Устройство для измерения параметров магнитного поля Советский патент 1991 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к магнитным измерениям с помощью феррозондовых приборов и может быть использовано для измерения параметров магнитного поля при проведении магниторазведочных работ при исследовании космического пространства и т. д.

Цель изобретения - повышение точности измерения параметров магнитного поля.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит сумматор 1, феррозонд 2, генератор 3 возбуждения, задающий генератор 4, блок 5 выделения четной гармоники, управляемый фазовращатель 6, управляемый делитель 7, первый синхронный детектор 8, второй синхронный детектор 9, блок 10 управления коммутацией, блок 11 выделения измеряемого сигнала, блок 12 сравнения, регистратор 13 измерений, четвертый синхронный детектор 14,

третий синхронный детектор 15, генератор шума 16.

Выход феррозонда 2 соединен через блок 5 с первыми входами синхронных детекторов 8, 9. Первый выход задающего генератора 4 подключен к генератору возбуждения 3, второй - к первому входу блока 10, третий - к первому входу управляемого фазовращателя 6. Первый и второй выходы блока 10 подключены соответственно ко вторым входам синхронных детекторов 8, 9.

К первому входу феррозонда 2 подключен генератор 3 возбуждения, а ко второму - выход сумматора 1. Первый и второй входы сумматора 1 подключены соответственно к выходу управляемого делителя 7 и к первому выходу генератора 16 шума, второй выход которого соединен со вторыми входами блоков 11 и 12 и синхронных детекторов 14 и 15. Выход синхронного детектора 8 подключен ко входу управляемого делителя

СО

с

Os Ч)

Ч)

ел

7и к первым входам блоков 11 и 12, Выходы блоков 11 и 12 подсоединены соответственно к регистратору 13 и первому входу синхронного детектора 14. Первый вход синхронного детектора 15 подключен к выходу синхронного детектора 9. Четвертый выход задающего генератора 4 соединен со входом генератора 167

Устройство работает следующим образом.

С задающего генератора 4 напряжение поступает на генератор 3 возбуждения и далее на первый вход феррозонда 2, возбуждая его. В результате этого на выходе феррозонда 2 появляется ЭДС второй гармоники, амплитуда которой пропорциональна величине измеряемой магнитной индукции и величине вспомогательной шумовой магнитной индукции, создаваемой током, протекающим от генератора 16 через сумматор 1, второй вход феррозонда 2 и далее через его обмотку компенсации,

Среднеквадратическое значение шумовой магнитной индукции составляет порядка 0,01 от максимального значения измеряемой магнитной индукции. После усиления и фильтрации в блоке 5 напряжение второй гармоники поступает на два синхронных детектора 8 и 9. Напряжения коммутации с частотой второй гармоники, поступающие на вторые входы синхронных детекторов 8 и 9 от блока 10, сдвинуты между собой по фазе .на фиксированные 90° или, что то же самое, на четвертую часть периода. При сдвиге фазы между напряжением второй гармоники на первых входах и коммутирующими напряжениями на вторых входах синхронных детекторов 8 и 9, равных 0 и 90° соответственно, на выходе синхронного детектора 8 будет напряжение, пропорциональное сумме измеряемой магнитной индукции шумовой магнитной индукции, а на выходе синхронного детектора 9 это напряжение будет равно 0, Если же сдвиг напряжений на первых и вторых входах синхронных детекторов 8 и 9 не будет-равным О и 90°, то на выходе синхронного детектора

8уровень напряжения уменьшится, а на выходе синхронного детектора 9 появится.

С выхода синхронного детектора 9 напряжение шума поступает на вход детектора 15, где подвергается синхронному детектированию, перемножается с копией напряжения шума, поступающей со второго выхода генератора 16 шума, результат перемножения интегрируется и подается на второй вход управляемого фазовращателя 6. Под действием этого напряжения фазовый сдвиг его выходного напряжения изменяется таким образом, чтобы фазовый сдвиг

между напряжением второй гармоники на первом входе и коммутирующим напряжением на втором входе для синхронного детектора 8 был близок к 0°, а для синхронного

детектора 9 - к 90°. Точность поддержания фазовых сдвигов 0 и 90° зависит от величины коэффициентов передачи синхронного детектора 9 и детектора 15 и крутизны регулировочной характеристики фазовращателя

6.

Выходной сигнал синхронного детектора 8 через управляемый делитель 7, сумматор 1 поступает на второй вход (обмотку компенсации) феррозонда 2. Таким образом

осуществляется отрицательная обратная связь в предлагаемом устройстве.

С выхода синхронного детектора 8 напряжение шума поступает на первый вход блока 12, где сравнивается со своей копией,

поступающей на второй выход с генератора 16 шума. Напряжение на втором выходе генератора 16 имеет коррекцию фазового сдвига на величину фазового сдвига в блоках 2-5-8(9). Результат сравнения в виде разности напряжения шума поступает на вход детектора 14, где подвергается такой же обработке, как и в детекторе 15, С выхода детектора 14 управляющее напряжение поступает на второй вход управляемого делителя 7.

При большой величине коэффициента передачи цепи: блоки 2-5-8-7-1-2, коэффициент передачи предлагаемого устройства по измеряемому параметру магнитного поля

определяется коэффициентом передачи цепи обратной связи: блоки 7-1-2 (обмотка компенсации). Наименее стабильный элемент этой цепи - обмотка компенсации. Изменение среднеквадратического

значения шумовой магнитной индукции, создаваемой током генератора 16 шума по обмотке компенсации, вследствие изменения постоянной этой обмотки под воздействием дестабилизирующих факторов,

вызывает адекватное изменение напряжения на первом входе блока 12. Эти изменения выявляются при сравнении с копией, поступающей от генератора 16 на второй вход блока 12 и играющей роль эталона,

После обработки в детекторе 14 эти изменения в виде управляющего напряжения поступают на второй вход управляемого делителя 7 и вызывают такое изменение коэффициента передачи цепи обратной связи,

куда входят коэффициенты передачи блоков 7-1-2 (обмотка компенсации), которое стремится восстановить прежнее значение коэффициента передачи предлагаемого устройства по измеряемому параметру магнитного поля.

Точность поддержания коэффициента передачи устройства на заданном уровне зависит от величины коэффициентов передачи блоков 12, 14 и крутизны регулировочной характеристики делителя 7.

Измеряемый сигнал с выхода синхронного детектора 8 через блок 11 поступает на регистратор 13. Блок 11 устраняет прохождение напряжения шума на регистратор 13, для чего в нем осуществляется компенсация напряжения шума, поступающего с выхода синхронного детектора 8, копией напряжения шума от генератора 16.

В предлагаемом устройстве в качестве пробного сигнала используется реализация шума, спектральная плотность которого равномерна в рабочей полосе частот устройства, в результате чего расширяется его рабочая полоса частот и происходит автоматическое регулирование величины коэффи- циента передачи по критерию среднего квадр.атичного отклонения амплитудно-частотной характеристики от заданной, что повышает точность измерения параметров магнитного поля на порядок по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров магнитного поля, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, генератор возбуждения, феррозонд, блок выделения четной гармоники, первый синхронный детектор, управляемый делитель и сумматор, последовательно соединенные

управляемый фазовращатель, блок управления коммутацией, второй синхронный детектор и третий синхронный детектор, последовательно соединенные генератор модуляции, блок выделения измеряемого сигнала и регистратор измерений, а также последовательно соединенные блок сравнения и четвертый синхронный детектор, выход которого подключен ко второму входу управляемого делителя, первый вход которого подключен ко вторым входам блока выделения измеряемого сигнала и блока сравнения, при этом выход третьего синхронного детектора подключен к первому входу управляемого фазовращателя, второй вход которого подключен ко второму выходу задающего генератора, третий выход которого подключен ко второму входу блока управления коммутацией, второй выход которого подключен ко второму входу первого синхронного детектора, первый вход которого подключен к первому входу второго синхронного детектора, а второй выход генератора модуляции подключен ко второму входу сумматора, выход которого подключен ко второму входу феррозонда, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, генератор модуляции выполнен в виде генератора шума, вход которого подключен к четвертому выходу задающего генератора, а его первый выход непосредственно подключен ко вторым входам третьего и четвертого синхронного детекторов.

Изобретение относится к магнитным измерениям с помощью феррозондовых приборов и может быть использовано для измерения параметров магнитного поля при проведении магниторазведочных работ при исследовании космического пространства и т. д. Цель изобретения - повышение точности измерения параметров магнитного поля. Достигается за счет выполнения генератора модуляции в виде генератора шума 16 и образования новых функциональных связей. Устройство содержит сумматор 1, феррозонд 2, генератор 3 возбуждения, задающий генератор 4, блок 5 выделения четной гармоники, управляемый фазовращатель 6, управляемый делитель 7, синхрон- ные детекторы 8, 9, 14, 15. блок 10 управления коммутаций, блок 11 выделения измеряемого сигнала, блок 12 сравнения, регистратор 13 измерений. 1 ил.