Ферритовый магнитомодуляционный градиентометр Советский патент 1977 года по МПК G01R33/02 

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого градиентометра; иа фиг. 2-временные диаграммы, поясняющие принцип его работы. Градиентометр состоит из двух пар соосных ферритовых стержней-концентраторов 1 и 2 (фиг. 1), оси которых строго параллельны между собой. Каждая пара концентраторов магнитосвязана между собой через ферритовые кольца-модулятора 3 и 4, соответственно. На модуляторах размещены обмотки постеянного смещения 5 и 6, запитываемые от высокостабильного -источника постоянного тока 7, и обмотки переменного тока возбуждения 8 и 9, запитываемые от общего генератора возбуждения 10 через органы регулировки амплитуды и фазы И и 12. На оси симметрии градиентометра расположен неперемагничиваемый ферритовый сердечник 13, на котором размещена общая сигнальная катущка 14, настраиваемая на частоту возбуждения емкостью 15. Сигнальная катущка 14 включена на вход согласующего устройства 16, далее следует усилитель высокой частоты 17, фазовый детектор 18, усилитель огибающей 19, с выхода которого снимается полезный сигнал. На фиг. 2 принятые следующие обозначения:Vg(l) ) - зависимости действующих магнитных проницаемостей первого и второго долуэлементов от величины магнитного поля в модуляторе; i(0 2(0-переменные магнитные поля возбуждения первого и второго полуэлементов градиентометра;На - постоянное магнитное поле смещения долуэлемеитов градиентометра; - зависимости действующих проницаемостей первого и второго полуэлементов от времени. Градиентометр .работает следующим образом. В исходном состоянии при равенстве нулю переменных составляющих полей возбуждения l-ii(t) и Jriz(t} (точка о на фиг. 2) кольцо-модулятор 3 первого полуэлемента имеет некоторую исходную магнитную проницаемость, обусловленную током смещения, в результате чего весь первый полуэлемёнт имеет действующую магнитную проницаемость jj-, определяемую точкой 0. Соответственно кольцо-модулятор 4 второго полуэлемента, находящийся под действием такого же смещения постоянного поля, обеспечивает в исходном положении проницаемость второго полуэлемента, также равную Vg. При подаче противофазных переменных полей возбуждения Ui(t) и (0. в модуляторы соответствующих полуэлементов, как это видно на фиг. 2, их суммарная проницаемость не меняется во времени и остается равной y-g,, поскольку И, (t) -Н, (t), t (t) - - i (t). (1) Для обеспечения этого условия модуляторы полуэлементов возбуждаются общим генератором 11) через органы регулировки амплитуды и фазы тока возбуждения, что позволяет с большой точностью скомпенсировать естестВенный раэбаланс схемы, появляющийся изза разброса в параметрах модуляторов. Ь,сли на градиентометр воздействует равномерное внещнее поле , то первый полуэлемент создает в сигнальной катущке переменный магнитный поток Ф.:./С,)8а.(2) где /Ci - коэффициент связи, определяемый геометрией расположения первого нолуэлемента и сигнальной катущки;5 - площадь поперечного сечения сердечника сигнальной катушки; действующая проницаемость сложного магнитопровода, состоящего из первого полуэлемента и сердечника сигнальной катушки (силовая линия А на фиг. 1). Аналогично второй полуэлемент создает поток ,(t) K,.(t)H,.(3) Ввиду полной симметрии схемы и с учетом выполнения условий (1J можно считать Ai Л2 Кз и .W-(4) Тогда в рассматриваемом случае воздействия .равномерного поля U суммарный магнитный поток на частоте возбуждения, сцепленный с сигнальной катушкой ф ф, + ф, ::. K-S Яз«14 (). + V-sMn Q- (5) Если поле неравномерно, то есть имеется некоторый градиент поля /ij одлежащий измерению, то исходные рабочие очки модуляторов переместятся по кривой ig(ti) несимметрично, поэтому .)Тогда будет иметь место некоторый результирующий магнитный поток 0, который создает в сигнальной катущке э. д. с. разбалансае - Wc , где Wg - число витков сигнальной катушки; Q - добротность контура. Нри малых значениях ДЯ величина этой .д. с. пропорциональна градиенту поля. Основные преимущества предлагаемого градиентометра следующие;

простота и технологичность конструкции, определяемые иснользованием только стандартных ферритовых элементов-стержней и колец;

минимальное количество сигнальных катушек и вытекающая отсюда цростота реализации резонансного реЖИма с высокой добротностью;

простота электроники, определяемая наличием лишь одного канала приема и преобразования сигнала;

простота компенсации однородной составляющей внешнего поля, поскольку сигналы однородного поля вычитаются в сигнальной катущке;

низкий уровень собственных шумов, определяемый использованием принципа локального перемагничивания в режиме возбуждения первого рода (со смещением) и существенным выносом сигнальной катушки за пределы перемагничиваемого участка-модулятора на отдельный неперемагничиваемый сердечник;

простота выравнивания коэффициентов преобразования полуэлементов путем изменения параметров поля возбуждения.

6 Формула изобретения

Ферритовый магнитомодуляционный градиентометр, содержащий две пары параллельных феррнтовых стержней, ферритовые кольца-модзляторы, обмотки постоянного смещения и сигнальную обмотку, обмотки переменного тока возбуждения, источник иостоянного тока, генератор возбуждения и электронную

схему, отличающийся тем, что, с целью увеличения его чувствительности, в него введены три параллельных ферритовых элемента, которые содержат по два соосных стержня-концентратора, магнитосвязанных между

собой через кольцо-модулятор, причем на каждом из модуляторов размещены по две обмотки, одни из которых включены к общему источнику постоянного тока, а другие - к общему генератору возбуждения, а на

центральном ферритовом стержне размещена сигнальная обмотка, которая включена к входу электронной схемы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Афанасьев Ю. В. Феррозонды, Л., Энергия, 1969, с. 151.

2. Авторское свидетельство СССР №368560, кл. G 01R 33/00, G 01V 3/00, 1971 (прототип).

)

,IH,)(

Що

N

HO

.(i)

SQ

г.

у

/

yv.

H 0

НгИ)

T f.(i)