Способ измерения параметров слабого постоянного или медленно изменяющегося магнитного поля Советский патент 1980 года по МПК G01R33/02 

37 полнительно возбуждают его переменнь1М током другой частоты, а из выходной ЭДС выделяют составляющую с частотой, равной кратному целому разности частот iOKOB возбуждения, по амплитуде которого и судят р значении измеряемого параметра поля. Возбуждение сердечника двумя переменными токами разных частот и выделение составляющей ЭДС раэ йбстйбГй частоты или кратных ей частот повышают точность измерений, поскольку в данном случае можно не учитывать вли ние четных гармоник в упомянутых переменных токах возбуждения, ,; : , Амплитуды токов возбуждения уста.навливают. одинаковыми, амплитуду огиба ющей суммы токов выбирают не менее, чем в 2,5 раза превышающей значение т ка насыщения сердечника, и настраивают измерительную обмотку, охватывающую сердечник, в резонанс наосновную раэностную частоту. Благодаря этому резко возрастает чувствительность преобразователя и отношение сигнал/помеха, что также приводит к повышению точности из мерения. На. фиг. 1 приведены , поясняющие принцип модуляции магнитной проницаемости сердечника; на фиг. 2 - кривые характеризующие глубину модуляции проницаемости сердечника по основной и вто рой гармонике разностной частоты; на фиг, 3 - функциональная схема устройства для реализации данного способа. Предлагаемый способ измерения параметров слабого постоянного или медленно; изменяющегося магнитного поля основан на том (фиг, 1), что ферромагнитный серДечнИк, наряду с возбу кДёнйём переменным током одйой частоты сц, дополнительно возбумсдают перёмёШ1Ь м ioJKOM Другой to 2, причём из 1зь1ходной ЭДС выделяют сьставляюшую с частотой п л , равную кратному целому п разности указанных частот,Л-UJ,-си С достаточной точностью кривая на I .,:.--..,,«i«sn,-.-:.:-. магничивания сердечника В(Н) описывается однозначной нечетной функцией, а его дифференпйалбнйя магштная проницаемость - П - образной четной функцией (фиг. 1 а). При возбуждении сердеч ника токами 4(М 1го/ 4 и i,2.W-lm sinuj t получают огибаюущую суммы (суперпозиции) этах токов или напряженностей поля возбуждения с частотой .-,, (фиг, Тогда зависимость , 4 гдеН - напряженвость суммарного возбуждения, будет также иметь в своем спектральном составе частоту S1 , т.е. можно говорить о модуляции магнитной проницаемости с частотой О. (составляющая с частотой Я показана на фиг, 1в пунктиром). Поэтому, при наличии измеряемого поля Н в выходной ЭДС также появится составляющая с частотой и (фиг. 1 г). Аппроксимируя зависимость ) укороченным полиномом третьей степени B oiH-bH, где а и & - положительные коэффициенты аппрсжсимапии, получают H.MV-fW«- W,r,,°« Поскольку в обшем случае (при продольном возбуждении) e -vs/Syo o dfT - количество витков измерительно обмотки; -площадь поперечного сечения сердечника; -напряженность измеряемого постоянного поля; ро - миг Нйтйая постоянная, то соответствующая ЭДС будет равна: e(l)-35lwSbvA W H H s-mSli Из формулы (2) видно, что амплитуда составляющей ЭДС с частотой 9. пропорциональна напряженности измеряемого Ноля HO и амплитудам напряженности Нти Н поля возбуждения. В отсутствии измеряемого поля (Н(), или при равенстве нулю одной иэ составляющих суммы токов возбуждения (т.е. приНп1 0 или ). ЭДС с частотой 5J также будет равна нулю,. Таким образом, возбуждение сердечника двумя переменными токами разных частот и выделение составляющей ЭДС разностной частоты или кратных ей частот приводит к повышению точности измерений, так как эти составляющие обусловлены только наличием измеряемогЬ по-. ля, а не ложных четных гармоник, содержащихся в токах возбуждения. Аппроксимируя кривую В (Н) не укороченным полиномом, а (Многочленом нечетных степеней, получают в спектральном состава у (t ) и t ( t ) не только .частоту $1 , но и кратные ей частоты . где 1,2,3,.,. -цепью числа. Амплитуда каждой из частот п SI будет зависеть от отношения nift/Is (равно , ), где1гг 91.- амплитуды огибающей суммы токов воэбужаеняя, IQ значение тока насыщения сердечника. Бсли1гг,д-1,то максимальная глубина модуляции проницаемости у на основной частоте Si (i 1) будет достигнута при1(,4, а на частоте 2Sl при1тйЛо 2,5 (фиг. 2). Выбирая второй режим возбуждения и Застраивая измерительную обмотку в резонанс на основную частоты ft , получают условия при которых резко; возрастает чувствительность преобразователя к измеряемому полю, поскольку его выходная индуктивность изменяется с часто той 2 Si, благодаря чему в контуре возникает параметрическое усиление сигнала с частотой О. ; резко возрастает отношение сигнал-покгеха, так как, наряду с уве личением чувствительности преобразовате ля, осуществляется подавление составляю |щих ЭДС с частотамиnixr НПО, где п 1,2,3.... - целые числа. Благодаря повышению чувствительност и отношения сигнал/помеха также повыша ется точность и:avIepeний. Схема устройства (фиг. З) для реализа1ши данного способа содержит фёрро,зонд 1, генераторы 2 и 3, конденсатор 4, фильтр 5 нижних частот, усилитель 6, синхронный детектор 7, линейный резисто 8, усилитель 9 тока (повторитель), детёктор 10, фазовращатель 11, регистрир щий прибор 12 и резистор 13. Устройство работает следующим образом, Ф розонд 1 возбуждается переменными токами двух различных частот UJ/I и Ш, вырабатываемыми генераторами 2 и 3. Амплитуды токов выбраны ра&ными, а отношение 2,5. Измерительная обмотка феррозонда 1 настроен в резонанб на частоту конденсатором 4. Сигнал с частотой , появляющийся на выходе феррозонда 1,при наличии иэ меряемого поля Н подается на фильтр 5 нижних частот, усиливается усилителем 6 и поступает на синхронный детектор 7 Напряжение коммутации синхронного детектора 7 формируется следующим образом. Напряжение, пропорциональное сумм токов возбуждения, снимается с линейного резистора 8 и поступает на усилитель 9 тока (повторитель) с большим входным сопротивлением. Далее этот ток

739444 детектируется детектором 10 и подает ся на фазовращатель 11, а затем - на коммутирующий вход синхронного детектора 7, С синхронного детектора 7 сигнал- в виде постоянного или медленно изменяющегося тока поступает на регистрирующий прибор 12, причем часть тока j может бь1ть отведена через резистор 13 в цепь обратной связи (на фвг. 3 не показана), как это имеет место во всех современных феррозондовьтх магнитометрах. П|эеимущество предлагаемого с посооа измерения параметров M ffl HHTHoro поля и измерительных устройств, реализующих данный способ, состоит в том, что, возбуждая ферромагнитный сердечник переменными токами двух различных частот и выделяя из выходной ЭДС составляющую с частотой, равной кратному целому разности Двух упомянутых частот поя&ляющейся только при наличии измеряемого поля, можно не учитывать влияние высших гармоник токов возбуждения, поскольку любая их комбинация действующая в симметричной нелинейной цепи/ какой Является цепь возбуждения ферромагнтч. ного сердечника, не приводит к возникновению ложных сигналов с частотами, равными кратному целому разнос-га ос(ювных частот возбуждения. Вследствие этого повышается точность измерений. Формула изобретения 1. Способ измерения параметров посоянного или медленно изменяющегося агнитного поля, основаннь1й на возбуждении ферромагнитного сердечника переенным током заданной частоты, отичающийся тем, что, с целью овышения точности измерения, сердечик дополнительно, возбуждают переменрым током другой частоты, а из выхоцой ЭДС выделяют составляющую с частотой, равной кратному пелому разности частот токов, возбуждения, по амплитуде оторой судят о значении измеряемого араметра подя. 2, Способ по п. 1, о т Л и ч а и и с я тем, что амплитуды токов воэбуждения двух различных частот устанавгшвают одинаковыми, амплитуду огибающей суммы токов возбуждения выбирают (К менее-, чем в 2,5 раза превышающей значение тока насыщения,и настраивают