Способ измерения компоненты вектора напряженности магнитного поля Советский патент 1992 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к области измерений с помощью ферромодуляционных приборов и может быть использовано для измерения компонент вектора напряженности постоянного или переменного магнитного поля.

Целью изобретения является повышение точности измерения компоненты вектора напряженности магнитного поля.

На фиг.1 приведены векторная диаграмма и схема наложения магнитных полей на ферромагнитный сердечник: на фиг.2 дан вариант функциональной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ измерения компонент вектора напряженности магнитного поля.

Способ заключается в том, что ферромагнитный сердечник 1 (фиг.1а), выполненный, например, в форме диска, намагничивают в навправлении оси X, лежащей в плоскости диска, измеряемым полем Нх. Одновременно на сердечник в этом же направлении воздействуют дополнительным полем Hi(t) частоты йл, а в направлении оси Y, также лежащей в плоскости диска, дополнительным полем H2(t) частоты од. Дополнительные поля HI(T) и H2(t) модулируют суммарную магнитную индукцию сердечника. Используют модулированную компоненту магнитной индукции Bv(t). параллельную оси Y. Из спектра магнитной индукции Bv(t) выделяют составляющие с несущими частотами йл ± CDZ, по амплитуде которых и судят о напряженности измеряемой компоненты поля Нх.

XI

О (Л vj

СО

ел

По отношению к сердечнику 1 (фиг.16) измеряемое поле Нх является внешним. Дополнительное поле Hi(t) создают с помощью катушки 2, ось которой (нормаль к плоскости ее витков) совпадает с осью X. Для создания поля Hi(t) частоты катушку 2 питают переменным током h(t) Imisinwit. Дополнительное поле H2(t) создают с помощью катушки 3, ось которой совпадает с осью Y. Для создания поля H2(t) частоты ад катушку 3 питают переменным ТОКОМ i2(t) lm2COS ftЈt.

Согласно предлагаемому способу информацию об измеряемой компоненте поля Нх несет перпендикулярная ей модулированная компонента магнитной индукции сердечника Bv(t), параллельная оси Y и полю H2(t) частоты ад. Составляющие спектра этой компоненты Bv(t), в том числе и содержащее несущие частоты ш- ±ад, по амплитуде которых и судят о напряженности измеряемой компоненты поля Нх. принципиально могут быть выявлены различными методами, например индукционным или магнитооптическим (на основе эффекта Кер- ра). Ниже дан вариант построения функциональной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ измерения компонент вектора напряженности магнитного поля, с учетом выявления составляющих спектра модулированной компоненты магнитной индукции сердечника Bv(t) индукционным методом.

Устройство (фиг.2), реализующее предлагаемый способ измерения компонент вектора напряженности магнитного поля, содержит первичный преобразователь 4, включающий в себя упомянутые выше ферромагнитный сердечник 1 и две охватывающие его расположенные взаимно перпендикулярно катушки 2 и 3. Катушка 2 соединена с генератором 5, вырабатывающим переменный ток частоты а катушка 3 соединена с фильтром 6 нижних частот и генератором 7, вырабатывающим переменный ток частоты ад. Катушка 3 соединена также с избирательным усилителем 8, настроенным на суммарную частоту &л + ад. Избирательный усилитель 8 последовательно соединен с синхронным детектором 9 и усилителем 10 демодулированного сигнала. Генераторы 5 и 7 соединены также со смесителем 11 и фильтром 12, настроенным на суммарную частоту + ад. Выход фильтра 12 соединен с коммутирующим входом синхронного детектора 9.

Предлагаемый способ измерения компонент вектора напряженности магнитного

поля реализуется описанным устройством следующим образом.

Согласно векторной диаграмме (фиг.1) суммарная напряженность поля, действую- щего на ферромагнитный сердечник 1, будет

(D

Н -(Hx+Hif + Hi

Аппроксимируем среднюю кривую намаг- ничивания ферромагнитного сердечника в форме тонкого диска (размагничивающим фактором, действующим в плоскости диска, пренебрегаем) укороченным полиномом видаз

В аН + ЬН3,(2)

где В - магнитная индукция сердечника;

а и b - коэффициенты аппроксимации.

С учетом (1) и (2) для абсолютной проницаемости сердечника имеем

/Ма

Bj

Н,

а- b Ht-

0

5

0

0

5

а - b (HXZ + H f + H22) - (3) В общем случае для модулированной

компоненты магнитной индукции сердечни- 5 ка, параллельный оси Y и дополнительному

полю Н2 H2(t), получаем выражение

BY(t)Mt)H2(t).(4) Используя подчеркнутый член в выражении (3), находим искомые составляющие спектра магнитной индукции с несущими частотами (ш ± ад):

B Y(t) -2bHxHm1 Sin Wit Hm2 COS W2t

-bHxHmi Hm2 sin (ш - w 2) t + sin (wi + ад) t ,

(5)

Из этого выражения видно, что составляющие магнитной индукции Bv(t) с несущими частотами ( ± ад), действительно несут информацию о напряженности измеряемой компоненты поля Нх: при смене знака поля Нх происходит смена знака индукции B Y (t), т.е. составляющие индукции с несущими частотами (wi ±ад), изменяют фазу на 180°; при Нх 0 и B Y 0.

Согласно функциональной схеме уст- 5 ройства (фиг.2) на сердечник 1 действуют поле Нх и два дополнительных поля, создаваемых катушками 2 и 3, по которым пропускают токи, вырабатываемые генераторами 5 и 7 соответственно. Фильтр 6 нижних частот, пропускающий переменный ток частоты ад от генератора 7, предохраняет от шунтирования выходного напряжения более высоких частот, снимаемого с катушки 3.

Выходное напряжение, снимаемое с катушки 3 первичного преобразователя 4

L)Y(t) -swdBY/ dt,

где s - площадь поперечного сечения сердечника 1;

w - количество витков катушки 3, поступает на вход избирательного усилителя 8. Поскольку этот усилитель настроен на суммарную частоту + ад, то на его выходе появится напряжение U v (t), пропорциональное производной от соответствующей части выражении (5): U v(t)swd BV/dt|

I W + Ш2 (U1 + C02) SWbHxHm Hm2 COS (W + (O2 ) t (7)

Это напряжение затем демодулируется синхронным детектором 9 и усиливается усилителем 10 демодулированного сигнала. В результате на выходе усилителя 10 получаем напряжение (t), являющееся аналогом напряженности измеряемой компоненты поля Hx(t).

Для работы синхронного детектора 9 формируется коммутационное напряжение UK(t) из напряжений генераторов 5 и 7, поступающих на вход смесителя 11, а с выхода смесителя 11 - на вход фильтра 12, пропускающего напряжение суммарной частоты

UJ1 + йЈ.

По сравнению с лучшими образцами техники, в том числе реализуемыми на основе способа-прототипа, реализация предлагаемого способа измерения компонент вектора напряженности магнитного поля позволит повысить точность не менее чем на порядок.

Формула изобретения

Способ измерения компоненты вектора напряженности магнитного поля, включающий одновременное воздействие на ферромагнитный сердечник двумя взаимно перпендикулярными переменными полями,

одно из которых параллельно измеряемой компоненте, и выделение переменной составляющей магнитной индукции, по амплитуде которой определяют значение измеряемой компоненты, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, выделяют комбинационные частоты спектра переменной составляющей магнитной индукции в направлении, совпадающем с направлением переменного поля, перпендикулярного измеряемой компоненте магнитного поля.

Изобретение относится к технике маг нитных измерений с помощью ферромоду- ляционных приборов и может быть использовано для измерения компонент вектора напряженности постоянного или переменного магнитного поля. Цель изобретения - повышение точности магнитных измерений путем уменьшения помех, вызываемых второй гармоникой тока возбуждения ферромагнитного сердечника и неортогональности переменных полей возбуждения. Способ включает одновременное воздействие на ферромагнитный сердечник двумя взаимно перпендикулярными переменными полями, одно из которых параллельно измеряемой компоненте, и выделение комбинационных частот спектра переменной составляющей магнитной индукции в направлении, совпадающем с направлением переменного поля, перпендикулярного измеряемой компоненте магнитного поля, по амплитуде которых судят о значении измеряемой компоненты. 2 ил. ё

Ь„

U

1 2

Фи 3.1

Н-Л-:

Фиг. 2

т U Hx -l

Sett)

I I. .