Магнитометр Советский патент 1979 года по МПК G01R33/02 

Изобретение касается электроизме рительной техники, в частности устройств для измерения напряженности переменного магнитного поля в широком диапазоне частот и может быть использовано в геофизике, космических исследованиях, в приборостроительной и машиностроительной промыш ленности. Известны магнитометры с феррозондом, содержащие сердечик с измерительными обмотками и возбуждающей о моткой, подключенной к генератору Недостатком этого магнитометра является низкий частотный диапазон. Известны также комплексированные измерительные устройства, входящие в состав систем управления, содержа щие два избирательных усилителя, выходы которых подключены к вычисли тельному блоку, который соединен с блоком регистрации 2, Недостатком комплексированных измерительных устройств является не возможность компенсации внутренних помех измерителей. Наиболее близким по технической сущности к предложенному является магнитометр, содержащий феррозонд с генератором возбуждения, избирательный усилитель, включенный на выходе феррозонда, фазочувствительный детектор, выходы которого соединены с генератором возбуждения и с выходом избирательного усилителя,и регистрирукяцее устройство 3. Недостаток этого устройства низкий частотный диапазон и точность измерения. Цель изобретения - расширение частотного диапазона и увеличение точности. Это достигается тем, что в магнитометр, содержащий феррозонд с генератором возбуждения, избирательный усилитель, включенный на выходе феррозои да, фазочувствительный детектор, входы которого соединены с генератором возбуждения и с выходом избирательного усилителя, и регистрирующее устройство, введены второй избирательный усилитель, подключенный к выходу феррозонда, два апериодических звена и сумматор, входы которого подключены к выходу первого и второго апериодического звена, вход первого апериодического звена соединен с выходом фазочувствительного детектора, вход второго апериодического звена - с вы36ходом второго избирательного усилителя, а выход сумматора соединен с регистрирующим устройством. На фиг 1,1 приведена структурная схе ма устройства; на фиг.2 показаны характеристики отдельных элементов системы и суммарная характеристика устройства. Устройство Состоит из феррозонда 1 генератора 2 возбуждения высокой частоты, избирательного усилителя 3 по несущей частоте, фазочувствительного Детектора 4, апериодического звена 5, избирательного усилителя б по сигналу, апериодического звена 7, двухвходового сумматора 8 и регистрирующего устройства 9. Магнитометр работает следующим образом. Феррозонд 1, возбуждаемый генерато ром возбуждения высокой частоты 2, совместно с избирательным усилителем 3, фазочувствительным детектором 4 преобразуют в области низко-частотного по,цциапазона напряженность переменного магнитного поля в напряжение. Дополнительно введенное апериодическо звено 5, включенное последовательно с ,фазочувствительным детектором 4 / ограничивает частотный диапазон выход ного сигнала областью, в которой выхо ной сигнал пропорционален входному, и формирует амлитудно-частотную харак теристику в низкочастотном поддиапазо не. Для формирования высокочастотного поддиапазона амплитудно-частотной характеристики магнитометра используется дополнительная ветвь, состоящая из избирательного усилителя б и апериоди ческого звена 7. Выходной сигнал ферр зонда 1 дополнительно введенной ветвь преобразуется в напряжение, пропорциональное напряженности переменного маг нитного поля в области высокочастотно го поддиапазона. Напряжение с выхода апериодических звеньев 5 и 7 поступает на двухвходовый сумматор 8, где происходит суммирование сигнашов с последующей фиксацией регистрирующим устройством 9, На фиг,2а, изображена амплитудно-частотная характеристика первой ветви устройства (нйзкочастотный рабочий поддиапазон), В диапазоне частот до Т/Т обеспечена независимость амплитудно-частотной характеристики от частоты (JU измеряемого магнитного поля. Начиная с частоты l/T, на характеристику ветви начинает влиять апериодическое звено 5 с постоянной времени Т, которое обеспечивает наклон амплитудночастотной характеристики - 20 дБ/дек, В диапазоне частот до 1/С2 (Фиг,2б) наклон характеристики дополнительно введенной ветви устройства определяется пассивным индукционньм преобразователем измерительной ЪШоткй феррозонда 1. Выходное напряжение в этом случае пропорционально частоте и напряженности измеряемого магнитного поля, что обеспечивает подъем характеристики дополнительной ветви 20 д,р/дек. В диапазоне частот до l/T характеристики усилителя 6 и апериодического звена 7 можно считать частотно-независимыми. Так как коэффициент передачи апериодического звена 7,начиная с частоты l/Tg можно считать обратно пропорциональным частоте tu, то характеристика второй ветви в диапазоне частот от l/CV до l/tg (высокочастотный рабочий поддиапазон) не зависит от частоты. Для исключения влияния гармоник частоты возбуждения и подъема характ еристики,обусловленного собственной резонансной частотой tfo феррозонда, во-первых, частота l/T, (где Tj - эквивалентная постоянная времени избирательного усилителя б) должна быть выбрана меньше Шо/ во-вторых, частота возбуждения феррозонда должна превышать частоту обеспечивая коэффициенты передач первой и второй ветвей магнитометра равными друг другу в диапазонах частот от О до 1/Т и OTl/Tg до l/Tj (т.е.коэффициент передачи первой ветви в диапазоне частот от О до 1/Т должен быть равен коэффициенту передачи второй ветви в диапазоне частот от 1/T.J до l/Tj) . Выполняя равенство между постоянными времени 5 - t, имеем суммарную характеристику магнитометра на выходе сумматора 8 независимую от частоты в диапазоне частот до l/Tj (фиг.2в), В области частоты сопряжения l/C. выходное напряжение сумматора 8, определяемое сигналами двух ветвей магнитометра, будет Кд -«( где К,К - коэффициенты передачи соответственно первой и второй ветвей в районе средней частоты каждого рабочего поддиапазона; H(/cti) - напряженность измеряемого магнитного поля. Если принять коэффициент передачи сумматора по обоим входам равным 1/ -г. Г, ТО,обеспечивая К имеем . . . УК-нС ш) Таким образом, использование магнитометра позволяет существенно расширить диапазон частот измеряемых магнитных полей, что обусловлено значительным снижением погрешности от неравномерности амплитудно-частотной характеристики магнитометра, Применение предладгаемого широкополосного феррозондового магнитометра позволяет обеспечить линейность амплитудно-частотной характеристики в широком диапазоне частот (до сотен килогерц), т,е, расширить частотный,, диапазон измеряемых магнитных полей и увеличить точность измерения. Формула изобретения Магнитометр, содержащий феррозонд с генератором возбуждения, избирательный усилитель/ включенный на выходе феррозонда, фазочувствительный детектор, входы которого соединены с генератором возбуждения и с выходо избирательного усилителя, и регистри рующее устройство, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и увеличе ния точности, в него введены второй избирательный усилитель, подключенны к второму выходу феррозонда, два апериодических звена и сумматор, вхо ды которого подключены к выходу первого и второго апериодического звена, вход первого апериодического звена соединен с выходом фазочувствительного детектора, вход второго апериодического звена - с выходом второго избирательного усилителя, а выход сумматора соединен с регистрирующим устройством. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Чернышев Е.Н,, Чечурина Н.Г., Чернышева И.В., Студенцов. Магнитные измерения, изд-во комитета стандартов, М-1069, с.62, 2,Гуткин Л,С,., Пестряков В,Б., Типугин В.Н. Радиоуправление 5, Сов.радио, 1970, с .84, 3,Технический паспорт и описание магнитометра Г 73,

S О

f/T.

tfTj Л

ftt

ГХ.

ммамня и Г

f/fj

9ui.t