Магнитометр Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

(54) МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к измерени величин и направлений вектора напря женности магнитного поля в плоской системе координат в широком диапазо не частот и может быть использовано геологии, геофизике, технике магнитных измерений и других областях науки и техники. Известны приборы для измерения величины и направления вектора магни ного поля, содержащие магнитомодуляци онный датчик с концентраторами, на-к торых намотаны сигнальные обмотки, концентраторы магнитно связаны между собой посредством модулятора на котором расположена его обмотка, связанная с генератором. Сигнальные обмотки через согласующие блоки и разностные блоки связаны с фазовращателями, в схему такисе входят два сумматора и фазовый детектор с и щикатором 11. Однако обладая высокой чувстви тельностью, известные приборы имеют повышенную сшибку в определении угловых координат вектора магнитного поля. Целью изобретения является повышение точности измерения. Цель достигается тем, что в магнитометр, содержащий неперемагничивающееся ферромагнитное кольцо модулятора с обмотками возбуждения, два генератора возбуждения, два усилителя мощности, усилитель, два синхронных -детектора, подключенных входами к выходам усилителя и генераторов возбуждения, а выходами - ко входу сумматора, измерители фазы и напряжений, введены последовательно соединенные генератор поднесущей и фазорасщепитель, подключенные к его выходу два модулятора, связанные с генераторами возбуждения, выходы которых подключены к соответствующим обмоткам возбузвдения через усилители мощности, а внутри кольца модулятора помещено неперемагничивающееся копьдо с двумя взаимно перпендикулярными приемными обмотками, связанными со входами усилителя. На фиг. 1 изображена конструкция магнитомодуляционного входного блока магнитометра; на фиг. 2 - блоксхема магнитометра. Магнитометр состоит из входного магнитомодуляционного блока, в свою .очередь состоящего из внутреннего

неперемагничиваюцегося кольца 1, на котором размещены две взаимно перпендикулярные обмотки 2 и 3 канала X и канала Y, состоящие каждая из двух секций.

Внутреннее кольцо 1 будем называть приемным и обмотки 2 и 3 соответственно приемными. Снаружи приемного кольца 1 расположено ферритовое модуляторное кольцо 4, на котором расположены две модуляторные обмотки. Обмотка 5 Х-канала и обмотка б У-канала, которые геометрически совмещены и намотаны одна в одной. Входы мрду.ляторных обмоток соединены с выходами усилителей 7 и 8 мсяцности. Y-каиала и Х-канала.

Входы усилителей 7 и 8 мощности соединены соответственно с выходами модуляторов 9 и 10, которые в свою очередь соединены с генераторами 11 и 12 несущих частот Y-канала и Х-ка нала. Кроме этого, вторые входы модуляторов 9 и 10 соединены с выходами фазорасщепителя 13, вход которого в свою очередь соединен с выходом генератора 14 псднесущей. .

Приемные обмотки подключены ко входам развязывакадих устройств 15 и 16 с амплитудой коорекцией Х-канала и У-канала. выходы развязывающих устройств 15 и 16 соединены со входамк усилителя 17. Baxojof усилителя 17 соединены со входами синхронных детекторов 18 и 19 Х-канала и У-канала, вторые входы которых соединены со вторыми выходами генераторов 11 и 12 несущей частоты. Выходы синхронных детекторов 18 и 19 соединены со входами сумматора 20. Один из выходов сумматора 20 соединён с индикатором 21 амплитуды, а второй - с индикатором 22 фазы, второй вхо(ц которого соединен со вторым выходом генератора 14 поднесущей.

Работает магнитометр следующим образом.

Генератор 12 несущей частоты Х-канала генерирует синусоидальное напряжение с частотой Wx, генератор 11 Y-канала - с частотой Wy. Генератор 14 поднесутей частоты генерирует синусоидальное напряжение с частотой ft В фаэорасщепителе 13 это напряжение разделяется на два, сщвинутые по фазе на 90, т.е. с одного выхода фазовращателя снимается напряжение вида Un,sinfit, а с другого натфяженив вида DISCOS fit. Эти напряжения поступают на модуляторы 9 и 10, на втокялв входы модуляторов поступают напряжения с выходов; генераторов несущей. С выходов модулятсфов снимаются модулированные, напряжения. По Х-каналу с модулятора 10 снимается нгшряжение

Ux U| sinAt-si ,

по Y-каналу с модулятора 9 снимается напряжение

Uyi UiQcasnt sinwyt.

Эти напряжения поступают на входы усилителей мощности а оттуда на обмотки 5 и 6 модулятора. Это приводит к тому, что изменяквдаяся во времени обратная проницаемость модулятора 4 5 будет -Содержать гармоники, содержащие соста влякяцие с частотами sinnt-sinw t и cosfXt coswyt, В связи .с нелинейной характеристикой феррита спектр магнитной проницаемости будет содержать п значительно большее число гармоник, однако.они здесь рассматриваться не (будут, поскольку синхронными детекторами выделяются только зти две гармоники. Остальные гармоники на работу магнитометра влияния не оказывают. 5Благодаря магнитной модуляции

внешнего кольца, т.е. модуляции магнитного сопротивления, модулируется и поток измеряемого магнитного поля Н. Для упрощения выкладок будем счи0 тать внешнее магнитное поле постоянным во времени. Для ничастотных магнитных полей, т.е. таких, частоты которых Пц« (результаты, полученные для постоянного тока,, полностью справед5 ЛИВЫ.

Пусть вектор внешнего магнитного поля Н направлен под углом б к оси X, как это показано на фиг. 1. Тогда напряжение снимаемое с выходным катуQ шек 2 Х-канала, относительно рабочих гармоник, будет иметь вид

Lix HKWxCose- S i nnt- s i nW t + -+f HKWy cose-cosAi ..s i nWyt,(1)

аналогично для канала Y с выхода приемной обмотки 3 получаем

U-iv НК В SW nt ыи u)xtt

(S) + нк cJy sin В-соьШ-sin Оу t

где К - коэффициент пропорциональности.

Далее эти сигналы поступают в развязывающее устройства 15 и 16, у которых имеет место зависимость амплитудного коэффициента передачи от частоты в рабочем диапазоне частот вида 1/tJ. Это делается для того, чтобы выравнить амплитуды гармоник с частотами и ijy .поскольку На выходе развязывающего устройства 15 Х-канала, выходной сигнал имеет вид

U2x n iCOb0bmnt sinu)nt - 5) HK cobe-coSfJt- iM cOyt ,

на выходе развязывающего устройства Y-канала

nt-bin a))t 4 /,,

,

+ НК-,&1м8 cosnt-siM uJyt.

Усилитель 17 представляет из себя двухканальный усилитель с абсолютно идентичными каналами по амплитуднофазовым характеристикам, имеющим рабочую полосу частот с равномерной амплитудно-фазовой характеристикой, превышакяцей частотную полосу суммы полезных сигналов, т.е. все полезные гармоники в нем усиливаются строго одинаково, без вынесения дополнитель ных различных фазовых сдвигов для ра личных гармоник. Усиленные до необходимых уровней сигналы каналов поступают на входы синхронных детекторов 18 и 19. Для детектора X-канала, опорный вход ко торого связан с генератором 12 несущей X -канал а, опорной частотой является частота (д)х, поэтому на его выходе будет выделяться напряжение, определяемое выражением U3x 4K3,cos0.sinnt, 5/1 ,на выходе синхронного детектора 19 Y-канала, опорный вход которого связак с выходом генератора 11 несущей У-канала с частотой tOyr будет соответственно вьаделяться напряжение Ujx HKizbtMe COSQt(б) Напряжения с выходов синхронных детекторов поступают на входы суммирую щего устройства 20, в котором реализуется .операция Uc U3xi-изу (ль+в). (г) Таким образом, напряжение на выхо де суммирующего каскада представляет из себя синусоиду с частотой П , амплитуда которой пропорциональная величине напряженности измеряемого по ля и не зависит от ориентации вектора поля относительно координатных осей. Фаза синусоиды равна азимуталь ному углу вектора магнитного поля от носительно координатных осей и не за висит от величины напряженности поля. С одного из выходов сумматора сигнал. поступает на измеритель амплитуды, индикатор которого проградуирован в величинах напряженности измеряемого поля. Со второго выхода сумматора поступает на вход индикатора 22 фазы, на второй вход которого поступает напряжение опорной фазы с частотой от генератора 14 поднесущей. Выход индикатора фазы проградуирован в значениях азимутального угла 6. Формула изобретения Магнитометр, содержащий неперемагничивающееся ферромагнитное кольцо модулятора с обмотками возбуждения, два генератора возбуждения, два усилителя мощности, усилитель, два синхронных детектора, подключенных входами к выходам усилителя и генераторов возбуждения, а выходами - ко входу сумматора, измерители фазы и напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные генератор поднесущей и фазорасщепитель, подключенные к его выходу два модулятора, связанные с генераторами возбуждения,выходы которых подключены к соответствующим обмоткам возбуждения через усилители мсвцности, а внутри кольца модулятора помещено неперемагничивакяцееся кольцо с двумя взаимно перпендикулярными приемными обмотками, связанными со входами усилителя. Источники информации, финятые во внимание при зкспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 545939, кл. G 01 R 33/00, 1976.

00 00 Вко31 Вмд2

7Г

Зб/лв У

Выпад J(

0

(f44zJ