сетью. На его М выходах 19 первой группы синусоидальные напряжения 2iTft... M2fft с постоянными амплитудами Ujj. На М выходах 20 второй группы ортогональные им напряжения . 2ffft...Ug,cos M2irft. Опорные напряжения с М выходов 19 первой группы формирователя 21 опорных сигналов поступают на опорные входы 18 формирователей 11 синфазных составляющих гармоник компенсирующего сигнала. Опорные напряжения с М выходов 20 второй группы формирователя 21

384

опорных сигналов поступают на опорные входы 18 формирователей 12 квадратурных составляющих гармоник ком- , пенсирующего сигнала.

Рассмотрим процесс компенсации синфазной составляющей i-й гармоники компенсирующего сигнала. В начальный момент времени, когда.компенсация помехи отсутствует, на сигнальный вход фазового детектора 24 i-ro формирователя 11 с фильтра 9 поступает напряжение U(t).

На опорный вход 18 фазового детектора 24 поступает напряжение i 2irft. Поскольку фазовый детектор выполняет функцию перемножения входных сигналов с отделением постоянной составляющей, то на выходе фазового детектора постоянное напряжение Uj,; 1/2 UnQ-U, пропорциональное составляющей i-й гармоники (t) sin 2irft, КО-торая синфазна опорному сигналу Ug-sin i 2irft. Под действием выходного напряжения фазового детектора 24 изменяется напряжение на выходе интегратора 25, которое поступает на первый вход 27 перемножителя 26 и управляет амплитудой опорного сигнала i 2irft, поступающего на второй вход 28. С выхода перемножителя 26 напряжение U,g,; (t) U,; sin i 2irft, где UKO; U,- и„„; , поступает на один из 2М входов 17 сумматора 15 и далее на усилитель 14 тока, который создает ток частотой if в обмотке 3 компенсации. Направление его таково, что магнитное поле этого тока (t) siпi21 ft синфазная составляющая i-й гармо1-шки компенсирующего поля H(t) имеет направление, противоположное синфазной составляющей i-й гармоники магнитного поля силовой сети. В тот момент,когда синфазные составляющие i-x гармоник компенсирующего поля и магнитного поля силовой сети сравняются,синфазная составляющая суммарного поля i-й гармоники Н. (t) (t) + + (t) станет равной нулю с точностью отработки следящей астатической системы, образуемой магнитомодуяционным преобразователем 1, приемной обмоткой 2, синхронным детектоом 6, фильтром 9 нижних частот,форирователем 11 синфазной составляюей i-й гармоники, компенсирующего сигнала, сумматором 15, усилителем

14 тока и обмоткой 3 компенсации. Следовательно, станет равным нулю и напряжение на выходе фазового детектора 24, а на выходе интегратора 25 напряжение остается неизменным. Не изменяется и амплитуда напряжения и ; (t) на выходе перемножителя 26 и соответственно амплитуда синфазной составляющей i-й гармоники компенсирующего поля ). Процесс компенсации синфазной составляющей. i-й гармоники магнитного поля силовой сети этим завершен и повторится либо при следующем включении устройства, либо при изменении ориентации магнитомодуляционного преобразователя относительно поля силойой сети, либо при изменении синфазной составляющей i-й гармоники магнитного поля силовой сети. Аналогично и одновременно с этим процессом происходит компенсация квадратурной составляющей i-й гармоники, а также синфазных ,и квадратурных составляющих верх остальных М-1 гармоник. В результате сигнал на выходе фильтра 9 нижних частот пропорционален измеряемо1У1у магнитному полю и не содержит постоянной составляющей и М гармоник переменного напряжения, создаваемых магнитным полем силовой сети.

Формула изобретения

1. Магнитометр, содержащий магнитомодуляционный преобразователь с обмоткой возбуждения, приемной обмоткой, обмоткой компенсации, генератор возбуждения, соединенный с обмоткой возбуждения, синхронный детектор.; соединенный сигнальным входом с приемной обмоткой и опорным .входом с генератором возбуждения, фильтр нижних частот, входом соединенный с выходом синхронного детектора, усилитель тока, выходом соединенный с обмоткой компенсации,о тличающийся тем, что, с целью повьшения помехозащищенности, и него введены интегратор, М формирователей синфазных составляющих гармоник компенсирующего сигнала, М формирователей квадратурных составляющих гармоник компенсирующего сигнала, формирователь опорных сигналов с первой и второй группами по . М выходов соответственно синфазных и квадратных сигналов, сумматор с 2М+1 входами, выходом соединенный с

входом усилителя тока, причем вход интегратора и сигнальные входы М формирователей синфазных и М формирователей квадратурных составляющих компенсирующего сигнала подключены к

выходу фильтра нижних частот, а выходы их соединены с 2М+1 входами сумматора,, формирователь опорных сигналов входом подключен к силовой сети, каждым из М выходов первой группы

соединен с опорным входом соответствующего из М формирователей синфазных составляюп х-гармоник компенси-. рующего сигнала, каждым из М выходов второй группы соединен с опорным входом соответствующего из М формирователей квадратурных составляющих гармоник компенсирующего сигнала.

2. Магнитометр по п.1, о т л ичающийся тем, что каждый из

формирователей синфазных и каждый из формирователей квадратурных состд вляющих гармоник компенсирующего сигнала вьтолнены в виде последовательно соединенных фазового детектора, интегратора и перемножителя, выход которого соединен с выходом формирователя, а второй вход которого соединен с опорным входом фазового детектора, сигнальный вход которого соединен с входом формирователя.

16

Фиг.г

Устройство относится к измерительной технике и предназначено для измерения слабых магнитных полей в широком диапазоне частот.Целью изобретения является повьшение помехозащищенности магнитометра. Магнитометр содержит магнитомодуляционный преобразователь 1 с приемной обмоткой 2, обмотками компенсации 3 и возбуждения 4, генератор 5 воз уждения, синхронный детектор 6, фильтр 9 нижних частот, усилитель 14 тока. Введение М формирователей 11 синфазных, М формирователей 12 квадратурных составляющих компенсирующего сигнала, формирователя 21 опорных сигналов с перзой 19 и второй 20 группами по М выходов соответственно синфазных и квадратурных сигналов , сумматора 15 с 2М + 1 входами и образование функциональных связей позволило достичь поставленную цель. В магнитометре обеспече(Л но увеличение коэффициента подавлес ния магнитного поля силовой сети. 1 3.п. ф-лы, 2 ил. 1ЧЭ -vj Сл со СО 00