Преобразователь магнитной индукции в частоту Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

(5) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В ЧАСТОТУ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и, в частности к преобразователям типа магнитная индукция-частота. Известен преобразователь магнитная индукция-частота, содержащий каскадно соединенные фильтр нижних частот, управляемый генератор для воздействия на него измеряемой магни ной индукции, смеситель, выход которого соединен с выходом устройства, генератор опорной частоты с выходом, соединенным со вторым входом смесите ля, выпрямитель положительного полупериода напряжения и шину питания постоянным напряжением Q3 Однако с помощью этого преобразов теля невозможно достигнуть нужной точности, 4to объясняется разными условиями эксплуатации сердечника, различием параметров и подверженностью сердечников трансформатора изменениям состояния под действием измеряемого магнитного поля. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Указанная цель достигается тем, что в Преобразователь мапнитной индукции в частоту, содержащий последовательно соединенные фильтр нижних частот, управляемый генератор и смеситель, выход которого соединен с выходом устройства, генератор опорной частоты, выход которого соединен со вторым входом смесителя, а также выпрямитель положительного полупериода напряжения, введены выпрями тель отрицательного полупериода напряжений и сумматор, выход которого соединен со входом фильтра нижних частот, а входы - с выходами обоих выпрямителей, входы которых соединены с выходами управляемого генератора. На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг.2временные диаграммы работы устройства. Устройство содержит фильтр t нижних частот 5 состоящий из резистора 2, параллельно соединенного с ним конденсатора 3( управляемый генераторi, выполненный на основе схемы магнитополупроводникового генератора Роера, собранный на транзисторах 5 и 6 обмотках 7s 8, 9 и 10 трансформатора, в качестве которого используется феррозонд с одним или двумя сердеч- . никами 11 и 12, смеситель 13. Генератор опорной частоты Н выполнен аналогично управляемому генератору t. , Выпрямители положительного и отрицательного полупериодов напряжения 15 и 16 выполнены в виде диодов 17 и 18 и соединенных с ними конденсато ров 19 и 20, а сумматор 21 выполнен на операционном усилителе 22. Устройство работает следующим образом. При наличии одиночного замкнутого или разомкнутого сердечника, внешнее магнитное поле приводит к появлению широтно-импульсной модуляции колебания генератора k при неизменной частоте; то есть по преобразованию (магнитное поле - интервал времени). При включении напряжений питания схе мы в силу неодинаковости характеристик транзисторов 5 и 6 ток коллектора одного из них, например, 6, окзгьзается больше, чем ток другого. Тогда напряжение, наводимое в первичной обмотке 7 трансформатора буД..5Т сгюсобствовать увеличению тока трана:-- стора б и уменьшению тока тран зкстооа 5, что вызовет появление на базовых (первичных)обмотках трансфор маторов соответственно открывающего i-i 3 ; пирающего напряжения. Это приводит к дальнейшему росту тока транзис тора 6 и уменьшению тока транзистора 5, в результате транзистор 6 полностью открывается, а транзистор 5 закрывается, благодаря чему происходит насыщение и отсечка соответствен ное, За время, в течение которого тра зистор 6 находится в режиме насыщения происходит перемагничивание сер дечника 11 трансформатора из состояВ состояние + В, S индукция, соответствующая насыщению сердечника, при этом на обмотке 7 трансформатора индукцируется ЭДС, благодаря которой происходит перемагннмизание сердечника трансформатора в противоположном направлении. 8 4 При достижении сердечником 12 состояния + В5 ЭДС, наводимая в базовой (первичной) обмотке резко падает. Ток транзистора 6 уменьшается. ЭДС наводимая в первичной обмотке трансформатора, также начинает уменьшаться, способствуя дальнейшему уменьшению тока транзистора 6 и увеличению тока транзистора 5. 8 результате лавинообразного процесса, транзистор 6 закрывается, а транзистор 5 открывается, что приводит к изменению направлений перемагничивания сердечников 11 и 12 трансформаторов. Далее процессы в схеме повторяются. Действие измеряемого магнитного поля приводит К уменьшению времени перемагничивания сердечников 11 и 12, таким образом происходит увеличение рабочей частоты преобразователя. При изменении значения индукции измеряемого магнитного поля, изменится частота выходного сигнала управляемого генератора k и одновременно с этим произойдет смещение нулей линии этого напряжения за счет четных гармоник (фиг. 2и), однако при неизменной температуре сумма напряжений, получаемых с помощью диодов 17 и 18 и конденсаторов 19 и 20, выпрямителей 15 и 16 останется также неизменной, что и должно наблюдаться при отсутствии возмущающих воздействий. Это суммарное напряжение совместно с напряжением питания устройства через сумматор 21 и фильтр 1 нижних частот подводится ко входу генератора 4, что способствует стабилизации его начальной частоты. При изменении температуры или других возмущающих воздействий (дестабилизирующих факторов)Суммарное напряжение на конденсаторах 19 и 20 также изменится вследствие изменения индукции насыщения а сердечниках 11 и 12 феррозондов управляющего генератора k (фиг. 26). Это изменение через сумматор 21, собранный на операционном усилителе 22 фильтр 1, резистор 2 и конденсатор 3 - передают на вход управляемого генератора , что приводит к восстановлению требуемого значения начальной частоты управляемого генератора 4. Закон переключения транзисторов мультивибратора,на основе которого собран управляемый магнитным полем генератор .4 показан на фиг. 26. При прямоугольном законе перемагничивания индукция в сердечниках 11 и 12 феррозонда нарастает по линейному закону до уровня насыщения (фиГо2б) после чего дальнейший рост индукции не происходит. Во вторичной обмотке феррозонда индуктируется напряжение, показанное на фиг, 2в. Выпрямляя отдельно положительную полуволну (фиг, 2г), отрицательную полуволну (фиг. 2д), а затем суммируя их,получ результирующее напряжение (фиг. 2е), которое через фильтр 1 подается для питания управляющего генератора i. Если в результате воздействия дестабилизирующих факторов изменяется уро вень индукции насыщения, как изображ но пунктиром на фиг, 26, то вследствие этого изменится и суммарный сигнал(фиг, 2е), причем так, что при ис пользовании его в качестве напряжения питания управляемого генератора k начальная частота его остается неизме ной,что и нужно для исключения погрешн ,ти от температуры и других возмущаю щих воздействий. отсутствии возмущений под действием только магнитного поля произойдет смещение нулевой линии (фиг. 2и), при котором уровни положительного и отрицательного полупериодов станут неравными между собой, но сумма этих уровней сохранится. Использование преобразователя магнитное поле - частота при дефектоскопии в электросварке, литейном производстве, разведке полезных 96 |ископаемых, например, с помощью спутиноковых систем и в других областях позволит повысить точность преобразования магнитного поля и эквивалентный параметр - частоту, что повысит точность съема измеряемых параметров ориентировочно на . Формула изобретения Преобразователь магнитной индукции в частоту, содержащий последовательно соединенные фильтр нижних частот, управляемый генератор и смеситель, выход которого соединен с выходом устройства, генератор опорной частоты, выход которого соединен со вторым входом смесителя, а также выпрямитель положительного полупериода напряжения, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности преобразователя в него введены выпрямитель отрицательного полупериода напряжений и сумматор, выход которого соединен со входом фильтра нижних частот а входы - с выходами обоих выпрямителей, входы которых соединены с выходом управляемого генератора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Семенов Н.М., Яковлев Н.И. Цифровые феррозондовые магнитометры, Л,, Энергия, 1978, с. 71-72