Феррозондовый магнитометр Советский патент 1976 года по МПК G01R33/02 

1

Изобретение относится к области измерения магнитных полей и может быть использовано для высокоточного измерения параметров постоянного магнитного поля.

Известны феррозондовые магнитометры для измерения параметров постоянных магнитных полей, содержащие феррозондовый датчик, генератор 1возбуждения, фильтр низких частот, формирователь прямоугольных импульсов, фазоинвертор, через преобразователь,связанный с двумя электронными ключами, регистрирующий прибор 11.

Однако они имеют недостаточные точность и чувствительность измерения. .

Известны устройства аналогичного назначения, содержащие феррозовдовый датчик, генератор, формирователь прямоугольных импульсов, усщштель, фильтр первой и второй гармоник, схемы совпадения с формирователями импульсов постоянной энергии, интеграторы и измерительный прибор, при этом усилитель через формирователь прямоуголып 1Х импульсов, схемы совпадения и интегрирующие цепи подключен к измерительному прибору, феррозонд подключен к усилителю через фильтр первой и второй гармоник, а вторые входы;

-схем совпадения подключены к генератору через дифференщфующую цепь 2 .

В этих магнитометрах для измере1дая величины постоянного магнитного поля, которое пропорционально второй гармонике сигнала феррозонда, сравниваются длительности разнополярных прямоугольных импульсов,сформированных из сигнала феррозонда, содержащего после фильтра первую и вторую гармоники и сигнала генератора, питающего феррозонд, и по их несовпадению формиру1отся импульсы постоянной энергии.

Такой магнитометр имеет ограниченные чувствительность и точность.

Цель изобретения - повыше1ше точности и чувствительности устройства.

Это достигается тем, что в предлагаемом феррозондовом магнитометре, содержащем генератор, выход которого подключен к входам формирователя прямоугольных импульсов и феррозонда, через усилитель соединенного с входами двух ключей, вторые входы которых связаны с выходами формирователя прямоугольных импульсов, и регистрирующий прибор, введены последовательно соединеннь е источьшк постоянного тока и делитель тока, 1годключе щые к регистрирующему прибору.

Регистрирующий прибор вьтолнен в виде комштексного электродинамического прибора, неподвижные катушки которого соединены с выходами соответствующих ключей, а подвижная катушка - с делителем токаНа чертеже показана блок-схема магнитометра. Магнитометр содержит генератор 1, феррозонд 2, усилитель 3,,формирователь импульсов 4, электронные/ ключи 5 и 6, комплексный электродинамический прибор 7, имеющий неподвижные катушки 8 и 9 и подвижную рамку 10, делитель тока 11, источник постоянного тока 12.

Магнитометр работает следующим образом. Феррозонд 2 и формирователь 4 возбуждается переменным током от генератора 1. Выход феррозонда соединен с входом усилителя 3, а ;выходы формирователя 4-с входами управления электронных ключей 5,6, сигнальные входы которых соединены с выходом усилителя. Выходы электронных ключей 5,6 подсоединены к катушкам 8,9 электродинамического прибора, подвижная рамка 10 которого подключена к источнику постоянного тока через делитель 11. Ко шлексньш электродинамический прибор 7 представляет собой двухстепенный электродинамический прибор с подвижной частью в специальной ампуле с демпфирую-. щей жидкостью и световым указателем на шкалу в полярной системе координат.

Сигналы на выходах формирователя представляют1собой однополярные прямоугольные импульсы удвоенной частоты по отношению к частоте возбуждения феррозонда, причем эти сигналы сдвинуты друг относительно друга по фазе на четверть периода.

В процессе измерения на сигнальн;ые входы электронных ключей 5,6 поступает с феррозонда 2 усиленный полигармонический сигнал, а на входы управления ключей подаются сигналы с формирователя 4. Под действием Сигналов формирователя электронные ключи 5,6 открьшаются с частотой 2w и со сдвигом на четверть периода. Когда открыт ключ 5, сигнал феррозонда проходит через катушку 8 электродинамического прибора, а когда открыт ключ 6-через катушку 9.

I В подвижной рамке 10 прибора 7 протекает от источника 12 постоянный ток, поэтому она отклоняется только в том случае, если сигнал, проходяимй через катушки 8,9, содержит постоянную составляющую, а гармонические составляющие сигнала, проходящего по катунпсам 8,9, не приводят к отклонению подвижной рамки, т.к. степень демпфирования подвижной части комплексного электродинамического прибора больше единвды, э соб ственная частота менее 1 ГнПроведенные исследования показалш, что если электронные ключи открывать прямоугольными импульсами удвоенной частоты по отноше1шю к частоте возбуждения феррозовда, то постоянная состанлйшшая будет в катуижах 8,9 только в том случае, когда сигнал феррозонда содержит гармоники частоты 2. со, 6 со,. -. 2 (2 п + П и; ( п 0, 2,,. которые несут полезную информадию и появляются только при воздействии на, феррозонд постоянного магнитного поля. Величины постоянных составляющих токов, протекающих по катушкам 8,9 равны

Т/ГПл

. COSef;

« я(1)

Я п г(гпн)

где Лш2,(2,f haмгшитyды гармоник:

vf i фазовые сдвиги гармоник. При этом подвижная рамка 10 отклоняется по двум взаимнонерпендикулярным нанравле шям на

углы к:3о

Z.fm -tostf;

Jr

n2(2.n-t-1)

(г)

Ktln

(гп.1) где К - коэффициент, учитьшающий конструктивные параметры прибора;

JQ - величина тока в подвижной рамке, а световой указатель на шкале прибора 7 отклоняется в направлении на величину

-...„,«-t

где, Р - оптическое плечо светового указателя.

Из выражения (3) видно, что величина отклонения светового указателя на шкале прибора пропорциональна амплитуде 2 (2n+l)uJ гармоник сигнала феррозонда, т.е. пропорциональна величине измеряемого магнитного поля.

Нестабильность начальной фазы вызывает перемещение светового указателя на шкале по

окружности радиуса

KPJr

R

ОТ 2(

и не приводит к погрешности измерения.

Зависимость величины отклонения рамки 10 от Величины протекающего по ней тока позволяет изменять рабочий диапазон магнитометра и увеличивать его чувствительность до требуемой величины в тех случаях, когда повышение чувствительности путем увеличения коэффициента передачи усилителя невозможно из-за искажения полезного сигнала.

Формула изобретения

Феррозондовый магнитометр, содержащий генератор, выход которого подключен к входам формирователя прямоугольных импульсов и феррозонда, через усилитель соединенного с входами двух ключей, вторые входы которого связаны с выходами формирователя прямоугольных импульсов, и регистрирующий прибор, отличающийся тем,

что, с целью повышения точности и чувствительности, он снабжен последовательно соеданенными источником постоянного тока и делителем тока, подключенным к регистрирующему прибору. 2. Феррозондовый магнитометр по п. 1, о т л и чающийся тем, что регистрирующий прибор вьшолнен в виде комплексного электродинамического прибора, неподвижные катушки которого соединены с выходами соответствующих ключей, а подвижная катущка - с делителем тока. Источники информащш, принятые во внимание при экспертизе 1.Авт. св. СССР №263729, G 01 R 33/02,04.06.68. 2.Авт.св. СССР № 310203 G О1 R 33/02, 09.02.70. (прототип).