Устройство для измерения параметровпЕРЕМЕННОгО МАгНиТНОгО пОля Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ Недостатком известного устройства является невысокая точность измерений, обусловленная тем, что в нем не предусмотрены элементы коррекции сдвига фазы тока в катушке, появляющегося при изменении частоты генератора переменного напряжения, фаза тока коммутации, питающая усилитель но-преобразовательный каскад (синхронный детектор) не связана с фазой тока катушки, отсутствует возможность измерения тока в катушке синхронным способом, т.е. с использованием упомянутых усилительно-преобразовательного каскада и регистрирующего устройства. Цель изобретения - повышение точности измерений параметров переменного магнитного поля. Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения параметров переменного магнитного поля, содержащее магнитометр с направленным датчиком и подключенным к нему усилительно-преобразовательным блоком, генератор переменного напряжения звуковой частоты,.обмотку, расположенную соосно датчику, двухполупериодный синхронный детектор и подключенный к нему регистрирующий прибор, элементы цепи обратной связи по магнитному полю, подключенные к выходу усилительнопреобразовательного блока, снабжено аттенюатором напряжения и образцовым резистором, подключенным к упомянутому генератору и обмотке, масштабным блоком, последовательно соединенным с масштабным усилителем, формирователем прямоугольных импульсов тока и усилителем-ограничителем импульсов тока, а также переклю чателем рода работ, при этом масштабный блок механически сопряжен с аттенюато.ром напряжения, вход масштабного усилителя подключен к образцовому резистору, а выход - к одному из неподвижных контактов переключателя рода работ, подвижный контакт которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, а второй подвижнрмй контакт переключателя рода работ соединен с выходом усилительно - преобразовательного блока. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства для измерения параметров переменного магнитного поля. Устройство содержит магнитометр 1 с направленным датчиком 2 и усилительнопреобразовательный блок 3, генератор 4 переменного напряжения звуковой частоты, обмотку 5, включенную в цепь генератора 4 и расположенную соосно датчику 2, двухполупериодный синхронный детектор 6, регистрирующий прибор 7, элементы цепи обратной связи по полю - катушка 8 обратной связи и четырехполюсник 9, аттенюатор 10 напряжения, образцовый резистор 11, масштабный усилитель 12, масштабный блок 13, формировать . :ь 14 прямоугольных импульСОВ тока, усилитель,-ограничитель 15 импульсов тока и переключатель 16 рода работ. Аттенюатор 10 напряжения подключен к выходу генератора 4, образцовый резистор 11 включен последовательно с обмоткой 5, масштабный блок 13 механически сопряжен с аттенюатором 10 (имеют общую ручку управления), вход масштабного усилителя 12 подключен, к образцовому резистору 11, а выход - к,формирователю 14 прямоугольных импульсов тока и одному из неподвижных контактов 17 переключателя 16, подвижный контакт 18 которого соединен с сигнальным входом синхронного детектора 6, выход формирователя 14 прямоугольных импульсов через усилитель-ограничитель 15 соединен с коммутирующим входом cHHxpqHного детектора 6. Установка для измерения параметров переменного магнитного поля работает следующим образом. В обмотку 5 через аттенюатор 10 и образцовый резистор 11 подается переменный синусоидальный ток звуковой частоты, вырабатываемый генератором 4. Протекая по обмотке 5 переменный ток создает переменное поле В (t) B,sin5it , сделЕ -круговая частота и В„-амплитуда поля. Поле B(t) действует на датчик 2 магнитометра 1. Одновременно на датчик 2 действует и внешнее постоянное поле В,, например магнитное поле Земли. В результате на выходе усилительно-преобразовательного блока 3 магнитометра 1 появляется сигнал в виде суммы постоянного и переменного напряжения l/t Vi-f Csin (), где сдвиг фазы, обусловленный динамическими характеристиками магнитометра 1. Постоянная составляющая напряжения Ve, поступая на четырехполюсник 9, в общем случае выполняющего роль фильтра нижних частот, вызывает в катущке 8 обратной связи ток, уравновещивающий в объеме датчика 2 магнитомет ра 1 постоянное поле Во. Компенсация постоянного поля В обеспечивает благоприятный режим для измерения параметров переменного магнитного поля B(t). В режиме измерения, когда подвижный контакт 18 переключателя 16 замкнут с верхним неподвижным контактом 17, выход маг-, нитометра 1 соединен с сигнальным входом синхронного детектора 6. При этом, если используется двухполупериодный синхронный детектор, то постоянная составляющая Vb или ее часть не вызывают на выходе ложногосигнала. Показания регистрирующего прибора 7 в этом случае пропорциональны только измеряемому параметру переменного поля B(t). Прц этом точность измерений не будет зависеть от изменения амплитуды и частоты поля B(t), поскольку с уменьшением амплитуды тока, вырабатываемого генератором 4, увеличивается в соответствующее число,раз масштаб усилителя 12, что

достигается за счёт механического сопряжения аттенюатора 10 напряжения с масштабным блоком 13, при изменении частоты генератора 4 сдвиг фазы тока в обмотке 5 учитывается за счет того, что вход масштабного усилителя 12 подключен к образцовому резистору 11, включенному последовательно с обмоткой 5, а его выход - к формирователю 14 прямоугольных импульсов тока, а затем через усилитель-ограничитель 15 - к коммутируюшему входу синхронного детектора 6. Следовательно, в установке автоматически учитывается не только сдвиг фазы тока в цепи обмотки.5, но и осуществляется жecfкaя связь между фазой тока обмотки 5 и тока коммутации, питающего синхронный детектор 6, независимо от изменения амплитуды и частоты генератора 4.

В режиме контроль тока когда подвижный контакт 18 переключателя 16 замкнут с нижним неподвижным контактом 19 с сигнальным входом синхронного детектора 6 будет соединен выход масштабного усилителя 12. Показания прибора 7 в этом случае пропорциональны измеряемому параметру тока, протекающему в обмотке 5. В силу причин, указанных выше, точность измерения параметров тока также не будет зависеть от изменения амплитуды и частоты генератора 4. Следовательно наряду с обеспечением высокой точности измерения параметров переменного поля, создаваемого обмоткой 5, в предлагаемой установке обеспечивается и высокая точность измерения параметров тока, протекающего в обмотке 5.

Возможность последовательного измерения параметров переменного поля и переменного тока синхронным способом сообщает предлагаемой установке прецизионные свойства. Эти свойства определяются степенью взаимнокоррекляционной фильтрации периодических сигналов на фоне некогерентных помех и щумов и тем выше, чем больше время интегрирования результатов перемножения полезного сигнала с некоторой весовой функцией, изменяющейся синхронно и синфазно с сигналом. В устройстве роль перемножителя и интегратора выполняет двухполупериодный синхронный детектор 6, роль канала формирования синфазной весовой функции выполняют образцовый резистор И, включенный последовательно с.обмоькой 5, масштабный усилитель 12 с масштабным блоком 13, формирователь 14 прямоугольных импульсов тока и усилитель-ограничитель импульсов тока 15.

Предлагаемое устройство может быть использовано в практике определения магнитных характеристик вешеств, в частности магнитной восприимчивости, при воздействии переменных полей различных частот. Испытуемый образец при этом размещается вблизи обмотки 5 и датчика 2 магнитометра 1. Устройство может быть использовано также для скрытого поиска или счета намагниченных и проводящих объектов. В метрологической практике устройство может быть использовано в качестве образ-цовой меры при поверке магнитометров переменных полей. В этом случае магнитометр 1, содержащий направленный датчик 2.и усилительно-преобразовательный блок 3 как раз и является поверяемым. Изменяя амплитуду и частоту переменного тока, протекающего в обмотке 5, а также амплитуду переменного напряжения на выходе магнитометра 1 с помощью синхронного детектора 6 и регистрирующего прибора 7, можно получить семейство градуированных характеристик магнитометра 1 с учетом его динамических свойств .

Предлагаемое устройство позволит повысить точность измерений параметров переменного магнитного поля более чем на порядок. При этом высокая разрешающая способность установки обеспечивается и при наличии значительного уровня внещних некогерентных помех, т.е. в процессе эксплуатации установки не возникает необходимость в применении экранирующих камер (экранов), защищающих установку от внешних помех.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров переменного магнитного поля, содержащее магнитометр с направленным датчиком и подключенным к нему усилительно-преобразовательным блоком, генератор переменного напряжения звуковой частоты, обмотку, расположенную соосно датчику, двухполупериодный синхронный детектор и подключенный к нему регистрирующий прибор, элементы цепи обратной связи по магнитному полю, подключенные к выходу усилительно-преобразовательного блока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено аттенюатором напряжения и образцовым резистором, подключенным к упомянотому генератору и обмотке, масштабным блоком, последовательно соединенным с масштабным усилителем, формирователем прямоугольных импульсов тока и усилителем-ограничителем импульсов тока, а также переключателем рода работ, при этом масштабный блок механиче.ски сопряжен с аттенюатором напряжения, вход масштабного усилителя подключен к образцовому резистору, а выход - к одному из неподвижных контактов переключателя рода работ, подвижный контакт которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, а второй подвижный контакт переключателя рода, работ соединен с выходом усилительно-преобразовательного блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Афанасьев Ю. В., Студенцов Н. В., Хорев В. Н., Чечурина Е. Н. и Щелкин А. П.

Средства измерения параметров магнитного поля. Л. «Энергия, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР № 106425, кл. G 01 R 33/16, 1960.