Феррозондовый магнитометр Советский патент 1980 года по МПК G01R33/02 

1

Изобретение относится к технике измерения магнитных полей и может быть использовано для измерения параметров постоянного или медленного меняющегося магнитного поля.

Известен феррозондовый магнитометр, который содержит генератор переменного тока, феррозонд, усилитель, первый электронный ключ, второй электронный ключ, формировате.г1ь, комплексный электродинамический прибор (индикатор), делитель тока, источник постоянного тока 1. Принцип действия магнитометра основан на выделении четных гармоник, появляющихся при наложении на феррозонд мапштнбго поля.

Однако, из-за нестабильности амплитуды и частоты генератора возбуждения и параметров усилителя и ключей, известный магнитометр обладает значительной погрешностью.

Наиболее близким к предлагаемому .является устройство для измерения напряженности постоянного магнитного поля, которое содержит измерительный блок, две компенсирующие катушки с ферромагнитными сердечниками, включенные в схему электрического моста, усилигель, счетчик интервалов времени, генератор прямоугольных импульсов, Д11фференцирующ)ю цепочку и блок формирования пилообразного напряжения, соединенные последовательно н включенные между одной из диагоналей электрического моста и выходом усилителя с симметричным входом 2.

Устройство работает на принципе сравнения собственного поля компенсирующих катушек, создаваемого пилообразньгм током от блока

10 формирования пилообразного напряжения, с внешним, наложенным на эти же катушки, измеряемым магнитным полем. Интервал времени от начала подачи пилообразного импульса напряжения на катушки до получения с них

15 сигнала перемагничивания в мол«нт равенства полей измеряется счетчиком интервалов времени и пропорционален напряженности измеряемого магнитного поля.

Недостатком известного устройства является

20 значительная зависимость его качественных характеристик, а именно точности , чувствительности и разрешаюшей способности, от параметров (длительности, амплитуды) пилообразного 374 импульса н передато1шых характеристик усилителя с симметричным входомЦель изобретения - повышение точности, чувствительности и разрешающей способности устройства. Эта цель достигается тем, что феррозоидовый магнитометр, содержащий генератор прямоугольных импульсов, соединенный с дифференцирующим блоком, и измерительный блок, соединенный с усилителем, снабжен последовательно соединенными, блоком формирования имл }льсов, возрастаю Щ1Х по ампдштуде во эременЦ, вторым генератором прягиоугольных импулфов и счетчиком числа импульсов, причем втор;ой и третий входы блока формирования импульсов соединены соответственно с первыми выхрдами дифференцирующего блока и уси;штеля а вьЫод связан со входом измерительного блока; второй и третий входы счетчика импульсов соедиHeHJ) со вторыми выходами дифферендирушгдего рлока и усилителя. На фиг. 1 приведена функциональная схема пре;дложенного устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы. ; Устройство содержит генератор 1 прямоугол импульсов, подключенный к дифферешшруфщему блоку 2, выходы которого соединены со входами блока 3 формирования импульсов, возрастающих по амплитуде во времени, и счетчика 4 ккшульсов. Между блоком 3 и счётчиком 4 включен второй генератор 5 прямоугольных иг-.тульсов. блока 3 связан со входом измерительного блока 6, содержащего две кокетенсирующие катушки с феррома mjTHbiMii сердечниками, включенные в мостовую схему. Усилитель 7 соединен с выходом блока 6i и со входами блока 3 и 4. Устройство работает след гющим образом. Генератор 1 прямоугольных импульсов запускает через дифференцирующий блок 2, (фиг. 2а) , блок 3 формирова1шя последовательности импульсов, (фиг. 2Е, точка А) и одновременно счетщис 4 числа икшульсов . (фиг. 2д) Генератор 5 прямоугольных импульсов подает постоянно на урравляющий вход блока 3 и вход счетчика 4 последовательность иг.тульсо (фиг. 26). В частном случае это короткие импульсы длительностью 10 мкс, с частотой следования 1000 Гц (частота стабилизирована квар цем), положительной полярности. Блок 3 форьгарует последовательность коротких (по отношению к периоду следования) импульсов, возрастающих по амплитуде во вре мени. Скос верщикы илшульса относительно .мал (менее ОД-0,01% амплитуды),, поэтому им можно пренебречь. Koi-да поле, создаваемое коро1кими импульсами в компенсирующих катушках срав нивается со значением измеряемого магнитного 4 оля, происходит быстрое неремагничивание ердечника и на выходе блока 6 и соединенOio с HHFvi усилителя 7 появляется импульс еремагничивания (фиг. 2г, точка Б), который станавливает счетчик 4 (фиг. 2д, точка Б). Одновременно по этому же сигналу прекраается дальнейшее формирование последовательости импульсов (фиг. 2,в, точка Б). Так как нанряженность измеряемого магнитого поля нрямо пропорциональна отрезку вреени АБ и количеству подсчитанных импульов, то при соответствующем подборе масигГабнььч коэффициентов на цифровом индикаторе счетчика 4 результат соответствует напряжен юсти измеряемого поля. На этом период измере1шй заканчивается и начинается период индикации (фиг. 2, БВ). В момент времени В импульс сброса от. блока 2 приводит счетчик 4 в первоначальное состояние и устройство готово к новому циклу измерение-индикация. Питание датчика феррозондового магнитометра последовательностью импульсов возрастающих по амплитуде, позволяет улучцшть технические характеристики устройства. Точность феррозондового магнитометра повьпшется примерно в 10 раз. По данным лабораторных испытаний макета устройства она составляет 0,3-0,%. Это достигается в первую очередь благодаря уменьшению временных ошибок при формировании сигнала возбуждения датчика за счет применения кварцевой стабилизащ1и периода следования импульсов возбуж.дения. За счет питания датчика и.лпульсам11 со . стабильными крутыми фронтами существенно уменьщается вклад во временную ошибку изMepeHsm, вносимый усилителем. Уменьщение временных погрещностей приводит к стаби:шзации порога чувствительности. Он равен OJS±0,023. Иовыщение точности и дискретизации измере1шй приводят к повыщению разрешающей способности. В частаом случае при выборе частоты генератора 5, равной 1000 Гц, раз.реишющая способность на диапазоне 10 Э составляет 0,01 Э. Работа всех блоков устройства от последовательности импульсов простой формы (чаще всего прямоутольных) с относительно крутыми фронтами делает возможным щирокое примене ше стандартных, наиболее простых, надежных и .эффективньгх схемньк. решений и наиболее распространенных логических микросхем широкого применения. Формула изобретения Феррозондовый магнитометр, содержащий генератор прямоугольных импульсов, соединенный с дифференцирующим блоком, и измерительный блок, соединенный с усилителем, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности, чувствительности и разрешающей способности, он снабжен последовательно соединенными блоком фор рования импульсов, возрастающих по амплитуде во времени, вторым генератором прямоугольных импульсов и счетчиком числа импульсов, причем второй и третий входы блока формирования импульсов соединены соответственно с первыми

выходами дифференцирующего Ьлока и усилителя, а выход связан со входом измерительного блока; второй и третий входы счетчика.(импульсов соедине1п 1 со вторыми выходами диффереяцирующего блока и усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР P 530289, кл. G 01 R 33/02.

2.Авторское свидетельство СССР N 464879, кл. G 01 R 33/02, (прототип).

ллМ

ФИГ. г

г

Illlillll

ФИГ. 2