Феррозонд Советский патент 1992 года по МПК G01R33/00 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к магнитомодуля- ционным преобразователям с локальной модуляцией магнитного потока.

Известен симметричный феррозонд, который содержит массивные полустержни, между которыми расположен тороид модулятора. Полустержни имеют одинаковую форму и предназначены для концентрации слабого магнитного поля.

Недостатком данного феррозонда является узкий диапазон работы, обусловленный, в частности, симметричной конструкцией магнитных сердечников, поскольку, если внешнее магнитное поле само по себе велико, то после усиления его концентраторами показания выйдут за пределы разрядной сетки устройства, т.е. будет ограничен диапазон измерений. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является датчик, включающий цилиндрический магнитный экран, который содержит первое и второе основания, и в котором размещен цилиндрический магнитный сердечник и, расположенные последовательно, первый магнитный модулятор и усечен- ноконический магнитный сердечник, которые размещены на общей оси, которая перпендикулярна первому и второму основаниям цилиндрического магнитного экрана, причем первое основание цилиндрического магнитного экрана имеет окно, в котором расположен первый цилиндрический магнитный сердечник, и которое соосно

сл со о

KD

3 l 17 с ним, а вершина усеченноконического магнитного сердечника направлена в сторону первого магнитного модулятора.

Однако данный датчик имеет узкий диапазон измерений, так как предназначен для измерения только слабых полей.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых значений магнитных полей.

Сущность изобретения заключается в том, что в феррозонд, включающий цилиндрический магнитный 3iран, который содержит первое и второе основания, и в котором размещен цилиндрический магнитный сердечник, и расположенные последовательно первый магнитный модулятор и усеченнокони- ческий магнитный сердечник, которые размещены на общей оси, которая перпендикулярна первому и второму основаниям цилиндрического магнитного экрана, причем первое основание цилиндрического магнитного экрана имеет окно, в котором расположен первый цилиндрический магнитный сердечник и которое соосно с ним, а вершина усеченноконического магнитного сердечника направлена в сторону первого магнитного модулятора введены второй магнитный модулятор и второй цилиндрический магнитный сердечник, которые расположены последовательно на общей оси со стороны осг нования усеченноконического магнитного сердечника, причем во втором основании цилиндрического магнитного экрана выполнено дополнительное окно, в котором расположен второй цилиндрический магнитный сердечник, и которое соосно с ним.

На фиг.1 представлен феррозонд; на фиг,2 - электронное устройство магнитометра,

Феррозонд содержит (фиг. 1) секцию точного отсчета, включающую в себя магнитные сердечники 5 (первый цилиндрический сердечник) и 7 (фокусирующее устройство, выполненное в виде усеченноконического сердечника) а также первый модулятор 8 с катушками возбуждения 10, компенсации 11 с тремя секциями 11-1, 11-2, 11-3 и измерения 9, и секцию грубого отсчета, включающую в себя второй цилиндрический сердечник 6 усе- ченноконический сердечник 7, обра

0

5

0

5

61

24

щенный своим большим основанием к 6 и второй магнитный модулятор 12 с катушками возбуждения 1, компенсации 15 с тремя секциями , и измерения 13, расположенный между ними. Ось симметрии системы совпадает с магнитной осью 0-0 сЬеррозонда, Вся система сердечников и модуляторов размещена внутри цилиндрического магнитного экрана 1, имеющего два основания 2-1 и 2-2 с окнами 3 и , расположенными по оси феррозонда. Основание 2-2 служит для защиты устройства при измерении сильных полей.

Феррозонд работает следующим образом,

При измерении слабых полей:

В, & Вп/2№, (1)

В,

о где В0

„2м х

Bg №

0

5

0

45

50

55

порог чувствительности модулятора по индукции , индукция измеряемого поля источника;

коэффициент концентрации поля,

на источник XBe направляется левая L- асть сЬеррозонда, причем основание 2-2 снимается, и измерителем является модулятор 8 секции точного отсчета, Центральный усеченнокони- ческий сердечник 7 усиливает поток, падающий на его большое основание за счет концентрации его на малой площади малого основания.

При измерении сильных внешних полей

BQ 22tr Be B0x 23m (2)

-г

на источник к Ве направляется первая часть феррозонда, а основание 2-2 ставится на место, и измерителем является модулятор 12 секции грубого отсчета, Центральный усеченно- конический сердечник 7 ослабляет поток, падающий на его малое основание, за счет перехода потока на большую площадь большого основания, В этом случае в модуляторе 8 будет проходить поток с индукцией в 2траз большей, чем в модуляторе 12. Для нормальной работы феррозонда в модуляторе 8 обеспечивается вычитание потока, измеряемого вторым модулятором 12, из общего потока, измеряемого первым модулятором 8 с помощью полей системы компенсации, неотъемлемой частью которой явля5

ются кэгушки компенсации 11 и 15 соответственно первого и второго модуляторов,

Электронное устройство магнитоме ра (фиг, 2) включает в себя генератор возбуждения (тока) рядный генератор сигнала компенсации (преобразователь ЦИФРА-АНАЛОГ) Су, нуль-индикатор Z, устройство управления УУ, выходное устройство ВУ.

Генератор Су обеспечивает питание модуляторов и подключен к катушкам возбуждения 1) и 10. Вход генератора Су подключен к выходу устройства управления УУ, Генератор Су формирует сигнал ЦИФРА-АНАЛОГ и шина Т генератора, соответствующая числу XI, подключена к обмотке компенсации 11-1, шина Jf соответству щая числу Х2, подключена к обмоткам 11-2 и , имна III, соответствующая числу ХЗ, подключена к обмоткам и 11-3.

Код {Xj X3.X2.X1 с цифрового выхода & у поступает на вход выходного устройства ВУ, с которого снимается код Y У4.УЗ,У2,У1 во внешнее устройство.

Работой выходного устройства управляет устройство управления, на которое сигнал рассогласования поступает с выхода нуль-индикатора Z, к которому подключены измерительные катушки 9, 13 модуляторов.

Электронное устройство работает следующим образом,

Допустим, что измеряется слабое поле (1), причем B0/2m iBe B0. В этом случае ХЗ О, Х2 0, а XI Ј 0. С генератора Gv по шине I на обмотку 11-1 поступает сигнал компенсации, создающий поле

В, К| ё |-вМ, (3)

где В(, К - индукция поля компенсаци

в первом модуляторе; В, - индукция, измеряемая первым модулятором,

Пока выполняется неравенство (3) с выхода нуль-индикатора Z поступает сигнал рассогласования на вход устройства управления УУ, которое ус- тана вливает новое число Јх| в генераторе Су,

В момент полной компенсации примеряемой индукции с выхода Gv снимается код ХЗ.Х2.Х1 00X1. Этот код х

6

поступает в выходное устройог о В.), с которого снимается кол уХ OOOXI. Если m - 5, TO У v пррдстап;к,ет спо о 20-разрядное двоичное число.

При дальнейшем возрастании поля Вл В0 ё В0- 2™ в модулятор С поступает

-о - е поток с

индукцией В,

п0.

С В DI

0

5

ходов обмоток 9 и 1 на входы н/ль- индикатора будут поступать сигналы рассогласования, поэтому устройство управления установит в Gv новое число Х | 0X2,Х1, С выхода шип Г и II сигнал компенсации поступает нп обмотки 11-1, 11-2 и 15-1, образуя поля компенсации

0

Ч где В, К

в„, к «г -в;

(V

0

ИНДУКЦИЯ ПОЛЯ ЧО1 .nCf.C.1 ЦИИ ВО PTOpv l .vV V ГИТ ,) , Bg ИНДУКЦИЯ, J i - рым модулятгоом.

Очевидно, что если «-м сло пигков в каждой секции катушки 15 равно 5 единице, то в каждой секции катуики 11 оно равно 2т.

В этом случае вес еды ихнего по- ка по шине IT равен единице, по шине I - меньше в 2П1 раз, а по игьс II - больше в 2праз по сравнент с VM- ной II,

В момент выполнения оаренстза (А) с выхода нуль-индикаторо Z снимается нулевой сигнал и устройство управления YY посылает в выходное устройство новый код {Х| ОХ2Х, который на выходе трансформируется в код У . При дальнейшем возрастании внешнего поля в 2|71раз начинает вырабатывать ток III ступень генератора Gy, управляемая числом Хд и по окончании компенсации на выходе ВУ получим код Ґ , .

.V

Если ш 5, то предельный код Y - 00000.11111.11111.11111.

Условие полного заполнения разрядной сетки регистров Gv свидетельствует о наличии весьма сильных магнитных полей. Феррозонд переходит в новый режим своей работы согласно условию (2).

5

V 0

5

0

5

На источник -к Ве магнитного поля направляется сердечник 5, Если име- еМ на малом основании усеченного конуса 7 и в модуляторе 8, индукцию то на Гольшом основании

Is

В0 2

Згп

усеченного конуса 6 она уменьшается в 2т раз.

Включается система компенсации, формирующая токи по шинам I, II, III В момент окончания компенсации форц. и

мируется сигнал Y . С вы- хода ВУ снимается код Y , поэтому . Х3, Y3 X2, Y, - Х,(, Yi 0, следовательно, число-( (, ) необходимо сдвинуть в %г разрядном выходном регистре выход- ного устройства ВУ на т разрядов влево, если считать, что младший разряд числа расположен справа. На этом процесс измерения заканчивается. Формула изобретения

Феррозонд, включающий цилиндрический магнитный экран, который содержит первое и второе основание, и в котором размещены цилиндрический магнитный сердечник и расположенные последовательно первый магнитный модулятор и конический магнитный сердечник, котооые оазмещены на об-

JQ 15

jg 25

щей оси, которая перпендикулярна первому и второму основаниям цилиндрического магнитного экрана, причем первое основание цилиндрического магнитного экрана имеет окно в котором расположен первый цилиндрический магнитный сердечник и которое со- осно с ним, а вершина конического магнитного сердечника направлена в сторону первого магнитного модулятора, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых значений магнитных полей, введены второй магнитный модулятор и второй цилиндрический магнитный сердечник, которые расположены последовательно на общей оси со стороны основания конического магнитного сердечника, причем во втором основании цилиндрического магнитного экрана выполнено дополнительное окно, в котором расположен второй цилиндрический магнитный сердечник и которое соосно с ним.

-2

Фиг.1

//-2/7-3,0 11/ I I

Использование: в области приборостроения и магнитометрии. Сущность изобретения: феррозонд содержит экран 1 со съемной крышкой 2, цилиндрические сердечники 5 и б, расположенные в отверстиях 3 и 4 экрана, конический сердечник 7, модулятор 8 с обмотками 9 11, модулятор 12 с обмотками . Особенностью изобретения является введение с другой стороны конического сердечника второго цилиндрического магнитного сердечника, а также выполнение экрана в виде стакана со съемной магнитной крышкой, диаметр которой равен диаметру большого основания конического сердечника, что позволило расширить диапазон измеряемых змаче- ний магнитных полей. 2 ил.

Шг1