УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Советский патент 1970 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может служить для измерения слабьгх магнитных полей в инфразвуковом и звуковом диапазонах частот.

В этих диапазонах наиболее перспективно применение феррозондовых магнитометров благодаря их высокой чувствительности, .помехозащищенности, независимости от частоты и линейности коэффициента преобразования феррозондавых датчиков.,

В известных магнитометрах осуществляется линейное преобразование измеряемого магнитного поля в постоянный ток ;Или напряжение, пропорциональные среднему значению напряженности измеряемого поля.

Пр.и измерении изменяющихся во времени магнитных Полей сложной формы, например магнитных помех и полей рассеяния, имеющих щИрокИЙ частотный спектр, наиболее полной характеристикой измеряемого сигнала является не среднее, а действующее (эффективное) значение, характеризующее энергию измеряемого поля.

Для измерения действующих значений измеряемого поля в магнитометрах необходимо применять детекторы с квадратичной характеристикой преобразования, в качестве которых используются либо термопреобразоватеи линейности коэффициента преобразования различных TiraoiB.

Однако у известных термопреобразователей наблюдаются больщая потребляемая мощность и инерционность, а простые функциональные преобразователи обладают больщой погрещностью (3-Шз/о) при сложной форме измеряемого сигнала.

С целью обеспечения возможности измерения действующих значений магнитных полей без использования специальных функциональных преобразователей и повышения точности измерения действующих значений магнитных полей сложной формы в предлагаемом устройстве к выходу фазоинвертора присоединены противофазно управляемые транзисторы с включенныл между их коллекторами магнитньш элементом с прямоугольной петлей гистерезиса, вторичная обмотка которого через двухполупериодный выпрямитель соединена с пенью управления двух ключей, вход одного из которых присоединен к генератору возбул депия неп..1средственно, а другой ключ с параллельно включениььм регистрирующим прибором средних значений присоединен через интегрирующее устройство.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 приведены временные диаграммы работы устройства при отсутствии измеряемого поля; на фиг. 3 - то же, при наличии измеряемого поля.

Предлагаемый измеритель магнитного таоля содержит генератор прямоугольных импульсов /, возбуждающий дифференциальный феррозондовый датчик 2, выходной сигнал которого пропускается через фильтр -нижних частот 3 и преобразуется формирователем 4 в прямоугольные импульсы U, разность полупе,риода этих импульсов пропорциональна измеряемому полю. Для регистрации действующего значения измеряемого поля в схему вводятся противофазно управляемые от фазоинвертора 5 транзисторы 5 и 7 с включенным между их коллекторами магнитным элементом - трансформатором 8 -с лрямоугальной петлей гистерезиса (ППГ), импульсы с выхода которого через двухполупериодный выпрямитель 9 управляют транзисторными ключами 10, 11 и 12, 13. На вход ключа 10, 11 подаются от генератора 1 через разделительное сопротивление 14 Прямоугольные импульсы t/p, поступающие одновременно через интегрирующую цепочку 15, 16 (сопротивление 15 и конденсатор 16) на вход ключа 12, 13, параллельно когорому присоединен регистрирующий прибор -средних значений, например регистрирующий Прибор 17 постоянного тока с выпрямителем 18, отградуированный в действующих значениях измеряемого поля.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы, соответствующие случаю, когда измеряемое поле Н отсутствует. При этом разнополярные импульсы Ui на выходе формирователя 4 симметричны, и проходя через фазоинвертор 5, поочередно открывают транзисторы 6 и 7. Напряжение источника питания через открытые транзисторы прикладывается к обмотке трансформатора 8, -симметрично перемагничи1вая его до насыщения. При этом изменение индукции В в сердечнике и напряжение Uz на выходной обмотке Wz также симметричны во времени. Из выпрямленного напряжения УЗ выделяется переменная составляющая, которая упрязляет ключами 10, 11 и 12, 13, закрывая их в момент прихода управляющих импульсов 1/4. При отсутствии измеряемого поля (Я 0) управляющие импульсы имеют очень малую длительность, обусловленную конечной крутизной фронтов напряжения L/Z. Ключи 10, 11 и 12, 13 находятся в открытом состоянии Б течение всего периода, паден-ие напряжения на .входе интегрирующей цепочки 15, 16 равно нулю, и ток в регистрирующем приборе 17 отсутствует.

|При действии на датчик 2 измеряемого поля прямоугольные импульсы f/i на выходе формирователя несимметричны, и сердечник трансформатора 8 перемагничивается импульсами различной длительности. Так как изменение индукции В, обусловленное им-пульсами меньшей длительности (положительными на фиг. 3), равно изменению индукции, вызван-ному импульсами большей длительности (отрицательными) , то в течение промежутка

времени т, равного разности длительностей разнополярных импульсов, сердечник трансформатора насыщен, и напряжение Uz в обмотке W равно -нулю. После выпрямления напряжения L/z из выпрямленного напряжения Us выделяются управляющие -импульсы U, длительность которых -пропорциональ 1а измеряемому полю. Напряжение Uf генератора 1 подается на вход интегрирующей цепочки 15, 16 (в качестве ее могут быть использованы, -на-лример пассивная интегрирующая цепь или интегрирующий усилитель) только в момент времени т в виде -прямоугольных импульсов L/U. Эти -импульсы преобразуются интегрирующей цепочкой 15, 16 и ключом 12, 13 в треугольные импульсы UQ длительность и амплитуда которых пропорциональны измеряемому полю. После окончания каждого управляющего импульса U ключ 12, 13 открывается, практически мгновенно разряжая конденсатор 16, и шунтирует регистрирующий прибор 17. Так как постоянная составляющая и-мпульсов f/o, регистрируемая прибором 17 средних значений, равна их площади, пропорциональной квадрату измеряемого поля, то прибор зарегистрирует действующее значение напряженности поля. Погрешность квадратирования в рассмотренной схеме определяется в основном нелинейностью пилообразного напряжения Об, которая может достигать очень малых значений (0,1-1%). Для уменьшения погрешности вместо па-ссивной интегрирующей цепи может быть использован интегрирующий усилитель.

Таким образом, в предложенном устройстг.е обеспечивается измерение действующих значений напряженности магнитного поля с высокой точностью без применения специальных функциональных преобразователей.

Предмет изобретения

Устройство для измерения напряженности магнитного поля, содержащее дифференциал1 ный феррозондовый датчик, генератор возбуждения, фильтр нижних частот, формирователь прямоугольных импульсов, фазоинвертор и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения действующих значений магнитных полей и повышения точности измерения, выходы упомянутого фазоинвертора подключены к базам противофазно управляемых транзисторов с включенным между их коллектором магнитным элементом (трансформатором) с прямоугольной петлей гистерезиса, вторичная обмотка которого через двухполупериодный выпрямитель соединена с цепью управления двух ключей, -вход одного из которых подключен к генератору возбуждения непосредственно, а вход другого ключа с параллельно подключенным к нему регистрирующим прибором соеди-нен с генератором через интегрирующую цепочку.

. I

f

Риг.2

-/ -f

иг.З