Феррозондовый магнитометр Советский патент 1976 года по МПК G01R33/00 

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано при измерении низкочастотных и инфранизкочастотных магнитных полей.

Для измерения низкочастотных и инфранизкочастотных магнитных полей используют индукционные магнитометры с индукционной «воздушной или магнитной рамкой, феррозондовые магнитометры, квантовые и сверхпроводящие магнитометры.

Создание индукционных магнитометров для измерения инфранизкочастотных магнитных полей (единицы и доли герц) затруднительно, так как габариты и масса таких устройств при требуемой чувствительности выходят за рамки допустимых.

Квантовые и сверхпроводящие магнитометры чрезвычайно сложны и дороги в производстве и эксплуатации.

Феррозондовые магнитометры отличаются сравнительной простотой и достаточной для многих применений чувствительностью. Однако при создании феррозондовых инфранизкочастотных и низкочастотных магнитометров существует трудноразрещимая проблема выделения слабого низкочастотного полезного сигнала на фоне сильного постоянного магнитного поля Земли. В известных устройствах эту проблему решают применением полосовых фильтров на заданный диапазон частот

сигнала, включенных последовательно за синхронным детектором и параллельно между собой.

Однако построение магнитометра затруднительно из-за недопустимо большой массы и габаритов полосовых фильтров на инфраннзких частотах.

Известны феррозондовые магнитометры для измерения переменных магнитных полей 2.

Они содержат феррозонд с обмоткой компенсации, охваченный цепью частотно-независимой отрицательной обратной связи, избирательный усилитель, синхронный детектор, фильтр верхних частот и регистратор.

С помощью фильтра верхних частот из выходного напряжения синхронного детектора выделяется переменная составляющая, пропорциональная напряженности измеряемого

переменного магнитного поля.

Постоянная составляющая выходного напряжения прикладывается к обмотке компенсации феррозонда, в которой создает ток пропорциональный напряжепности внещнего постоянного магнитного поля. В результате в объеме феррозонда, обмоткой компенсации создается постоянное магнитное поле, компенсирующее внещнее постоянное магнитное поле, действующее на феррозонд. Таким образом осуществляется отрицательная обратная связь по постоянной составляющей внешнего магнитного поля. Недостатком рассматриваемого магнитометра является то, что в нем осуществление отрицательной обратной связи только по по-5 стоянному магнитному полю невозможно при измерении низкочастотных полей. Цель изобретения-расщирение частотного диапазона в область низких частот. Это достигается тем, что в предлагаемом магнито-ю метре между выходом фильтра верхних частот и обмоткой компенсации феррозонда дополнительно включена цепь положительной обратной связи. Глубина положительной обратной связи равна глубине отрицательнойjg обратной связи. При таком равенстве глубин обратных связей полезный сигнал оказывается не охваченным обратной связью вообще, а постоянная составляющая измеряемого магнитного поля оказывается скомценсированной20 за счет глубокой отрицательной обратной связи и не перегружает измерительный канал. На чертеже изображена блок-схема предлагаемого магнитометра, состоящего из генератора возбуждения 1, соединенного с четно-25 гармоническим феррозондом 2, который имеет две обмотки компенсации и подключен к избирательному усилителю 3, настроенному на частоту второй гармоники; синхронного детектора 4, подключенного к выходу избира-30 тельного усилителя 3 и соединенного с генератором 1; фильтра верхних частот 5, подключенного к выходу синхронного детектора 4; регистратора 6, подключенного к выходу фильтра верхних частот 5; регулятора глуби-35 ны отрицательной обратной связи 7, соедиценного с обмоткой компенсации феррозонда 2 и подключенного к выходу синхронного детектора 4; регулятора глубины положительной обратной связи 8, соединенного с допол-40 нительной обмоткой компенсации феррозонда 2 и подключенного к выходу фильтра верхних частот 5. Под действием внешнего как постоянного, так и переменного магнитного поля на изме-45 рительной обмотке феррозонда 2, возбуждаемого от генератора 1, появляется напряжение, на частоте второй гармоники промодулированное на амплитуде. Амплитуда несущей этого промодулированного сигнала пропорциональна напряженности внешнего постоянного магнитного поля, а амплитуда боковых частот пропорциональна напряженности внешнего переменного магнитного поля. Этот промодулированный сигнал усиливается избира- 55 тельным усилителем 3 и детектируется синхронным детектором 4. В результате детектирования на выходе синхронного детектора 4 появляется сигнал, содержащий постоянную и переменную составляющие. Переменная составляющая, имеющая частоту измеряемого переменного магнитного поля и пропорциональная напряженности этого переменного поля, выделяется фильтром верхних частот 5 и подается на регистратор 6, проградуирован- ный в единицах напрял енности магнитного поля. Отрицательная обратная связь по постоянному полю в данном магнитометре осуществляется следующим образом. Весь сигнал (постоянная и переменная составляющие) с выхода синхронного детектора 4 подается через частотно-независимый регулятор глубины отрицательной обратной связи 7 на обмотку компенсации феррозонда 2, в которой под действием возникающего в ней тока, появляется магнитное поле, пропорциональное внешнему и противоположно направленное. С выхода фильтра верхних частот выделенный полезный сигнал через регулятор глубины положительной обратной связи подводится к компенсационной обмотке, в которой под действием возникающего в ней тока появляется переменное магнитное поле, пропорциональное внещнему переменному полю, направленное с ним согласно и равное по величине переменному полю, создаваемому цепью отрицательной обратной связи, Таким образом, в предлагаемом магнитометре осуществлена отрицательная обратная связь только по постоянному магнитному полю и устранена необходимость для этого в фильтре нижних частот в цепи отрицательной обратной связи. Устранение такого фильтра дает возможность существенно понизить граничную частоту измеряемого магнитного поля, так как в прототипе граничная частота определяется граничной частотой фильтра нижних частот, а на частотах ниже 0,1 Гц, такой фильтр приобретает недопустимые габариты. Предлагаемый магнитометр позволит производить высокоточные измерения магнитных полей инфранизких частот, что в настоящее время является одной из актуальных задач во многих областях деятельности человека. Формула изобретения Феррозондовый магнитометр, содержащий феррозонд с обмоткой компенсации, охваченный цепью частотно-независимой отрицательной обратной связи, избирательный усилитель, синхронный детектор, фильтр верхних частот и регистратор, отличающийся тем, что, с целью расщирения частотного диапазона в область низких частот, между выходом фильтра верхних частот и обмоткой компенсации феррозонда дополнительно включена цепь положительной обратной связи, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе; 1.Патент Великобритании, № 1324306, кл. G IN, опубл. 1973 г. 2.Ю. В. Афанасьев и др. «Магнитометрические преобразователи, установки, приборы. Л., Энергия, 1972 г., стр. 200 (прототип).