Магнитометр Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

. ,. Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено, в частности, для измерениямагни ной индукции (напряженности) постоянного магнитного поля, и може быть использовано в геофизике,приборостроении, электро- и радиотехнике, машиностроении, медицине и других областях народного хозяйства. Известны феррозондовые .магнито метры, состЬяадие из генератора воэбуждения (с удвоителем частот1а), феррозонда, полосового усилителя, регистрирующего прибора, причем гене ратор возбуждения подключен к феррозонду .(обмотке возбуждения),а ввйход феррозонда (индикаторная обмотка через полосовой усилитель, синхронный детектор и регистрир1повдай прибор подключен к другому входу феррозонда (обмотке обратной связи) И-З-, Однако магнитометры с отрицательной обратной связью по измеряемой постоянной магнитной индукции (напряженности) имеют низкую помехоустойчивость по отношению к псмлехам полевого характера, т.е. отношение сигнал-помеха на входе синхронного детектора в магнитометрах с обратной связью меньше, чем в магнитсялетрах без отрицательной.обратной связи.Для . сохранения необходимого (нормированного) значения выходного сигнала синхронного детектора (входного сигнала регистрирующего прибора) при использовании отрицательной обратной связи необходимо пропорциЬнально увеличивать коэффициент передачи узлов прямой цепи (фе эрозонда, полосового усилителя и синхронного детектора).В связи с тем, что обратная связь существует только по полезному сигналу, а по помехе отсутствует, то происходит перегрузка полосового усили теля и, как|следствие,появление ложного сигнала, тГё пог решность в измерении. Наиболее, близкими по технической сущности являются феррозоидовые магнитометры, состоящие из генератора возбузвдения, феррозонда, полосового усилителя, синхронного детектора, регистрирующего прибора, причем генератор возбуждения подключен к феррозонду (обмотке возбуждения), а вы- , ход феррозонда (индикаторная обмотка) через полосовой усилитель и синхронный детектор подключен к регистрирующему прибору (т.е. ма-гнитометры беЭ ртрицательной обратной связи) 123 .

Олмако магнитометры без отрицательной обратной связи имеют меньший Д1иапазон линейности aIvmлитyднoй хара теристики, так как на феррозонд воздействует не разность измеряемого и компенсационного магнитных полей, а только измеряемая постоянная магнитная индукция (напряженность), т.е. феррозонд работает при больигах значениях магнитной индукции (напряженности), что и ограничивает диапазон линейности.

Целью изобретения явля.ется расширение диапазона линейности.

Эта цель достигается тем, что в магнитометр, содержащий последовательно соединенные феррозонд и усилитель, генератор возбуждения,один выход которого соединен со входом феррозонда, а другой выход - со входом синхронного детектора, выход которого соединен с регистрирующим прибором, дополнительно введены последовательно соединенные пороговый элемент, блок управления и управляющая фазосдвигающая цепь, второй вход которой подключен к выходу усилителя выход управляющей фазбсдвигающей цепи соединен с синхронным детектором, а выход порогового элемента - с выходом феррозонда.

На чертеже изображена функциональная схема устройства.

Магнитометр содержит генератор 1 возбуждения, подключенный к феррозонду 2, причем выход феррозонда 2 через полосовой усилитель 3 и управляющую фазосдвигающую цепь 4 подключен ко входу синхронного детектора 5, и одновременно выход феррозонда 2 через пороговый элемент б и блок 7 управления (например, набор ключей) подключен к управляющей фазосдвигающей цепи 4. Второй вход синхронного детектора 5 подключен к генератору 1 возбуждения, а выход к регистрирующему прибору 8.

Работа предлагаемого феррозондового магнитометра состоит в следующем.

На феррозонд 2, возбуждаемый синусоидальным током f от гене затора 1 возбуждения, воздействует измеряемая постоянная магнитная индукция (напряженность) BO(HO). Выходное напряжение U феррозочда 2, пропорциональное измеряемой магнитной индукции Вд(Н(,), подается на полосовой усилитель 3. Вьщеленное из напряжени и., полосовым усилителем,. напряжение второй гармоники частоты возбуждения и,2 S i п ( + dL) подается на управляющую фазосдвигающую цепь 4 и в зависимости от режима ее работы получает необходимглй фазовый сдвиг S i 11 (4Jrf t +oL+4). Через управляющую фазосдвкгающую цепь 4 напряжение второй гармоники подается на синхронный детектор 5, преобразуется в постоянное напряжение Од и регистрируется регистрирующим прибором 8. Величина начального сдвига фазы напряжения второй гармоники Ujf s i п (4Jf t+ci.+v) , управляемой фазосдвигающей цепью, обусловлена необходимым расширением диапазона линейности. Одновременно выходное напряжение Ujj феррозонда 2, пропорциональное измеряемой магнитной индукции, поступает на пороговый элемент 6. В зависимости от .уровня выходного сигнала U-g феррозонда 2 пороговый элемент 6 может принимать два различных состояния. При малом уровня напряжения выходной сигнал Uf, порогового элемента 6 равен нулю. Параметры управляющей фазосцвигающей цепи 4 выбираются таким образом, чтобы фазовый сдвиг между полезным сигналом на выходе полосового усилителя S () опорным напряжением U синхронного дететора 5 был отличен от нуля, т.е. раван углу Ч ( s i п (4 JT f t + cL+W) ) . Этим обеспечивается хотя и не максимальный коэффициент передачи синхронного детектора, но близкий к нему. Таким образом, работа предлагаемого устройства при малом уровне напряжения и„ не отличается от известных.

При большом уровне сигнала Uj, в конце диапазона линейности пороговый элемент 6 срабатывает, и его выходной сигнал и пропорционален его входному сигналу Uj,. Выходной сигнал порогового устройства и„ воздействует на параметры управляющей фазосдвкгающей цепи 4 через блок 7 управления посредством управляющего напряжения Ujj.B зависимости от уровня напряжения (J фазовый сдвиг между полезным сигналом на выходе полосового усилителя i п (4Л ft+ci.) и опорным напряжением синхронного детектора Uni уменьшается. Уменьшение фазового сдвига обеспечивает увеличение коэффициента передачи синхронного детектора 5, компенсируя тем самым уменьшение коэффициента передачи феррозонда 2 и расширяя диапазон линейности всего устройства

Таким образом, данный магнитометр без отрицательной обратной связи, обеспечивая необходимое расширение диапазона линейности, одновременно обладает повьпленной помехоустойчивостью и по отношению к помехам полевого- характера, т.е. обладает полотки тельными качестиами магнитометров без отрицательной обратной связи и магнитометров с отрицательной обратной связью.

Формула изобретения

Магнитометр, -содержащим последовательно соединенные феррочоид и усилитель, генератор возбуждения, один выход которого соединен ео входом феррозонда, а другой выход - со входом, синхронного детектора, выход которого соединен с регистрирующим прибором, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона линейности, в него дополнительно введены последовательно соединенные ;пороговый элемент, блок управления и управляющая фаэосдвигающая цепь,

второй вход KOTopoii подключен к выходу усилителя, выход управляющей фазосдвигающей цепи соединен с синхронным детектором, а вход порогового элемента - с выходом феррозонда.

Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе

1.Афанасьев Ю.В, Феррозонды. Л. Энергия, 1969, с, 121, 128.

2.Там же, с.10, рис. 26.