Устройство для измерения параметров магнитного поля Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛиГНИТНОГО ПОЛЯ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров магнитного по ля (составляющих вектора магнитной индукции, пространственных производных вектора магнитной индукции и т.д.), например в геофизике для проведения маг- ниторазведочных работ, в медицине для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний, в промышленности для автоматизации производственных процессов и т.д Известно устройство для измерения па раметров магнитного поля, содержащее ферромодуляционный преобразователь, удвоитель частоты, источник переменного тока, выходы которюго подключены к первому входу ферромодуляционного преобразователя и ко входу удвоителя частоты,. генератор переменного ЭДС, фазовращатель , вход которого подключен к выходу генератора переменной ЭДС, усилитель, основной синхронный детектор, первый вхо которого подключен к выходу усилителя, а второй вход - к выходу фазовращате- ЛЯ, дополнительный синхронный детектор, первый вход которого подключен к Bi-.ixoду ферромодуляционного преобразователя, а второй вход - к выходу удвоителя частоты, модулятор, первый вход которого подклзочен к выходу дополнительного синхронного детектора, а второй вход - к выходу генератора переменной ЭДС. Кроме того, известное устройство содержит регистрирующий прибор, вход которого подключен к выходу основного синхронного детектора и элемент отрицательной обратной связи, вход которого подключен к выходу основного синхронного детектора, а выход - ко второму входу первого модуляционного преобразователя. В известном устройстве выход ферро- модуляционного преобразователя подключен к фильтру (дополнительному синхронному детектору), который пропускает синфазную составляющую ЭДС второй гармоники и не пропускает как нечетные гармоники, так и квадратурную составляющую ЭДС второй гармоники. Выходной сигнал с дополнительного синхронного детектора преобразуется модулятором в переменный, усиливается, детектируется и подается на регистрирующий прибор. Следовательно, Б выходном сигнале известное устройство исключает погрешность, обусловленную вли янием нечетных гармоник и квадратурной состевляющей ЭДС второй гармоники Lll. Недостатком известного устройства является низкая точность измерения параметров магнитного поля из-оа дрейфа нуля дополнительного синхронного детектора. Дрейф нуля дополнительного синхронного Детектора в виде медленно изменяющегося напряжения преобразуется модулятором в переменное напряжение, которое затем де тектируется и поступает на регистрирую, щий прибор. Таким образом, дрейф нуля дополнительного синхронного детектора ре гистритуется как полезный сигнал в магнитном поле. Следовательно, дрейф нуля ограничивает порог чувствительности известного устройства и тем самым снижает точность измерения параметров маг- нитного поля. Цель изобретения - повышение точности измерения параметров магнитного поля Эта цель достигается тем, что устройство для измерения параметров магнитного поля, содержащее ферромодуляцнонный преобразователь, удвоитель частоты, источник переменного тока, выходы которого подключены к первому входу ферромодуляционного преобразователя и ко входу удвоителя частоты, генератор переменной ЭДС, усилитель, основной синхронный детектор, первый вход которого подключен к выходу усилителя, дополнительный сиихронный детектор, первый выход которого подключен к выходу ферромодуляционного преобразователя, элемент отрицательной обратной связи, вход которого подключен к выходу основного синхронного детектора, а выход - ко второму входу ферромодуляционного преобразователя, и регистри рующий прибор, вхой которого подключен к выходу основного синхронного детектора, снабжено коммутатором, два первых входа которого подключены к двум выходам удвоителя частоты, а третий вход - к перBOKfy выходу генератора переменной ЭДС. При этом два выхода комментатора подклю чены ко второму и третьему выходам дополнительного синхронного детектора, выход которого подключен ко входу усилителя, а второй вход основного синхронного детектора подключен ко второму выходу генератора переменной ЭДС. Такое включение коммутатора с удвоителем частоты с генератором переменной ЭДС и дополнительным синхронным детектором ослабляет влияние дрейфа нуля дополнительного синхронного детектора на результат измерения параметров магнитного поля более чем на порядок, что обеспе-т чивает уменьшение порога чувствительности предлагаемого устройства, а следовательно, и повышение точности измерений. На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 эпюры напряжений с удвоителя частоты, с генератора переменной ЭДС, с коммутатора и с выхода дополнительного синхронного детектора. Устройство (фиг. 1) содержит ферро- модуляционный преобразователь 1, удвоитель 2 частоты, источник 3 переменного тока, выходы которого подключены к первому входу ферромодуляционного преобразователя 1 и ко входу удвоителя 2 частоты, генератор 4 переменной ЭДС, усилитель 5, основной синхронный детектор 6, первый вход которого подключен к выходу усилителя 5, а второй вход - к выходу генератора 4 переменной ЭДС, дополни тельный синхронный детектор 7, первый вход которого подключен к выходу ферромодуляционного преобразователя 1, коммутатор 8, два первых входа которого подключены к двум выходам удвоителя 2 частоты, а третий вход - к выходу генератора 4 переменной ЭДС, элемент 9 отрицательной обратной связи, вход которого подключен к выходу основного синхронного детектора 6, а выход - ко второму входу ферромодуляционного преобразователя 1, и регистрирующий прибор Ю; вход которого подключен к выходу детектора 6. При этом два выхода коммутатора 8 подключены ко второму и третьему выходам детектора 7, выход которого подключен ко входу усилителя 5. Устройство работает следующим образом. При перемагничивании ферромодулицонного преобразователя 1, возбуждающим сигналом воспроизводимым источником 3 переменного тока и при наличии магнитного поля, в выходной ЭДС упомянутого преобразователя 1 возникают кратные нечетные и четные гармонические составляющие. В ферромодуляционном преобразователе 1 в качестве полезно1 о сигнала, пропорционального измеряемым параметрам магнитного поля, используется вторая гар моника. Однако в выходном сигнале ферромодуляцконного преобразователя 1 содержится не только синфазная, но и квад- ратурная составляющая ЭДС второй гарМОНИКИ. BbixoH ферромодуляционного пре-. образователя 1 подключен к первому входу дополнительного синхронного детектора 7. Второй и третий входы дополнительного синхронного детектора 7 подключены к коммутатору 8. Дополнительный детектор 7 настроен на синфазную составляющую ЭДС второй гармоники выходного сигнала ферромодуляционного преобразователя 1, поэтому сигнал с выхода упомя нутого детектора 7 пропорционален синфаз ной ЭДС второй гармоники. Информация об измеряемом магнитном поле снимается с выхода дополнительного синхронного детектора 7 в виде переменного напряжеНИН, частота которого равна частоте генератора 4 переменной ЭДС. Для попучеякя такого напряжения с выхода детектора 7, первые два входа коммутатора 8 подключены через удвоитель 2 частоты к источнику 3 переменного тока, а третий вход этого коммутатора 8 - к первому выходу генератора 4 переменной ЭДС. Частота напряжения в удвоителе 2 частоты удваивается. Импульсные напряжения U и Ufj с удвоителя 2 частоты (фиг. 2) подаются на первый и второй входы коммутатора 8 (мг. 1). При этом импульсы напряжения U/ (фиг. 2) задержаны относительно импульсов напряжения f-, на полпериода. Кроме того, на третий вход коммутатора 8 (фиг. 1) поступают импуль сы напряжения коммутации Uo, (фиг. 2) с .генератора 4 (фиг. 1), частота которых более чем на порядок меньше частоты тока и напряжения, создаваемых источником 3 переменного тока. Импульсами напряжения UTJ (фиг. 2) осуществляется уп равление коммутации дополнительного синхронного детектора 7 (фиг. 1). Так например, при положительной полярности напряжения Uo, (фиг. 2) с обоих выходов коммутатора 8 (фиг. 1).поступают на второй и третий выходы дополнительного синхронного детектора 7 импульсы напряжения коммутации Us (фиг. 2), совпадающие по времени и полярности соот- вественно с импульсами напряжений U и UA . При отр1|цательной полярности нйпра. жения U( с обоих выходов коммутатора 8 (фиг. 1) поступают на второй и третий входы детекторы 7 импульсы напряжений и к и (4ИГ. 2), сдвинутые во фазе на 18О по отношению к этим же импульсам, когда напряжение U было положительной полярности. При такой коммутации детекторы 7 (фиг. 1) и при отсутствии измеряемого магнитного поля на выходе этого детектора 7 будет напряжение Уд (фиг. 2) равное значению дрейфов нуля упомянутого детектора 7 (фиг. 1).При, наличии измеряемого магнитного поля напряжение, пропорциональное этому измеряемому полю, на ш 1ходе детектора 7 меняет полярность при смене фаз напряжений, поступающих на этот детектор 7 с коммутатора 8, в то время как полярность напряжения дрейфа нуля детектора 7 не зависит от смены фаз напряжений, поступающих с коммутатора 8. Например, при положительной полярности напряжения (фиг. 2} на выходе детектора 7 (фиг. 1) будет сигнал равный (Од + и/ ) (фиг. 2), а при отрицательной полярности напряжения U-j- ( Од- U ), где и, - напряжение пропорциональное измеряемому магнитному полю. Таким образом, с выхода детектора 7 (фиг. 1) поступает на вход усилителя 5 переменный сигнал с частотой равной частоте переменного напряжения генератора 4 переменной ЭДС и с амплитудой, пропорциональной только измеряемому магнитному полю. Усилитель 5 (фиг. 1) осуществляет усиление переменного напряжения, частота которого много больше частоты напряжения дрейфа нуля, т.е. усилитель 5 является фильтром верхних частот, поэтому на выходе усилителя 5 будет сигнал, пропорциональный .только измеряемому магнитному полю. С выхода усилителя 5 сигнал, пропорциональный измеряемому магнитному полю, поступает на первый вход основного синхронного детектора 6, на второй вход которого подано напряжение со второго выхода генератора 4 переменной ЭДС. Основной синхронный детектор 6 преобразует переменный сигнал, поступающий на его первый вход, в постоянный, пропорциональный амплитуде и фазе упомянутого сигнала. Сигнал с синхронного детектора 6 снимается регистрирующим прибором Ю и поступает через элемент 9 отрицательной обратной связи на второй вход ферромодуляционного преобразователя 1 для обеспечения необходимой отрицательной обратной связи по измеряемому магнитному полю. Повьпыение точности измерения лара метров магнитного поля предлагаемым уст ройством по сравнению с известным достигнуто благсиаря ослаблению вли5шия напряжения дрейфа нупя дополнительного синхронного детектора 7 на результаты измерений более чем на порядок. Формула изобретения Устройство для измерения параметров магнитного поля, содержащее ферромодуляционный преобразователь, удвоитель чао тоты, источник переменного тока, выходы которого подключены к первому входу фер ромодуляционного преобразователя и ко входу удвоителя частоты, генератор переменной ЭДС, усилитель, основной синхронный детектор, первый вход которого подключен к выходу усилителя, дополнительный синхронный детектор, первый вход которого подключен к выходу ферромодуляционного преобразователя, элемент отрицательной обратной связи, вход кото рого подключен к выходу основного синхронного детектора, а выход - ко втором входу ферромодуляционного преобразователя, и регистрирующий прибор, вход которого подключен к выходу основного синхронного детектора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено коммутатором, два первых входа которого подключены к двум выходам удвоителя частоты, а третий вход - к первому выходу генератора переменной ЭДС, при этом два выхода коммутатора подключены ко второму и третьему выходам дополнительного синхронного детектора, выход которого подключен к усилителю, а второй вход основного синхронного детектора подключен ко второму выходу генератора перемен ной ЭДС. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2562541/18-21, кл. G О1 R 33/02, 1978.

-Фае /

Фиг.2