Способ измерения переменной магнит-НОй иНдуКции и уСТРОйСТВО для ЕгООСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

, 1

. Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения магнитной индукции переменного поляг исследования магнитной, восприимч.ивости материалов, частотного зондирования при геофизической разведке/ поверки мер магнитной индукции, градуировки магнитометров, измерения остаточной намагниченн.ости горных пород и других измерениях в условиях промышленных помех.. .

Известен способ измерения переменных магнитных полей, основанный на измерении вторичных ЭДС и ЭДС комбинационных частот, образованных частотой тока возбуждения феррозонда и измеряемого поля, по которым судят о параметрах магнитногр поля.

Устройство,реализующее данный .способ , содержит феррозонд генератор возбуждения феррозонда и анализатор спектра с ручной настройкой на требуемые частоты или панорамный с преобразованием частотного спектра феррозонда во временной интервал для наблюдения на экране амплитудных и частотных параметров выходного сигнала феррозонда ll .

Недостатками известных способа и устройства измерения переменной магнитной индукции являются: низкая точность измерения, обусловленная влиянием постоянного и переменного, внешних магнитных .пом.ех и . нейлинейной характеристикой преобразования феррозонда от величины измеряемой переменной магнитной индукции, ограниченный

0 частотный диапазон измерения ЭДС комбинационных частот, находящихся в окрестностях ЭДС- четных гармоник возбуждения .феррозонда, вызванный недостаточной избирательностью по соседне5му каналу анализатора спектра.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, основанный на преоб-. разовании магнитной индукции кангшом магнитометра в выходное синфазное на0пряжение, демодуляции его опорным синфазным напряжением, преобразовании и нормировании в постепенное напряжение и его регистрации.

Устройство для осуществления данно5го способа содержит генератор низкой, частоты, подключенный к катушке магнитной индукции и к управляющему входу второго синхронного детектора, магнитометр, включающий феррозонд с

0 генератором частоты, избирательный усилитель, первый синхронный детекто микроамперметр и фильтр нижних частот, второй синхронный детектор, регистратор . Первый выход генератора частоты связан с феррозондом, а второй - с управляющим входом первого синхронного детектора.Выход феррозонда через избирательный усилитель, сигнальный вход и выход первого синхронного детектора, микроамперметр и фильтр нижних частот подключен к обмотке отрицательной обратной связи феррозонда, образуя замкнутую цепь. Выход.первого синхронного детектора через фильтр верхних частот, сигналь ный вход и выход второго синхронного детектора связан с регистратором 2 Недостатком этого технического решения для измерения переменной маг нитной индукции является низкая точность и ограниченный частотный диапа зон . Цель изобретения - повышение точности измерения переменной магнитной индукции и расширение частотного диа пазона в инфранизкочастотную область Указанная цель достигается тем, что в -способе измерения,переменной магнитной индукции, заключающемся в преобразовании магнитной индукции в выходное синфазное напряжение, демодуляции его опорньви синфазным напряжением, преобразовании и нормировании в постоянное напряжение, выход ное синфазное напряжение суммируют с выходными постЪянными напряжениями, демодулируют синфазным и противо фазным опорным напряжением, линейно инвертируют, после преобразования и нормирования сумму выходных постоянных напряжений преобразуют в постоян ную магнитную индукцию и суммируют Ос измеряемой переменной. Способ осуществлен с помощью уст ройства, содержащего генератор низких частот, подключенный к катушке магнитной индукции и к первому вхо,ду первого синхронного детектора, последовательно соединенные блок компенсации магнитной индукции. Первичный преобразовательный и электрон ный, блок магнитометра, выход которог соединен со входом первичного преобра зователя и со вторым входом первого синхронного детектора, и регистратор, и снабженного двумя интеграторами, инвертором, суммирующим усилителем и вторым синхронным детектором подключенным первым входом через инвертор к выходу генератора низкой . частоты, вторым входом - к выходу электронного блока магнитометра, а выходом - через первый интегратор со своим третьим входом, выхолол интегра торов подключены к входам регистратора и суммирукядего усилителя, выход первого синхронного детектора через второй интегратор связан со своим третьим входом, а выход суммирующего усилителя подключен ко второму входу первичного преобразователя. На фиг. 1 изображена структурйая схема устройства-, на фиг. 2 - диаграмма, поясняющая принцип работы устройства. Устройство содержит (см. фиг. 1) генератор 1 низких частот, подключенный к катушке магнитной индукции 2, IK управлякяцему входу синхронного детектора 3 и к входу инвертора 4. Первичный преобразователь 5 выходом подключен к входу электронного блока 6 магнитометра, выход которого подклю- . чен к входу первичного преобразователя 5 и к первым сигнальным входам синхронных детекторов 3 и 7. Выход инвертора 4 подключен к управляющему синхронного детектора 7. Выходы синхронных детекторов 3 и 7 подключены соответственно к входам интеграторов 8 и 9. Выход интегратора 8 подключен к второму сигнальному входу синхронного детектора 3 и к вторым входам регистратора 10 и суммирующего усилителя 11. Выход интегратора 9 подключен к второму сигнальному входу синхронного детектора 7 и к первым входам регистратора 10 и суммирующего усилителя 11, выход которого соединен с входом первичного преобразователя 5, к которо- . му подключен блок 12 компенсации магнит-ной индукции. Способ реализуется с помощью устройства следующим образом. На первичный преобразователь 5 воздействуют сигнсшы магнитной ийдукции поля Земли и промышленных помех. Эта суммарная магнитная индукция компенсируется до нуля на момент времени разового наблюдения с помощью блока 12 компенсации магнитной индукции. 8дальнейшем на первичный преобразователь 5 воздействуют вариации магнитной индукции этих сигналов относительно скомпенсированного уровня. С помощью катушки магнитной индукции 2, по которой протекает ток генератора 1 низких частот, создается переменная магнитная индукция, которая также воздействует на первичный преобразователь 5 и на выходе электронного блока 6 магнитометра возникнет синфазное току генератора 1 низких частот выходноенапряжение магнитометра, к которому добавляется напряжение помех. По цепи с выхода электронного блока 6 на вход первичного преобразователя 5 осуществляется отрицательная обратная связь по постоянной и переменной магнитной индукции i Выходное синфазное напряжение . с помехами с выхода электронного блока 6 суммируют с выходными постоянными напряжениями интеграторов 8 и 9на первых и вторых сигнальных входах синхронных детекторов 3 и 7 и демодулируют синфазным и противофазным напряжением генератора 1 низких частот и инвертора.4 соответственно, при этом на выходе одного синхронного детектора (допустим синхронного детектора 3) возникают положительные полупериоды синфазного с напряжения, а на выходе другого - отрицательные. Интеграторы 8 и 9 инвертируют и преобразуют полупериоды синфазного сигнала в постоянные на(Пряжения UCP и Ucpi которые подаются .J

на вторые сигнальные входы синхронных детекторов 3 и 7 в противофазе положительным и отрицательным полу.периодом сигнала Магнитометра в моменты времен от t-, до t и от 1, до t (см, фиг. 2). Рост выходных напряжений и интеграторов 8 и 9 происходит до величин, при которых площади прямоугольников, основанием которых являются интервалы времени t t t полупериодов 20 синфазного напряжения, будут равны площадям положительного и отрицательного полупериодов напряжения в эти же интервалы времени (площади заштрихованы) . Средние значения несинфаз- 25 ных напряжений (помех), проходящих через синхронные детекторы 3 и 7 на входы интеграторов 8 и 9 равны нулю, при этом будут равны нулю рапряжения помех на выходах этих интеграто- Q ров. Регистратор 10 измеряет разность выходных напряжений Ujp и UCP интеграторов 8 и 9. Изменение нулевого уровня электронного блока б магнитометра из положения ot в положение ,с О t приводит к изменению напряжеНИИ и UCP интеграторов 8 и 9, но разность между ними остается прежней и per- Следует- иметь в виду, что и постоянные интегрирования интеграторов 8 и 9, и коэффициенты обратной 40 связи с выходов интеграторов 8 и 9 на входы синхронных;детекторов 3 и 7 должны быть равны. При этих условиях привязка выходных напряжений интеграторов 8 и 9 к средним значениям син- 45 фазного выходного напряжения магнитометра не зависит от внешних магнитных помех, магнитных шумов первичного преобразователя 5 и шумов электроники, не синхронных с частотой генера- CQ тора 1 низких частот. Нормирование информативного параметра сигнала, заключающееся в подборе соотношений сопротивлений с выхода электронного блока 6 на первые сигнальные входы синхронных детекторов 3 и 7 и с вы- . ходов интеграторов 8 и 9 на их вторые сигнальные входы, позволяет измерять средние, амплитудные и действующие значения синусоидальной магнитной индукции. Кроме того, устройст- 60 во позволяет измерять амплитуду магнитной индукции, изменяющейся в виде периодической последовательности импульсов или миандра. Подключение к

выходам интеграторов 8 и 9.; сугФяи- 65

рующего усилителя 11, выход которого соединяется с входом первичного преобразователя 5, приводит к стабилизации режима измерения магнитомет- ра благодаря отрицательной обратной связи по магнитной индукции,.которая осуществляется путем преобразования выходного тока суммирующего усилителя 11 в магнитную индукцию на входе первичного преобразователя 5 посредством обмотки обратной свяЪи. Приведенная диаграмма на фиг. 2 справедлива при отсутствии суммирующего усилителя 11 с его связями в устройстве. Наличие суммирующего усилителя 11 с коэффициентом передачи много больше единицы позволяет при отрицательной обратной связи с его выхода на вход первичного преобразователя 5 скомпенсировать постоянную составляющую напряжения О.О., на выхо - де электронного блока 6, при этом временная ось Ot займет положениеGL,T или в окрестности этой оси, определяемой коэффициентом передачи суммирующего усилителя 11. Наличие этой отрицательной обратной связи не позволяет медленным вариациям магнитной индукции поля Земли или промышленных помех вывести магнитометр при работе на чувствительном пределе измерений из диапазона измерений. Интеграторы 8 и 9, построенное на операционных усилителях, позволяют получить постоянные времени интегрирования несколько тысяч секунд. В связи с этим частотный диапазон измерения переменноймагнитной индукции может быть снабжен до сотых долей герца.

Таким образом, способ и устройство для его реализации обеспечивают повышение точности измерения переменной магнитной индукции и расширение частотного диапазона в инфранизкочастотную область.

Формула изобретения

1. Способ измерения переменной магнитной индукции, заключакщий в преобразовании магнитной индукции в выходное синфазное напряжение, демодуляции его опорным синфазным напряжением, преобразовании и нормировании в постоянное напряжение, отличающийся тем, что, с целью повышения точйости и расширения частотного диапазона в инфранизкочастотную область, выходное синфазное напряжение суммируют с выходными постоянными напряжениями, демодулируют синфазным и противофазным опорным напряжением, линейно инвертируют, после преобразования и нормирования сумму выходных постоянных напряжений преобразуют в постоянную магнитную индукдню и суммируют с измеряемой перемен ной .. 2. Устройство для осуществления способа, по п. 1, содерж,ащее. генерато низких частот, подключенный к катушке магнитной индукции и к первому входу первого синхронного детектора, последовательно соединенные блок ком пенсации магнитной индукции, первичный преобразователь и электронный блок магнитометра, выход которого соединен со входом первичного преобр зователя и со вторым входом первого синхронного детектора, и регистратор, отличающееся тем, что, оно снабжено двумя интеграторами, инвертором, суммирующим усилителем и вторым синхронным детектором, , подключенным первым входом черезинвертор к выходу генератора низкой частоты, вторым входом - к выходу электронного блока магнитометра, ч выходом -- через первый интегратор со своим, третьим входом, выходы интеграторов подключены к входам регистратора и суммирующего .усилителя, выход первого синхронного детекторачерез второй интегратор связан со. своим третьим входом, а выход суммирующего усилителя подключен ко второму входуVпервичного преобразователя. Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе 1.Авторское, свидетельство СССР 457944, кл. G 01 Р 33/02, 1974. 2.Афанасьев Ю.В., Студендов Н.В. и др. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. Л., Энергия, 1972, с. 200-201.