Устройство для сканирования магнитных полей Советский патент 1992 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к области магнитных измерений с помощью феррозондо- вых приборов и может быть использовано в измерительной технике и неразрушающем контроле магнитными методами.

Цель изобретения - снижение порога чувствительности.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные матрицу 1 чувствительных элементов, включающую N феррозондов, мультиплексор 2.полосовой усилитель 3. детектор 4, дифференциальный усилитель 5, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6, электронную вычислительную машину (ЭВМ) 7, первый регистр 8 и цифроанало- говый преобразователь (ЦАП) 9. выход которого соединен со вторым входом дифференциального усилителя 5. последовательно соединенные второй регистр 10. вход которого подключен к магистрали ЭВМ 6 аттенюатор 11 усилитель 12 мощности и демультиплексор 13, N выходов которого подключены к соответствующим входам матрицы 1 чувствительных элементов, генеVI о ю ю

00

N3

ратор 14 возбуждения, первый выход которого подключен ко второму входу детектора

4,а второй выход - ко второму входу аттенюатора 11, и счетчик 15, вход которого подключен к магистрали ЭВМ 7, а выход - к адресным входам мультиплексора 2 и де- мультиплексора 13.

Работа устройства начинается с аддитивной коррекции неидентичности элементов матрицы чувствительных элементов. Цель такой коррекции - сформировать в ОЗУ ЭВМ 7 N-мерный массив А, элементы которого а; формировали бы на выходе ЦАП 9 такое напряжение, при котором напряжение на выходе АЦП 6 было бы равно нулю (минимально по модулю) при отсутствии магнитного поля в зоне матрицы чувствительных элементов. Вначале ЭВМ 7 подключает выход первого феррозонда - матрицы 1 через мультиплексор 2 к измерительному тракту, а его вход возбуждения - к выходу усилителя 12 через демультиплексор 13 (при этом счетчик 19 установлен в нуль, т.е. в исходное состояние).

Измерительный тракт включает полосовой усилитель 3, настроенный на вторую гармонику частоты возбуждающего напряжения, поступающего с первого выхода генератора 14 возбуждения, квадратурный детектор 4 и дифференциальный усилитель

5.Детектор 4 выполнен квадратурным, а в качестве опорных используются два напряжения удвоенной частоты, сдвинутых но фазе на четверть периода тока возбуждения, вырабатываемого генератором 14 возбуждения.

Демультиплексор 13 переключается синхронно с мультиплексором 16 и служит для коммутации обмоток возбуждения чувствительных элементов 1-1-1-N.

После установки в нуль счетчика 15 ЭВМ 7 заносит в регистр 10 код. соответствующий коэффициенту ослабления аттенюатора 11, равному единице, при этом возбуждающее напряжение основной частоты поступает со второго выхода генератора 14 на усилитель 12 и после усиления - на обмотку возбуждения элемента 1-1. и реализует задержку, величина которой зависит от частоты возбуждения элементов 1-1-1-N матрицы 1 и при использовании элементов на пермаллоевых сердечниках (частота возбуждения 10-20 кГц) составляет, в среднем 0,5 мс, а затем подает на АЦП 6 импульс запуск и ждет от него ответного сигнала конец преобразования. Получив ответный сигнал, ЭВМ 7 анализирует код, соответствующий входному напряжению АЦП 5, и если он не удовлетворяет критерию минимума, то в регистр 8 инкрементируется единица и процесс, описанный выше, повторяется. Если код соответствует критерию минимума, то полученный код регистра 8 заносится в массив А ОЗУ ЭВМ 7, а соответствующий ему код на выходе АЦП 6 заносится в массив ДОЗУ ЭВМ 7. После этого ЭВМ 7 последовательно увеличивает содержимое счетчика 15, подключая остальные элементы матрицы 7 ко входу измерительного

тракта и производя описанные выше действия.

После формирования массивов А и & процесс аддитивной коррекции заканчивают и начинают процесс мультипликативной

коррекции. При этом чувствительные элементы матрицы 1 вносят в образцовое однородное магнитное поле и производят последовательный опрос чувствительных элементов матрицы 1 при синхронной записи в регистр 8 кодов, хранящихся в массиве А. Таким образом формируют N-мерный массив отсчетов U. получаемый посредством считывания кодов с выхода АЦП 6. Затем, не меняя образцового магнитного поля,

устанавливают коэффициент ослабления аттенюатора 11 равным 1,1. При синусоидальной форме волны возбуждения коэффициенты преобразования феррозондов связаны линейной зависимостью с величиной напряженности возбуждающего поля. Изменив коэффициент ослабления аттенюатора 11 таким образом, чтобы напряженность магнитного поля возбуждения уменьшилась в 1,1 раза, повторяют вышеописанные действия, в результате чего получают в ОЗУ ЭВМ 7 N-мерный массив U После этого ЭВМ 7 вычисляет соответствующие коэффициенты g ослабления аттенюатора 11 для каждого феррозонда пс

формуле

.1((5j)/{Ui-(5i). где gi - i-й элемент массива G; Ui - -v элемент массива U ; Ui - i-й элемент массива U; д - i-й элемент массива А, и рэзмещает их в N-мерный массив G.

Формированием массива G заканчивается процесс мультипликативной коррекции и устройство готово к проведеник

измерений параметров магнитного поля т.е. к рабочему режиму. В рабочем режиме процесс переключения элементов матриць 1 происходит аналогично другим режимам однако при этом синхронно с переключени

ем феррозондов матрицы 1 ЭВМ 7 заноси-; в регистр 8 соответствующие коды из мае сива А, а в регистр 10 - соответствующие коды из массива G. В результате получают массив отсчетов В, несущий информацик

об измеряемой характеристике магнитного поля.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет реализовать мультипликативный способ компенсации неидентичности элементов матрицы 1 и позволяет отстроиться от влияния чувствительных элементов матрицы 1 друг на друга, что позволяет достичь низкой пороговой чувствительности устройства. Формула изобретения Устройство для сканирования магнитных полей, содержащее счетчик и последовательно соединенные матрицу чувствительных элементов, мультиплексор, полосовой усилитель, детектор, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, электронную вычислительную машину, первый регистр и цифроа- налоговый преобразователь, выход которого подключен к второму входу дифференциального усилителя, причем вход счетчика подключен к второму выходу электронной вычислительной машины, отличающееся тем, что, с целью снижения порога чувствительности, в него введены последовательно соединенные второй регистр, аттенюатор, усилитель мощности и демуль- типлексор, а также генератор возбуждения, при этом чувствительные элементы в матрице выполнены в виде феррозондов, а детектор выполнен квадратурным, выход счетчика подключен к адресным входам мультиплексора и демультиплексора, выходы которого подключены к соответствующим входам возбуждения феррозондов, опорных вход детектора подключен к первому выходу генератора возбуждения, второй выход которого подключен к второму входу аттенюатора, а вход второго регистра подключен к третьему выходу электронной вычислительной машины.

Изобретение относится к области магнитных измерений с помощью феррозондо- вых приборов и может быть использовано в измерительной технике и неразрушающем контроле магнитными методами. Цель изобретения - снижение порога чувствительности. Устройство содержит последовательно соединенные матрицу 1 чувствительных элементов, включающую N феррозондов, мультиплексор 2, полосовой усилитель 3, квадратурный детектор 4. дифференциальный усилитель 5, аналого-цифровой преобразователь 6, электронную вычислительную машину 7, первый регистр 8 и цифроанало- говый преобразователь 9, последовательно соединенные второй регистр 10, аттенюатор 11, усилитель 12 мощности и демуль- типлексор 13, а также генератор 14 возбуждения и счетчик 15. Первый выход генератора 14 подключен к опорному входу детектора 4, а второй выход - к сигнальному входу аттенюатора 11. Вход регистра 10 подключен ко второму выходу ЭВМ 7, третий выход которой подключен ко входу счет- чика 15, выход которого подключен к адресным входам мультиплексора 2 и демультиплексора 13, выходы которого подключены ко входам возбуждения соответствующих феррозондов матрицы 1. Выход ЦАП 9 подключен ко второму входу дифференциального усилителя 5. Предлагаемая совокупность признаков обеспечивает снижение порога чувствительности при измерении распределения магнитного поля на поверхности контролируемого образца приблизительно на порядок по сравнению с прототипом. 1 ил л с