Магнитоизмерительный преобразователь Советский патент 1989 года по МПК G01R33/02 

1

(21)4217216/24-21

(22)26.03.87

(46) 23.12.89. Бюл. № 47

(71)Специальное конструкторское бюро физического приборостроения Института общей физики АН СССР

(72)А.А. Заруцкий и А.И. Иваница

(53)621.317.44(088.8)

(56)1. Geomagnetic Geoelectronic , V. 36, p. 149-160, 1984.

(54)МАГНИТОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

(57)Изобретение относится к магнито- измерительной технике и предназначено для измерения переменных магнитных попей. Цель изобретения - расширение

функциональных возможностей - достигается путем увеличения частотного диапазона и помехоустойчивости. Маг- нитоизмерительный преобразователь состоит из феррозондового датчика 1 с измерительной 2 и компенсационной 3 обмотками и обмоткой возбуждения 4, усилителя второй гармоники 5, фазо- чувствительного детектора 6, интегратора 7, источника тока 8, генератора возбуждения 9, блока синхронной обработки 10, содержащего блок сравнения 11, ключ 12, накопительнук RC- депочку 13 и буферный усилитель 14, а также формирователя импульсов 15. 2 ил.

Изобретение относится к магнитоизмерительной технике и предназначено для измерения переменных магнитных полей. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей - достигается путем увеличения частотного диапазона и помехоустойчивости. Магнитоизмерительный преобразователь состоит из феррозондового датчика 1 с измерительной 2 и компенсационной 3 обмотками и обмоткой возбуждения 4, усилителя второй гармоники 5, фазочувствительного детектора 6, интегратора 7, источника тока 8, генератора возбуждения 9, блока синхронной обработки 10, содержащего блок сравнения 11, ключ 12, накопительную RСцепочку 13 и буферный усилитель 14, а также формирователя импульсов 15. 2 ил.

ел СО

Вы)(од

4;

. 1

Изобретение относится к области магнитных измерений и предназначено для измерения магнитной индукции в широком диапазоне частот.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет увеличения частотного диапазона и помехоустойчивости.

На фиг. 1 изображена структурная схема магнитоизмерительного преобразователя; на фиг. 2 - временная диаграмма работы магнитоизмерительного преобразователя (МИП).

МИЛ (фиг. 1) содержит феррояондо- вый датчик 1 с обмотками измерительной 2, компенсационной 3 и возбуждения 4, последовательно соединенные усилитель 5 второй гармоники, фазо- чувствительный детектор 6, интегра- тор 7, а также источник 8 тока, выход которого подключен к компенсационной обмотке, генератор 9 возбуждения, блок 10 синхронной обработки, и, образованный последовательно включенны- ми блоком 11 сравнения, ключом 12, накопительной RC-цепочкой 13 и буферным усилителем 14, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения и с входом источника тока, фор- мирователь 15 импульсов, выход которого подключен к управляющему входу ключа 12, причем измерительная обмотка 2 подключена к входу усилителя 5 второй гармоники, выход интегратора подключен к первому входу блока сравнения, а выходы генератора 9 возбуждения подключены соответственно к обмотке возбуждения, к второму входу фазочувствительного детектора и к входу формирователя импульсов.

Преобразователь работает следую- щим образом.

В обмотку возбуждения феррозондо- вого датчика 1 подается ток возбуж- дения с частотой, вьфабатываемый генератором 9 возбуждения и глубоко насыщающий сердечник датчика дважды за период.

В присутствии внешнего измеряемог поля Вц (фиг. 2а) напряжение на измряемой обмотке датчика 1 содержит полезный сигнал второй гармоники и помеху. Суммарный сигнал подается на вход усилителя 5 второй гармоники который отфильтровывает сигнал на частоте 2f,, и далее на вход фазочувствительного детектора 6, который удаляет из сигнала второй гармоники

0 0 р,

5

Q

5

квадратурную составляющую и преобразует входной сигнал в сигнал с постоянной составляющей, пропорциональной измеряемой магнитной индукции By. Преобразованный сигнал (фиг. 2б) интегрируется в аналоговом интеграторе 7 и подается на первый вход блока 11 сравнения. Блок 10 синхронной обработки управляется тонкими импульсами (фиг, 2в), следующими с периодом

(1)

в и вырабатывается в формирователе 15

импульсов, таким образом, что на выходе устройства в промежутке мевду п и п+1 импульсами напряжение поддерживается постоянным и равным результату интегрирования, имевшему место в момент прихода п импульса управления. Для этого в момент прихода п импульса ключ 12 замыкается и блок сравнения сравнивает напряжение на выходе интегратора (фиг. 2г) с напряжением на выходе устройства (фиг. 2д). При отличии указанных напряжений блок сравнения вырабатывает ток, заряжающий конденсатор С до напряжения, при котором выходное напряжение устройства станет равным напряжению га выходе интегратора. После окончания импульса управления накопленное напряжение на конденсаторе Up сохраняется до следующего импульса управления, поддерживая через буферный усилитель 14 постоянным выходное- напряжение устройства

UBMKПоступая через элементы отрицательной обратной . связи (источник 8 тока, компенсационная обмотка 3) на вход феррозондового датчика, выходной сигнал устройства формирует магнитное поле - В,, Компенсирующее исходное. Далее процесс уравновешивания измеряемого магнитного поля повторяется. При измеряемом изменяющемся магнитном поле цепь отрицательной обратной связи совместно с феррозондовым датчиком, усилителем второй гармоники и фазочувствитель- ным детектором играют роль канала сброса для интегратора, а период импульсов управления задает интервал интегрирования интегратора.

В устройстве входной сигнал интегратора представляет собой медленно меняющуюся информативную составляющую и(В), пропорциональную измеряемой компоненте магнитного поля В, и помеху в виде суммы гармоник частоты возбуждения с произвольными амплитудами и и начальными фазами i

и, и(В) -ь f и cos (2irf,kt +if). (2)

)Cil

Выходное напряжение интегратора, являющееся результатом интегрирования входного сигнала за интервал между п и п+1 импульсами управления с учетом астатизма системы записывается следующим образом: Vr

иг и; Л(« t

In f

+ Л i U,cos(2-kt4,)dt-l S ьС. dt, L . . t. (3)

где Т - интервал времени интегрирования;

Г - постоянная времени интегратора ; - момент прихода п импульса;

и

П4-1

и

и

(Ы

1ИХ

-выходные напряжения интегратора соответственно в конце П+1-ГО цикла интегрирования и п-го цикла интегрирования;

-выходное напряжение устройства в конце п-го цикла интегрирования.

Полагая коэффициент передачи блока синхронной обработки равным единице и учитывая (1) последнее выражение записывается

(B)dt -1 и

П) .,(1 /,ч

в.х - Uj.-C-i)

(5

ирая

, .

и

окончательно полу1

- Ju(B)dt ui(B) АВ

)

310АО

где В

10

15

20

а 5

(n«i)

среднее значение измеряемого магнитного поля rin цикл интегрирования.

Таким образом вькодное напряжение устройства не содержит гармоник частоты возбуждения,

Выбором периода следования импульсов управления Т, равным периоду самой низкой частоты в спектре внешней помехи, обеспечивается нечувствительность устройства как к периодической сложной помехе, присутствующей в измеряемом магнитном поле, так и к помехе типа электромагнитной наводки. Формула изобретения

Магнитоизмерительный преобразователь, содержащий феррозондовый датчик с обмотками компенсационной возбуждения и измерительной, к которой подключены последовательно соединенные усилитель второй гармоники, фазо- чувствительный детектор, интегратор и источник тока, выход которого под25 ключен к компенсационной обмотке, генератор возбуждения, первый вход которого подключен к обмотке возбуждения, а второй выход - к второму входу фазочувствительного детектора,

30 отличающийся тем, что, с целью расширения функциональньк возможностей за счет увеличения частотного диапазона и помехоустойчивости, в него введены формирователь импульсов и соединенные последовательно блок сравнения, ключ, накопительная RC-цепочка, буферный усилитель, причем первый вход блока сравнения подключен к выходу интеграто4Q ра, а второй вход - к выходу буферного усилителя и к входу источника тока, вход формирователя импульсов подключен к третьему выходу генератора возбуящення, а выход фор чирова- 5) 45 импульсов - к управляющему входу ключ.

ntj

Фие.2