Феррозондовый магнитометр Советский патент 1980 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к магнитным измерениям с использованием феррозондов с выходом на основной частоте и может найти применение в качестве сред ства измерения преимущественно слабого постоянного или медленно меняющего ся магнитного поля при геофизических и навигационныхизмерениях, в частности для целей ориентации подвижных объектов. Известен магнитометр, содержащий феррозонд, источник прямоугольного тока в цепи возбуждения феррозонда и интегратор в цепи сигнальной обмотки, а также регулятор (переменный резистор) и измеритель тока, подключенные между источником прямоугольного тока и обмоткой возбуждения, усилитель, пороговый блок и регистратор, последовательн включенные после интегратора ij. QlHaKo данное устройство пригодно для точ1{ых измерений только в диапазоне сильных полей. Цель изобретения повышение точности измерения слабых полей. Указанная цель достигается тем, что феррозондовый магнитометр, содержащий феррозонд, источник прямоугольного тока, подключенный, к обмотке возбуждения, и интегратор, подключенный к сигнальной обмотке, снабжен также источником постоянного тока, а феррозовд выполнен на кольцевом сердечнике и снабжен обмоткой подмагничивания, соединенной с источником постоянного тока, причем обмотка подмагничивания равномерно распределена по сердечнику, сигнальная обмотка расположена на участке с дочника по оси-чувствительности феррозонда, а обмотка возбуждения охватывает тело сердечника в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности. Кроме того, сигнальная обмотка и обмотка возбуждения выполнены на магнитных каркасах, подвижных в плоскости сердечника относительно его геометрического центра. На фиг. 1 приведена электрическая схема магнитометра, а также показано взаимное расположение обмоток феррозонда на кольцевом сердечнике; на . 2 - направление действия магнитных потоков в кольцевом сердечнике; на фиг. 3 - основные кривые, поясняюише принцип перемагничивания сердечника вспомогательными полями. Магнитометр включает феррозонд на кольцевом сердечнике 1 с входа 2 для подключения источника постоянного тока подмагничивания и входа 3 для подключения источника прямоугольного тока возбуждения, интегратор 4, выполненный по наиболее распространенной схеме усилителя с частотно-зависимой обратной связью и подключенный входом к сигнальному выходу 5 феррозонда. Выход 6 интегратора является выходом магнитометра. На фиг. 1 показаны такж временная диаграмма 7 тока на входе 3 и временная диаграмма 8 ЭДС на выход 6 магнитометра. На фиг. 2, поясняющей работу феррозонда в составе магнитомет показаны сердечники 1 с осью а-а чув, ствительности, совпадающей с осью обмотки возбуждения и направления действия потоков Фо- язм яемого, во буждения и Фц - подмагничивания. Потоки Ф. и Ф распределяются по противо лежащим участкам 9 и 10 сердечника 1 как по параллельным магнитным цепям. Поток Ф„ подмагничивания действует по замкнутому магнитному контуру сердечника. Так как при измерении слабых маг нитных полей обьгано справедливо соотйошение . то магнитное состояние материала сердечника определяется действием потоков Фр. и Ф. Если в выбран ный момент времени направление потоков Фь и Ф, в участке 9 совпадает, то в тот же момент времени в участке 1О оно встречное, следствием чего является различное магнитное состояние материала данных участков. На фиг. 3 гфиведена .кривая; зависимости проницаемости материала сердеч ника от индукции В магнитного поля, а также показаны временные диаграммы изменения индукции поля возбуждения в участках 9 и 1О сердечника 1, смеще ные относительно временной оси на величину поля подмагничивания с индукцией tBf|, и результирующие временные диаграммы проницаемости ju и . материала участков 9 и 10. Последние, с учето принятых на фиг. 3 обозначений, могут быть записаны в виде + /J X(f) .() где Х( ) - единичная, знакопеременная во времени функция 41. При таком законе изменения проницаемостей материала участков 9 и Ю сердечника 1, магнитная проводимость материала сердечника до замкнутому контуру (для потока ф подмагничивания) равно как и магнитная проводимость тела сердечника в направлении оси а-а (для потоков Фц возбуждения и Фд измеряемого) остаются неизменными в любом из полупериодов возбуждения (для любого значения функции X ()). Однако распределение потоков Ф, и Фр по участкам 9 и 10 сердечника 1, как по параллельным магнитным полям, неодинаково для любого из моментов времени, а определяется соотношением магнитных проводи мостей материала данных участков. Нетрудно также убедиться, что под действием знакопеременного потока g возбуждения в сердечнике образуется постоянный размагничивающий кольцевой поток, направленный навстречу потоку Фм подмагничивания, что несущественно схгражается на работе феррозонда и магнитометра (этот поток действует по закону Ч (fc)l и достоянен ввиду постоянства во времени данной функции). Напротив, под действием постоянного измеряемого магнитного потока Ф, в зак«снутой магнитной цепи сердечника появляется знакопеременный поток Ф вица . . () тот поток выявляется в виде ЭДС е , наводимой на выводах 5 сигнадьной обмотки ) : -dt-- o7 -Btгде число витков сигнальной обмотки. Последующее интегрирование ЭДС е посредством интегратора 4 позволяет устранить частотные искажения данного сигнала из-за дифференциального вида закона электромагнитной индукции e --Kje COdt--KW t)) где 2 - ЗДС на выходе интегратора, а К - его постоянная. Таким образом, выходная ЭДС магнитометра изменяется такЖе по прямоугольному во времени закону, а ее амплиту57да и фаза 1лолярность) определяются ве личиной и направлением измеряемого по ля. ЭДС Q-2 легко преобразовать при необходимости в постоянное напряжение с величиной и знаком, соответствующими величине и направлению измеряемого поля, известными средствами, например с помощью синхро1шого детектора, управля мого непосредственно источником тока рюабуждения. Поставленная цель (высокая точность измерения слабого магнитного поля) достигается лишь при конкретном исполнении обмоток феррозонда. Обмотка под- магничивания 2 должна быть равномерно распределена по кольцевому сердечн11ку 1, чем исключается появление на сердеч нике полюсов намагничивания. Электромагнитная развязка цепей возбуждения и сигнальной обеспечивается лишь при ортогональном расположении плсх костей соответствующих обмоток. Однако для достижения качественной развязки упомянутых цепей, с учетом возможных магнитных аномалий свойств материала по контуру сердечника, целесообразно размещение обмоток возбуждения и сигнальной на подвижных каркасах.. Регу лировкой положения данных каркасов по отношению к сердечнику (поворотом сердечника) и друг другу достигается нулевой сигнал на выходе магнитометра при нулевом измеряемом поле. Устройство обеспечивает точное изме рение слабых полей, что достигается видоизмененным размещением обмоток возбуждения и сигнальной на кольцевом сердечнике, введением обмотки подмагничивания и нового (источник постоянного тока) структурного узла. 2 2 Размеще шек обмоток сигна; ьной и возбуждеш1я на подвижных каркасах достигается необходимая для точных измерений электромагнитная развязка входной (возбуждения)- и выходной (сигнальной) цепей феррозонда. Формула изобретения 1. Феррозондовый магнитометр, содержащий феррозовд, источник прямоуголь ного тока, подключенный к обмотке возбуждения, и интегратор, подключенный к сигнальной обмотке, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения слабых попей, он снабжен источником постоянного тока, а феррозонд выполнен на кольцевом сердечнике и снабжен обмоткой подмагничивания, соединенной с источником постоянного тока, причем обмотка под магничивания равномерно распределена по сердечнику, сигнальная обмотка расположена на участке сердечника по оси чувствительности феррозонда, а обмотка возбуждения охватывает тело сердечника в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности. 2. Феррозондовый магаитометр по ru 1, отличающийся тем, что сигнальная обмотка и обмотка возбуждения вьшолнены на немагнитных каркасах, подвижных в плоскости сердечника относительно его геометрического центра. Источники информашш, пршгятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 525902, кл. G О1 Р. 33/О2, 1977.

С(/

ФП

Фиг. 2