Дифференциальный датчик магнитного поля Советский патент 1980 года по МПК G01R33/00 

Изобретение относится к области магнитометрии и предназначено для регистрации и измерения слабых переменных магнитных полей в широком диапазоне частот. Оно может быть использовано в гео;тогии, геофизике, технике радиосвязи и других областях науки и техники, где требуются регистрация и измерение как низкочастотных, так и высокочастотных магнит ных полей. Известен дифференциальный датчик служащий для измерения магнитного поля, в основу работы которого поло жен принцип модуляции магнитного по тока сигнала вспомогательным полем возбуждения 1, Такое устройство позволяет произ водить измерения только в постоянных и медленно меняющихся магнитных полях. Известно также устройство, содер жащее два параллельно расположенных пермаллоевых стержня с распределенными по их длине обмотками возбужде ния, соединенными последовательно и встречно, а также измерительную обмотку, охватывающую оба стержня 2 Недостатком этого датчика является малый частотный диапазон измерений . С целью расширения частотного диапазона измерений в дифференциальный датчик магнитного поля, содержащий два параллельных ферромагнитных стержня с возбуждающими обмотками, соединенными последовательно и встречно, и измерительную обмотку, охватывающую оба стержня, введены два управляемых диода, источник постоянного напряжения,конденсатор и модулирующая обмотка,выполненная в виде двух согласно включенных секций, расположенных на двух ферромагнитных стержнях, к выводам которой подключены два управляемых диода, соединенные последовательно и встречно, при этом общая точка соединения управляемых диодов и средняя точка модулируюией обмотки подключены к источнику постоянного напряжения, параллельно которому подсоединен конденсатор. На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого датчика; на фиг. 2 - распределение токов в модулирующей обмотке; на фиг. 3 - зависимость изменения емкостей управляе(мых диодов от величины приложенных напряжений.

Дифференциальный датчик магнитног поля состоит из двух ферритовых стержней 1 и 2, на которых размещены возбуждающие обмотки 3 и 4, соединенные последовательно и встречно. Оба стержня в центральной части охвачены измерительной обмоткой 5, в месте расположения которой размещена также модулирующая обмотка, состоящая из двух согласно включенных секций б и 7. К выводам модулирующей обмотки подключены управляемые диоды 8 и 9, соединенные последовательно и встречно, причем общая точка соединения управляемых диодов и средняя точка модулируюх ей обмотки соединены с источником 10 постоянного напряжения, параллельно которому подсоединен конденсатор 11. Датчи помешают в измеряемое поле и возбуждают высокочастотным током.

Работа устройства заключается в следующем. Высокочастотный ток, протекающий в обмотках 3 и 4, создает магнитные потоки возбуждения Ф в ферритовых стержнях 1 и 2. При этом в секциях 6 и 7 модулирующей обмотки возникают ЭДС, фазы которых отличаются на эти ЭДС вызывают в модулирующей обмотке токи встреного направления, зaмыкaю IЦ ecя через управляемые диоды 8, 9 и конденсатор 11, имеющий малое емкостное сопротивление на частоте возбуждения (направление токов в секциях: модулирующей обмотки на фиг. 2 показано сплошными стрелками). Поскольку управляемые диоды 6 и 9 включены встрено, напряжение U , приложенное к их обкладкам, вызывает синфазное изменение емкостей обоих управляемых диодов. Типовые зависимости емкостей управляемых диодов от величины приложенного напряжения и характер изменения этих емкостей при воздействии управляющих напряжений Ux и фиксированного напряжения UQ , создаваемого источником 10, показаны на фиг. 3.

В отсутствие внешнего поля сигнала ЭДС в измерительной обмотке 5 равна нулю, так как магнитные потоки возбуждения и магнитные потоки, обусловленные реакцией модулирующей обмотки, в стержнях 1 и 2 равны по величине и имеют противоположные направления (т.е. суммарный notoK, пронизывающий измерительную обмотку 5, равен нулю) . Включение источника 10 постоянного напряжения в модулирующую обмотку позволяет осуществлять модуляцию емкости управляемых диодов на линейном участке характеристики (U) и, следовательно, заметно сузить спектр гармонических составляющих с 4acTOTaivoi, кра ными частоте возбуждения, которые при нарушении электрической или магниткой симметрии датчика могут проникать в измерительную обмотку 5, Пусть внешнее поле сигнала отлично от нуля, а его вектор параллелен магнитной оси датчика. В этом случае магнитный поток Ф, концентрируясь в стержнях 1 и 2, возбуждает в секциях модулирующей обмотки противофазные ЭДС сигнала относительно одноименных обкладок диодов 8, 9 (см, фиг. 2 и фиг. 3)..Тогда в каждой секции возникает ток, промодулированный частотой возбуждения, причем направление токов в обоих секциях -согласное. Эти токи возбуждают в стержнях 1 и 2 магнитные потоки одинакового направления и, следовательно, в измерительной обмотке 5 появляется ЭДС пропорциональная измеряемому полю. С некоторыми допущениями вЕлражение для этой ЭДС может быть представлено в виде

eCt) Н Н„ео5(и1 tn. )t

С «9 t ОО f

где fi - частота измеряемого поля синала;W в - частота возбуждения;

Н - напряженность поля сигнала Н - напряженность поля возбужденияm - глубина модуляции емкости

варикапов;

К - размерный коэффициент пропоциональности, зависящий от магнитных свойств и конфигурации стержней, а также от соотношения чисел витков обмоток датчика.

Формула изобретения

Дифференциальный датчик магнитного поля, содержащий два параллельных ферромагнитньлх стержня с возбуждающими бобмотками, соединенными последовательно и встречно, и измерительную обмотку, охватывающую оба стержня, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерений, в него введены два управляемых диода, источник постоянного напряжения, конденсатор и модулирующая обмотка, выполненная в виде двух согласно включенных секций, расположенных на двух ферромагнитных стержнях, к выводам которой подключены два управляемых диода, соединенные последовательно и встречно, при этом общая точка соединения управляемых диодов и средняя точка модулирующей обмотки подключены к источнику постоянного напряжения,параллельно которому подсоединен конденсатор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

№ 334530, кл. G 01 R 33/02, 25.09.70

2.Афанасьев Ю.В. Феррозонды, Л., Энергия, 1969, с. 6.

/

/1

(г/г/

г.г

и