Феррозондовый магнитометр Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерителям малых варианций напряженности магнитного поля, например Земли. Одним из основных факторов, ограничивающих достижение низкого порого чувствительности феррозондового магнитометра, является нестабильност нуль-пункта вследствие изменений ЭДС второй гармоники, пропорциональной второй гармонике тока возбуждения, в измерительной обмотке феррозонда. Известно устройство, в котором, с целью стабилизации нуль-пункта магнитометра, введено устройство ус тановки и стабилизации нуль-пункта феррозонда, для чего выход усилителя переменного тока через фазовраща тель со сдвигом фазы на -- соединен с одной из обмоток, например ав токомпенсационной , феррозонда. Изме рительная обмотка феррозонда, полосовой фильтр, усилитель переменного тока, фазовращатель и автокомпенсационная обмотка образуют цепь отрицательной обратной связи по ЭДС, пр порциональные напряженности измеряе мого поля и второй гармонике тока возбуждения Недостатком этого устройства и стабилизации нуль-пункта является то, что цепь отрицательной обратной связи, примененная в магнитометре, не обладает избирательностью, а компенсирует составляющие ЭДС измерительной обмотки феррозонда на глубину отрицательной обратной связи. Поэтому отношение составляющих ЭДС (отношение сигнал/помеха) и следовательно, стабильность нуль-пункта феррозонда не улучшаются. Известно .также устройство в котором на полуэлементах феррозонда размзцены дополнительные обмотки, которые по отношению к измерительной обмотке включены последовательно-встречно. Дополнительные обмотки полуэлементов феррозонда подключены ко входу цепи, состоящей из последовательно соединенных фазовращателя и делителя напряжения, выход которого включен последовательно с измерительной обмоткой феррозонда. Недостатками этого устройства установки и стабилизации нуль-пункта является то, что при изменении параметров феррозонда, фазовращателя, делителя напряжения, например от температуры, частоты и формы поля возуждения, нарушается взаимная компенация ЭДС измерительной обмотки ферозонда и напряжения делителя, проорциональной второй гармонике тока возбуждения, на входе избирательного усилителя. Возникающая разность ЭДС измерительной обмотки и напряжения делителя вызывает смещение нуль-пункта феррозонда и магнитометра. Кратич-ность нуль-пункта к параметрам феррозонда и устройства установки и стабилизации нуль-пункта приводит к необходимости индивидуальной настройки устройства установки и стабилизации нуль-пункта, что ухудшает серийнопригодность и ремонтоспособность магнитометра .

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что в магнитометре, содержащий генератор тока, выход которого соединен со входом феррозонда, два полуэлемента которого снабжены двумя последовательно- , встречно включенными дополнительными обмоткс1ми, соединенными со входом фазовращателя, и последовательно соединенные первый избирательный усилитель

синхронный детектор, второй вход которого соединен со вторым выходом генератора тока и регистрирующий блок, дополнительно введены подключенные к выходу фазовращателя второй избирательный усилитель и преобразователь напряжения в ток, выход которого соединен со входом феррозонда, а выход последнего подключен ко входу первого избирательного усилителя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема магнитометра, на фиг. 2 принципиальная электрическая схема устройства установки и стабилизации нуль-пункта.

Схема содержит генератор 1 тока, соединенный с обмоткой 2 возбуждения

феррозонда, измерительная обмотка которюго подключена ко входу избиратель ного усилителя б, подключенного к синхронному детектору 7, связанного

с генератором 1 тока и регистрирующим блоком 8. Дополнительные обмотки полуэлементов 9 и 10 феррозонда соединенные последовательно-встречно, включены по трехточечной схеме с фазовращателем 3, выполненным на резисторе 11 и конденсаторе 12. Нагрузкой фазовращателя 3 является вход второго избирательного усилителя 4, выход которого через преобразователь .5 напряжения в ток в виде резистора 5 подключен к обмотке возбуждения феррозонда 2.

Устройство работает следуклцим образом.

Генератор 1 тока, феррозонд 2, избирательный усилитель 6, синхронный детектор 7 и регистрируквдий блок 8 представляют собой схему феррозондо-аого магнитометра. При работе схемы.

генератор 1 тока создает волну поля возбуждения в обмотке феррозонде 2, в результате чего в измерительной обмотке феррозонда появляется ЭДС, пропорциональная второй гармонике то,ка возбуждения и вызывающая смещение и нестабильность нуль-пункта феррозонда и магнитометра. Одновременно на концах дополнительных обмоток, соединенных последовательно-встречно, появляется ЭДС, пропорциональная также второй гармоника тока возбуждения феррозонда. Фазовращатель 3, второй избирательный усилитель 4 и преобразователь 5 напряжения в ток преобразовывают ЭДС в ток, который складывается с током возбуждения в обмотке 2 возбуждения феррозонда. Для компенсации второй гармоники тока возбуждения в феррозонде необходимо, чтобы сдвиг фаз между второй гармоникой тока возбуждения и током второй гармоники преобразователя 5 напряжения в ток составил - 1C. Вторая гармоника тока возбуждения преобразовывается в дополнительных обмотках феррозонда в ЭДС, фаза которой сдвинута

на - относительно фазы второй гармоники тока возбуждения. Роль фазирующего устройства выполняет фазовращатель 3, фаза которого устанавливаетfC

ся равной - относительно фазы ЭДС дополнительных обмоток. Напряжение на выходе фазовращателя 3 и ток преобразователя 5 напряжения в ток оказываются сдвинутыми по фазе относительно второй гармоники тока возбуждения на величину-7Г. При этом образуется цепь oтpицaтeльнoй обратной связи по второй гармонике тока возбуждения, состоящая из дополнительных обмоток 2 феррозонда, фазовращателя 3, второго избирательного усилителя 4, преобразователя 5 напряжения в ток. В этом случае ток преобразователя напряжения в ток 5 является током отрицательной обратной связи по второй гармонике тока возбуждения феррозонда. Вторая гармоника тока возбуждения феррозонда компенсируется током отрицательной обратной связи, величина которого автоматически регулируется цр величине тока рассогласования.

В результате действия отрицательной обратной связи в измерительной обмотке феррозонда устанавливается ЭДС, пропорциональная току рассогласования, величина и нестабильность которой определяют величину и нестабильность нуль-пункта феррозонда и магнитометра. При изменении параметров феррозонда, устройства установки и стабилизации нуль-пункта меняется ток рассогласования. Чем выше стабильность параметров феррозонда, устройства установки и стабилизации 5 нуль-пункта, тем меньше изменения тока рассогласоДания и,, следовательно, нуль-пункта. Введение отрицательной обратной связи в устройство установки и стабилизации нуль-пункта позволяет уменьшить эти изменения на глубину отрицательной обратной связи. При серийном производстве и ремон ге предлагаемого магнитометра установка и стабилизация нуль-пункта фер розонда осуществляется автоматически поэтому отпадает операция индивидуальной настройки устройства установки и стабилизации нуль-пункта феррозонда, такое выполнение устройства установки и стабилизации нуль-пункта феррозонда повышает стабильность .нуль-пункта, точность измерения вари ций напряженности магнитного поля, серийнопригодность и ремонтоспособность магнитометра. Формула изобретения Феррозондовый магнитометр, содержащий генератор тока, выход которого соединен со входом феррозонда, два полуэлемента которого снабжены двумя последовательно-встречно включенными дополнительными обмотками, соединенными со входом фазовращателя, и последовательно соединенные первый избирательный усилитель, синхронный детектор, второй вход которого соединен со вторым выходом генератора тока и регистрирукяций блок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измеренийув него дополнительно введены подключенные к выходу фазовращателя второй избирательный усилитель и преобразователь напряжения в ток, выход которого соединен со входом феррозонда, а выход последнего подключен ко входу первого .избирательного усилителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР 308391, кл. G 01 R 33/00, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 561159, кл, G 01 R 33/02, 1975.