УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ВЕКТОРА НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Советский патент 1968 года по МПК G01R33/02 G01V3/40 

Изобретение относится к области магнитных измерений.

Известные устройства для измерения направления вектора напряженности магнитного поля, выполненные на магнитомодуляционных элементах, чувствительны к колебаниям тока и частоты возбуждения и требуют их высокой стабилизации.

Предложенное устройство позволяет устранить погрешность от нестабильности тока возбуждения датчика. Это достигается тем, что в нем измерительный датчик снабжен двумя взаимно перпендикулярными вторичными обмотками, подключенными через фазосдвигающее устройство к сумматору, выход которого через последовательно включенные избирательный усилитель и формирователь импульсов соединен с одним из входов триггера, причем на другой вход триггера через усилительограничитель подано опорное напряжение.

На фиг. 1 приведена схема измерительного магнитомодуляционного датчика; на фиг. 2- схема эталонного магнитомодуляционного датчика; на фиг. 3 - блок-схема описываемого устройства; на фиг. 4 и 5 - векторные диаграммы выходных напряжений измерительного и эталонного датчиков относительно опорного напряжения.

дечник 2 из пермаллоя с намотанной по всей длине обмоткой 3 возбуждения и двумя идентичными вторичными обмотками 4 и 5, сдвинутыми в пространстве па 90. Каждая из вторичных обмоток 4 н 5 состоит из двух равных половин, включенных встречно, что устраняет нечетные гармоники.

При питании обмотки возбуждения током с частотой со дифференциальная магнитная проницаемость сердечника |.ig изменяется с удвоенной частотой 2(0 и на выходных обмотках 4 и 5 возникает напряжение удвоенной частототы.

U.2 Uztnsml t 0 Usmsin2icit.

Когда на датчик / воздействует внешнее поле Н, амплитуды напряжений Lz и is изменяются в функции от угла поворота а - вектора поля Я относительно датчика / по закону синуса и косинуса

172 sin 2(. sin a Us L;jm sin 2cot cos a,

где a - угол поворота вектора поля Я относительно датчика /.

суммировать, то в результате получается напряжение 6вых,, представляющее собой вектор, угол сдвига которого относительно опорного напряжения определяется углом между вектором ноля Н и нулевой линией датчика 1 (фиг. 4).

Такой фазовый метод измерения исключает погрешность от изменений тока возбуждения датчика /, так как угол а между векторами вых и Ьощ остается неизменным.

Иомнмо измерительного магнитомодуляцнонного датчика устройство содержит эталонный датчик 7, идентичный измерительному датчику 1, но экранированный от измеряемого поля Н и снабженный лишь одной нарой вторичных обмоток S и 9 (фиг. 2). Обмотки возбуждения измерительного 1 и эталонного 7 датчиков включены носледовательно. На эталонном датчике размещена также обмотка 10 подмагничивания, которая питается постоянным током и создает магнитное поле Н, постоянное по величине и направлению. Поэтому выходное напряжение эталонного датчика 7

t/Bbixj имеет определенный постоянный угол сдвига р относительно опорного напряжения

оп.

При воздействий на измерительный датчик 1 магнитиого поля Н на выходных обмотках 4 и 5 датчика появляются напряжения удвоенной частоты Uz и Us, которые подаются на фазосдБигающее устройство 6 и сдвигаются на 90° относительно друг друга. Затем эти сдвинутые по фазе напряжения суммируются на сумматоре 11 и результирующее напряжение (7вых1 подается на избирательный усилитель 12. Угол сдвига фаз этого напряжения относительно опорного L/on определяется утлом мелсду вектором поля Я и нулевой линией датчика 1. Отфильтрованное напряжение поступает па формирователь 13 прямоугольных импульсов, диф)ференцируется и проходит на вход триггера 14. Опорное напряжение удвоенной частоты /7оп ; полученное в результате двухполупериодного выпрямления напряжения возбуждения, подается на усилительограничитель 15, дифференцируется и поступает на второй вход триггера 14 (фиг. 3).

Ширина импульсов на выходе триггера 14 пропорциональна углу сдвига фаз между измеряемым напряжением ивых, и опорным

и.

т. е. пропорциональна углу поворота

вектора магнитного поля Я относительно нулевой линии измерительного датчика /.

Угол сдвига фаз в ширину импульса преобразуется для удобства передачи по каналу связи. За нулевую линию датчика условно припимается такое положение измерительного датчика /, когда векторы выходных напряжений Ивых, и Usbix, сдвинуты на равный угол относительно опорного напряжения Ооп , т. е. (фиг. 5).

Угол новорота вектора магнитного поля Я отсчитывается как разность углов с учетом знака: . Р1наче говоря, измеряется

угол между векторами (УВЬИ, и UBUX, , один из которых постоянен, а другой отображает направление вектора измеряемого магнитного поля Я.

Нестабильность частоты тока возбуждения, изменения температурного режима искажает фазовую характеристику избирательного усилителя, в результате чего вносится погрешность - 8 в измерение фазы напряжения датчика 1 - и шк, .

Поэтому предусматривается периодическое измерение фазы выходного напряжения эталонного датчика 7-U вш, через тот же измерительный тракт при помощи переключателя 16. При этом погрешность измерения фазы 0, вносимая избирательнььм усилителем, будет общей и для измерительного / и для эталонного 7 датчиков, т. е, а):5-у (Р-©) - (т-©) (фиг, 5),

Таким образом, фазовый метод измерения исключает погрешность от колебаний тока возбуждения, а наличие эталонного датчика 7 и

5 дифференциальный метод измерения - погрешность от колебаний частоты тока возбуждения датчика, измерения параметров схемы.

Предмет изобретения

0 Устройство для измерения направления вектора напряженности магнитного поля, содерл :а1цее измерительпый и эталонный магнитомодуляционные датчики и индикаторный блок, отличающееся тем, что, с целью устранения

5 погрешности от нестабильности тока возбуждения датчика, в нем измерительный датчик снабжен двумя взаимно перпендикулярными вторичными обмотками, подключенными через фазосдвигающее устройство к сумматору, выход которого через последовательно включенные избирательный усилитель и формирователь импульсов соединен с одним из входов триггера, причем на другой вход триггера через усилитель-ограни5 читель подано опорное напряжение.

,

U-,

Фиг. 3

,