Устройство для измерения параметров магнитного поля Советский патент 1980 года по МПК G01R33/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ Изобретение относится к области измерительной техйики и предназначен для измерения параметров магнитного поля (составляющих вектора индукции магнитного поля, градиента индукции магнитного Поля и т.д.). Известно устройство для измерения параметров магнитного поля, состоящее из .ферромодуляционного преобразователя, выход которого соединен со входом избирательного усилителя, а вход - с источником переменного тока Известное устройство содержит также синхронный детектор, первый вход которого соединен с выходом избиратель ного усилителя, а второй вход - чере удвоитель частоты с источником переменного тока. Выход синхронного дете тора подалючен к регйстрирукяпему прибору. В известном устройстве избирательный усилитель настроен на переменную ЭДС второй гармоники по отношению к частоте тока возбузкдения постуг(аюшего на ферромодуляционный преобразователь от источника переменного тока. Переменная ЭДС второй гармоники с выхода ферромодуляционного преобразователя усиливается избирательным усилителем и преобразуется в постоянр ый сигнал синхронным МАГНИТНОГО ПОЛЯ детектором,{IJ. Недостатком известного устройства является наличие в выходном сигнале ферромодуляционного преобразователя квадратурной (реакщюнной) составляющей помехи, которая приводит к загрузке избирательного усилителя и флуктуациям нуля, возникающим из-за изменения фазовых характеристик измерительного усили- теля и ухода частоты генератора, что приводит к снижению точности измерения. Недостатком известного устройства является также и то, что в выходном сигнале ферромодуляционного преобразователя, кроме переменной ЭДС второй гармоники содержатся переменные ЭДС, кратные ей более высокого порядка. При большом входном сигнале переменной ЭДС первой гармоники проявляется нелинейность амплитудной характеристики избирательного усилителя, что приводит к появлению переменной ЭДС второй гармоники на выходе упомянутого усилителя, вызывая тем самым ло)5ный сигнал (смещенный нуль) на выходе устройства. Все эти недостатки снижают точность измерения параметров магнитного поля.

Известно ycTpoficfBO, содерз :ашее феи омодуляционный преобразователь, первый вход которого подключен к истбгнИку Переменного тока, а выход - к входу изгбирательного усилителя, основной и дополнительный синхронные детекторы, первые входы которых подключены к выходу избирательного усилителя, vMHOKHtejrib часТйтй, вход которого соединен с выходом источника переменного тока, а выход с вторым входом основного синхронного детектора и с входом фазовращателя. Выход основного синхронного детектоija сбединек с вторым входом ферромодуляционного преобразователя через регистрирующий прибор, а выход дополнительного синхронного детектора соединен с третьим входом преобразователя. Второй вход дополнительного синхронного детектора соединен с выходом фазовращателя, предназначенного для подбора фазы, соответствующей квадратурной составляющей ЭДС помехи. В известном устройстве избирательный : усилитель предназначен для усилейия с выхода ферромодуляцйонного преобразователя ЭДС второй гармЪники, которая содержит активную (синфаз;ную) составляющую ЭДС полезного сигнала и. реактивную (квадратурную) составляющую ЭДС помехи, являю-i щуюся функцией от величины измеряемого поля, от амплитуды поля возбужде-; ния, от .механических деформаций сердечникоб ферромодуляционного преобраэователя, от изменения температуры и т.д. . :

Выделение сигнала, пропорциональ-: ного синфазной составляющей ЭДС второй гармоники осуществлено основным синхронным детектором. Информация об измеряемом поле снимается регистрируюиим прибором. .Дополнительным синхронным детектором осуществлено выделение сигнала, пропорционального квадратурной составляющей ЭДС помехи, и .компенсация его на выходе ферромрдуляционного преобразователя.

Недостатком известного устройства является то, чтоостаточный сигнал (сигнал недок.омпеНсации) квадратурной составляющей ЭДС помехи с выхода ферромодуляционного преобразователя пбступает -в избирательный усилитель и усиливается им. При этом излишняя загрузка избирательного усилителя квадратурной составляющей ЭДС помехи и флук-туации нуля устройства, обусловленные уходом частоты источника переменного тока и Нёстабийьностью фазовых харак- еристйк измерительного усилителя, снижают точность измере-. ния параметров магнитного поля. Недостатком известного устройства является также прохождение на вход избирательного усилителя начетных гармоник с выхода ферромодуляционного преобразователя, которые превышают син737894

фазный сигнал. Величины сигналов нечетных гармоник обусловлены неидентичностью чувствительностей Полулементов дифференциального Феоромодуляционного преобразователя. В случае недифференц-иального (одноэлементного) ферромодуляционного преобразователя величины нечетных гармоник с его выхода на несколько порядков вьаче, чем с выхода дифференциального ферромодуляционного преоб

0 разователя, В таком случае нелинейность, амплитудной характеристики избирательного усилителя, которая всегда проявляется при большом входном сигнале, приводит к появлению

5 четных гармоник (в том числе и синфазной второй) на выходе усилителя. При этом ложная, вторая гармоника регистрируется как полезный сигнал (смешенный нуль), что и снижает точQ ность измерения параметров магнитного поля.

Цель изобретения - повышение точности измерения ггараметров магнитного поля.

c Эта цель достигнута тем, что устройство, содержащее ферромодуляционный преобразователь, первый вход которого подключен к источнику переменного тока, усилитель, выход которого соединен с первым входом основного

синхронного детектора, второй вход которого подключен к выходу фазовращателя , регистрирующий прибор, соединенный с выходом основного синхронного детектора, удвоитель частоты, вход которого соединен с выходом источника переменного тока, дополнительный синхронный детектор, снабжено модулятором, первый вход йоторого соединен с выходом дополнительного синхронного детектора, i второй вход - с выходом генератора переменной ЭДС, выход с входом усилителя, при этом выход генератора переменной. ЭДС соединен с входом

f фазовращателя, первый вход дополнительного синхронного детектора подключен к выходу ферромодуляционного преобразователя, а второй вход - к выходу удвоителя частоты, второй вход ферромодуляционного преобразователя подключен к выходу основного синхронного детектора.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство для измерения парамет5 ров магнитного поля состоит из. феррся одуляционногр преобразователя 1, первый вход которого подключен к источнику переменного тока 2, усилитель 3, выход которого соединен с перQ Bbw входом основного синхронного детектора 4, фазовращатель 5, регистрирующего прибора б, соединенного с выходом основного синхронного детектора 4, удвоитель частоты 7, вход которого соединенс выходом источника

переменного тока 2, дополнительного, синхронного детектора 8, модулятора первый вход которого соединен с выхо дом дополнительного синхронного дететора 8, а выход - с входом усилителя 3,и генератора переменной ЭДС 10. Выход генератора переМёйной ЭДС 10 соединен с вторым входом модулятора 9 и входом фазовращателя 5. Первый вход дополнительного синхронного детектора 8 подключен к выходу ферромодуляционного преобразователя 1, а второй вход - к выходу удвоителя частоты. Второй вход ферромодуляционного преобразователя 1 подсоединен к выходу основного синхронного детектора 4,

Устройство работает следующим образом.

При перемагничивании ферромодуляционного преобразователя 1 возбуждающим сигналом, воспроивводным источником переменного тока 2 и при наличии внешнего магнитного поля, в выходной ЭДС преобразователя 1 возникают кратное нечётные и гармонические составляющие. Вфер рсмодуляционном преобразователе 1 в качестве полезного сигнала, пропорционального измеряемым параметрам магнитного поля, используется вторая гармоника. Однако в выходном сигнале ферромодуляционного преобразователя 1 содержится не только синфазная, но и квадратурная составляющая ЭДС второй гармоники. Выход ферромодуляционного преобразователя 1 подключен к первому входу дополнительного синхронного детектора 8. Второй вход дополнительного синхронного детектора 8 подключен через удвоитель .7 к источнику переменного тока. Дополнительный синхронный детектор 8 настроен на синфазную составляющую ЭДС второй гармоники выходного сигнала ферромодуляционного преобразователя 1, поэтому сигнал с выхода детектора 8 пропорционален только синфазной ЭДС второй гармоники. Выходно сигнал с синхронного детектора 8 поступает на первый вход, а выходной сигнал с генератора переменной ЭДС - на второй вХОД модулятора 9. Модулятор 9 предназначен для преобразования постоянного или медленно изменяющегося сигнала с детектора 8 в переменной, частота которого много больше частоты измеряемого внешнего магнитного поля. Преобразование сигнала с выхода дополнительного синхронного детектора 8 в переменный связано с трудностями непосредственного усиления очень малых напряжений постоянного тока и с наличием дрейфа нуля в усилителях постоянного тока, применяемых для усиления постоянных и медленно меняющихся сигналов. С выхода модулятора 9 переменный сигнал подается на вход усилителя 3, а с

выхода генератора переменной ЭДС 10 на вход фазовращателя 5, Сигнал, ггропорциональный измеряемому магнитному полю, поступает на первый вход основного синхронного детектора 4, на второй вход которого подан net eменный сигнал с фазовращателя 5. Фаза выходного сигнала с фазовращателя 5 подбирается так, чтобы она совпадала с фазой сигнала, поступающегона перклй вход синхрбнного детектора 4 0Основной синхронный детектор 4 пре- образует переменный сигнал, поступающий на его первый вход, в постоянный, пропорциональный фазе и амплитуде этого сигнала. Сигнал с синхронного

5 детектора 4 измеряется perHcrpHps roщим приборомб и поступает на второй вход ферромодуляционногб преобразователя 1 для обеспечения необходимой .отрицательной обратной связи по

0 измеряемому магнитному полю.

Повышение точностиизмерения параметров магнитного поля в предлагаемом устройстве достигнуто благодаря тому, чтго составляющие ЭДС первой гармоники, гармоник высших по- .

5 рядков, за исключениемСинфазной Сост&вляМйейЭДС второй гармоники, ,а также квадратурная составляющая ЭДС второй гармоники не проходит через дополнительныйсинхронный детекDтор 8, а следовательно, эти гармонические составляющие не вызывают загрузку и флуктуации нуля устройства, обусловленные уходом частоты источника переменного тока 2 и нестабиль5ностью фазовых характеристик усилителя 3 и генератора неременной ЭДС 10. Сигнал с выхода основного синхронного детектора 4 пропорционален только синфазной составляющей ЭДС

0 второй гармоники, поступающей с выхода ферромодуляцибйного преобразователя 1, а значит и точность измерения параметров магьйтного поля в Предлагаемом устройстве выше по сравнению С известным примерно на

5 порядок.

Формула изобретения

50

Устройство для измерения параметров магнитного поля, содержащее ферромодуляционный преобразователь, первый вход которого подключен к источнику переменного тока, усилител

55 выход которого соединен с первым входом основного синхронного детектора, второй вход которого подключен к выходу фазовращателя, регистрирующий прибор, соединенный с выходом

60 основного синхронного детектора, удвоитель частоты, вход кото|эого соединен С выходом источника переменного тока, дополнительн4гй синхронный детектор, о т л и ч а ю щ е е с я тем. что, с целью повышения точности измерения, ofio снабжено модулятором; первый вход которого соединен с выходом дополнительного синхронного детектйра, второй вход - с выходом гене ратора переменной ЭДС, а выход с входом усилителя, при этом выход генератора переменной ЭДС соединен со входом фазовращателя, первый вход дополнительного синхронного детектора подключен к выходу ферромодуляционного преобразователя, а.второй вход 7 . 8 к выходу удвоителя Частоты, второй вход ферромодуляционного преобразователя подключен к выходу основного синхронного детектора , Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Афанасьев Ю.В. Феррозонды, Л., Энергия, 1969, с.9-18. 2,Авторское свидетельство СССР 139090, кл. G 01 R 3/00, 1960 (патент).