Устройство для измерения низкочастотных магнитных полей Советский патент 1981 года по МПК G01R33/00 

- . Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использо вано для измерения низкочастотные магнитных полей при одновременйом воздействии на устройство снльнргр постоянного магнитного ПС5ЛЯ.; Известны устройства, содержащн е магнитомодуляционньй датчик с )тками компенсации, возбуждения и мерительной,.избирательный усилитель синхронно-фазовый детектор, генера;тор возбуждения, интегрирующее RC-зв но и усилитель постоянного тока Такие устройства имеют значитёльное время установления, рабочего, рёжима при включении и при резком изме нении внешнего магнитного поля л Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения низкочастотных магнитных полей , содержащее магнитомодуляционный датчик с обмотками возбуждения/ изме рительной и компенсационной, rei epaтор возбуждения, избирательный усилитель, синхронно-фазовый Детектор, интегрирующее ftC-звено, усилитель по стоянного тока, коммутатор, дифферен цирующий блок, одновибратор и источник питания Сз... Такое устройство осуществляет быструю компенсацию постоянного магнитного поля при включении. Однако при резком изменении постоянного магнитного поля, действующего на магнитомодуляционный датчик, которое возникает, например, при его повороте или при движении ферромагнитных масс в непосредственной близости от устройства, Приргицение магнитного поля компенсируется в течение длительного времени пропорционального постоянной времени интегрирующего КС-звена, величина которой в случае приема низкочастотных полей значительна. Время компенсации может существенно возрасти также за счет того, что при больших пер епадах магнит1 ого поля напряжение на измери гельной обмотке может В.О много раз превысить уровень, при котором в петле отрицательной обратной связи (магнитомодуляционный датчик, избирательный усилитель, синхронный детектор, усилитель постоянного toKa возникает ограничение сигнала. При этом в течение всего времени компенсации уст-. ройство лишено способности принимать полезный снгнёш, то есть оно неработоспособно., Цель изобретения - повышение быстродействия. Эта цель достигается тем, что устройство, содержащее магнитомодуляционнйй датчик; измерительная и компе.нсационная обмотки КОТОРОГО под ключены к выходу устройства соответственно через синхронно-фазный детектор и через последовательно соеди ненные усилитель постоянного тока и резистор интегрирующего RC-звена, конденсатор которого одним выводом связан с выходом усилителя постоянного тока, а другим подключен к комм татору, соединенному со входе усилителя постоянного тока, дополнитель но снабжено последовательно соединен ными с измерительной обмоткой ампт тудным детектором, фильтром низких частот и компаратором, вьосод которо го соединен с управлякицим входом ком мутатора , последовательно соединенными источником опорного напряжения и pelулирующим блоком, выход которо го соединен со вторым входом компаратора. На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения низкочастотных магнитных полей. Устройство содержит магнитомодуляционный датчик 1 с измерительной обмоткой 2 и компенсационной обмоткой 3, синхронно-фазовый детектор 4 включенный между измерительной обмо кой 2 и выходом устройства, усилитель 5 постоянного тока, выход ко торого соединен с компенсационной о моткой 3, а вход через резистор 6 интегрирующего RC-звена - с выходом устройства, конденсатор 7 интегрирующего RC-звена, включенный между выходом усилителя 5 постоянного ток и коммутатором €, компаратор 9, оди вход которого подключен через после довательно соединенные амплитудный детектор 10 и фильтр 11 низких частот к..измерительной обмотке 2, а др гой вход соединен через регулирующий блок 12 с источником 13 опорного напряжения, при этом выход компаратора 9 подключен к управляющему входу коммутатора 8, Устройство работает следующим образом. При резком изменении внешнего постоянного магнитного поля на измерительной обмотке 2 образуется зн чительное по величине переменное на пряжение, обусловленное действием н магнитомодулядионный датчик 1 нескомпенсированного постоянного магнитного поля. Это напряжение выпрям ляется амплитудным детектором 10, постоянная составляющая выходного напряжения которого при любом напр лении внешнего постоянного магнитн го поля имеет одну и ту же полярно необходимую для переключения компаратора 9. Эта постоянная составляющая выделяется фильтром 11 низких частот и поступает на один вход компаратора 9. На другой вход компаратора 9 через регулирующий блок 12, определяющий уровень срабатывания компаратора 9, подается напряжение от источника 13 опорного напряжения. При превышении постоянным напряжением на выходе фильтра 11 низких частот уровня срабатывания компаратора 9 на выходе последнего возникает управляющее напряжение. Уровень срабатывания компаратора 9 устанавлив ется равным напряжению, соответствующему началу ограничений в петле отрицательной обратной связи по постоянному полю. Управляющее напряжение на выходе компаратора 9 воздействует на коиф утатор 8, который отключает вывод конденсатора 7 от входа усилителя постоянного тока 5 и соединяет его с общим проводом. При этбм происходит быстрая компенсация постоянного магнитного поля за счет того, что интегрирующее RC-звено в цепи отрицательной обратной связи образуется конденсатором 7 и малым входным сопротивлением усилителя 5 постоянного тока и его постоянная времени мала. В процессе компенсации конденсатор 7 заряжается до напряжения, необходимого для поддержания режима компенсации. Однако при таком режиме компенсации в области низких частот имеет место сильный спад коэффициента преобразования за счет того, что при малом значении постоянной времени интегрирующего RC-звена вводится глубокая отрицательная связь по переменному низкочастотному полю. После того, как постоянное поле, действунвдее на датчик, уменьшится до величины, при которой произойдет обратное срабатывание компаратора 9, коммутатор 8 отключит вывод конденсатора 7 от общего провода и подключит его ко входу усилителя 5. При этом режим автокомпенсации сохранится за счет того, что конденсатор 7 заря- . дился до соответствукяцего напряжения, и в то же время в области низких частот устройство не имеет спада коэффициента преобразования. Таким образом, при резком изменении постоянного магнитного поля устройство быстро восстанавливает работоспособность. Использование данного изобретения позволяет существенно повысить быстродействие устройства для измерения низкочастотных магнитных полей. Как показали испытания действующего макета, при резком изменении внешнего постоянного магнитного поля время неработоспособности устройства не превышает 0,1 с при ни)Кней граничной частоте 10 Гц. Столь высокое быстродействие позволяет использовать предлагаемое устройство в приемниках низкочастотных магнитных полей в случаях, когда требу ется высокая степень непрерывности процесса измерения. Формула изобретения Устройство для измерения низкочастотных магнитных полей, содержа щее магнитомодуляционный датчик, измерительная и компенсационная об мотки которого подключены к выходу устройства соответственно через синхронно-фазовый детектор и через последовательно соединенные усилитель постоянного тока и резистор интегрирующего RC-звена, конденсатор которого однимвыводом связан с выходом усилителя постоянного тока, а другим подключен к коммутатоРУ, соединенному со входом усилителя постоянного тока, отличающее с я тем, что, с целью повыше-, ния быстродействия, оно дополнительно снабжено последовательно соединенными с измерительной обмоткой амплитудным детектором, фильтром низких частот и компаратором, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, последовательно соединенными источником опорного напряжения и регулирующим блоком, выход которого соединен со вторым входом компаратора. Источники информации принятые во внимание при экспертизе 1я Беличенко А.И. Автокомпенсация постоянного магнитного поля при измерении слабых переменных магнитных полей. - Геофизическая аппаратура. Недра . . . . вып. 28, 1966.с. 16-23. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке 2597190/18-21, кл. Q01 R 33/00, .1978.