Магнитометр Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

I

Помехозащищенный магнитомодуляционный магнитометр предназначен для измерения слабых низкочастотных магнитных полей в широком диапазоне частот и может быть использован в геофизике, магнитобиологий и других областях науки и техники. .

Известны магнитомодуляционные магнитометры, предназначенные для регистрации; низкочастотных магнит- .ных полей, содержащие магнитомолуляционный датчик с приемными обмотками, обмоткой компенсации, синхронный детектор, через усилитель-ограничитель связанный с приемными обмотками, выход .которого подключен ко входу фильтра нижних частот, усилитель мощности, выход которого соединен с обмоткой ком пенсации,в входс усилителем-смесителем 1.

Недостатки устройства - отсут-, ствие автоматической компенсации переменных магнитных-полей электрического поля промышленной частоты и ее гармоник, что снижает предельную чувствительность магнитомет|за, а использование электродвигателя и механической связи в цепи автокомпенсации обуславливает .большую постоянную времени системы, что

приводит к нарушению режима компенсации при сравнительно быстрых вариациях напряженности геомагнитного поля или измерениях угловой ориентации оси магнитометра.

Цель изобретения - повышение помехозащищенности и предельной чувствительности. .

10

Поставленйая цель достигается тем, что в магнитометр, содержащий магнитомодуляционный датчик с приемными обмотками, обмоткой компенсации, синхронный детектор, через

15 усилитель-ограничитель связанный с приемныз и обмотками, выход которого подключен ко входу фильтра нижних частот, усилитель мощности, выход которого соединен с обмоткой компенсации, в вход - с усилителем смесителем, введены последовательно соединенные ограничитель, фазовый детектор,управляекий генератор импульсоб,счетчик, дешифратор, коммутатор и синхронный .фильтр, выход .которого связан со. входом усилителясмесителя, второй вход - с выходом, фильтра нижних частот,а второй вход , фазового детектора - со вторым выходом

30 счетчика. На фиг. 1 изображена функциональная схема магнитометраJна фиг..2 частотная характеристика передг1чи синхронного гребенчатого фильтра. Помехозащищенный магнитомодуляционный магнитометр (фиг.1) состоит из магнитомодуляционного датчика с локальным возбужденйей, содержащего неперемагничивающиеся ферритовые стержни- концентраторы 1 с намотанными на них приемными обмотками 2. Концентраторы 1 магнитно связана друг с другом посредством магнитного модулятора 3 с обмоткой возбуждения 4, соединенной с генератором 5 тока возбуждения. Выход приемных обмоток 2 связан со входом усилителя-ограничителя 6 , выход усилителя ограничителя 6 - со входом синхронного детектора 7, второй опорный . вход которого соединен со вторым выходом ген-ератора 5 возбуждения. Выход синхронного детектора 7 связан со входом фильтра 8 нижних частот. К выходу фильтра .8 нижних час тот подключены два эмиттерных повто рителя 9 и 10. Один из них обеспе. передачу на выход к остальным измерительным цепям магнитометра измеряемых сигналов, другой связывает выход фильт15а 8 нижних часто с контуром автокомпенсаций. Выход эмиттерного повторителя 9 связан с сигнальным входом синхронного гре- бенчатого фильтра 11, выход синхрон ного гребенчатого фильтра 11 - со входом усилителя-смесителя 12, а ег выход - со входом усилителя 13 мощности. К выходу усилителя 13 мощнос ти.,, подключена компенсационная обмотка 14. . К силовой сети подключается вход ной ограничитель 15, к выходу которого подклвзчен фазовый детектор 16, на выход ко.торого подключен управ. ляемый генератор 17 импульсов. Выход генератора 17 импульсов связан со входом счетчика .18, выход которо го связан с дешифратором 19. Дешифратор соединен с коммутатором .20 емкостей синхронного фильтра. Магнитометр работает следующим образом. В начальный момент, когда компен сация отсутствует, на выходе приемных обмоток 2 преобразующим выходным напряжением является напряжение обусловленное постоянным геомагнитным полем. Это напряжение с частото равной частоте магнитной модуляции, и большой-амппяryJ5oii поступает в усилитель-ограничитель 6 и затем в синхронный детектор 7. Фильтр 8 ниж них частот отсекает частоты модУляции и постоянную составляющую, обус ловленную гeoмaгнитны 4 полем, направляет в эмиттерные повторители 9 и 10. Сигнал постоянного тока проходит ерез синхронный фильтр 11, частотая характеристика которого изобраена на фиг. 2. Уси/1иваясь в/усилиеле 12, сигнал преобразуется в упавляющий ток в усилителе 13 мощноси. Этот ток в обмотке 14 создает омпенсирующее поле, направленное ротив постоянного геомагнитного оля. Достаточным условием компенсации вляется W (p)., , де И max - максимальное значение постоянного магнитного поля; W (р) - передаточная функция разомкнутого контура компенсации на постоянном токе (обусловленная коэффициентом передачи тракта магнигомодуляционный датчик -- усилитель- ограничитель 6 - синхронный детектор 7 фильтр 8 - эмиттерный повторитель 9 фильтр 11 - усилитель - смеситель 12, усилитель мощности 13 и компенсирующей катушкой 14); дН-- ошибка компенсации постоянного поля, : конкретно задаваема-я для данного магнитометра. Так, например, если задано более одной гаммы, то W (р) :г5-10 , что реализуется технически достаточно просто. После того, как произошла компенсация постоянного поля до уровня л Н, превалирующим сигналом помехи будет сигнал, обусловленный полем с частотой 50 Гц и его гармониками. Этот сигнал.проходит через синхронный детектор 7, фильтр 8 нижних частот, эмиттерный повторитель 9 и синхронный фильтр 11. Гребенчатый синхронный фильтр 11, управляемый напряжением 50 Гц, пропускает как эту частоту, так и все гармоники кратные ей. Данный фильтр работает на принципе синхронной циклической коммутации N емкЬстей. Если нижняя Частота синхронного гребенчатого фильтра равна f п , то частота коммутации должна быть равна . Добротность такого фильтра может быть получена как угодно большой, т.е. полосы пропускания могут быть сделаны как угодно узкими Добротность прямо пропорциональна постоянной времени фильтра и количеству емкостей N . В схеме магнитометра генератор 17 импульсов генерирует управляющие импульсы с частотой N«50 Гц. Эти импульсы поступают в счетчик 18, имеющий N различных состояний. К выходу счетчика подключен дешифратор 19, .выдающий импульсы, управляющие оМЛу татором 20, который управляет ключами емкостей синхронного фильтра 11. Так же, как и сигнгш постоянного тока,сигнал тока промышленной частоты, проходит через усилитель-смеситель 12 и усилитель 13 мощностив компенсирующую обмотку 14. В этой части работа системы компенсации переменных полей промышленной чаетоты принципиально ничем не отличается от системы компенсации постоян«ого поля. Разность фаз поля промышленной частоты и опорной частоты генератора 17 импульсов является случайной вели чиной, если последний работает в авт номном режиме. Кроме трго, возможна расхождение частоты сети и опорной частоты генератора 17. Это приводит к значительному ухуд11е1ни д свойств Iсинхронного фильтра. Для исключения этого используется контур фазовой автоподстройки. На вход ограничителя 15 подается напряжение прО1«1ышленной сети, где оно преобразуется в меандр и поступает на вход фазового детектора 16. Со второго выхода 18 меандр с частотой 50 Гц подается на опорный вход фазового детектора 16. Выходкой сигнал фазового детектора , являющийся сигналом рассогла-1. сования,, управляет фазой и частотой импульсов генератора 17. Лабораторные испытания макета ма нитометра показали, что на нем достаточно легко реализуется компенсация постоянногЬ геомагнитного поля и переменных мешающих полей с часто

Сеть

10

Buxoff тами 50 и 100 Гц до величин около 1 гаммы. Формула изобретения Магнитометр, содержащий магнитомодуляционный датчик с приемными обмотками,, обмоткой компенсации, синхронный Детектор, через усилительограничитель связанный с приемными обмотками, выход которого подключен ко входу фильтра нижних частот, усилитель мощности, выход которого соединен с обмоткой компенсации, а вход - с усилителем-смесителем, отличающийся тем, что, , с целью повышения помехоэащищенности и предельной чувствительности, в него введены последовательно соединенные ограничитель, фазовыйдетектор, управляемый генератор импульсов, счетчик, дешифратор, коммутатор и синхронный фильтр, выход которого связан со входом усилителясмесителя, второй вход - с выходом фильтра нижних частот, а второй вход фазового детектора - со вторым выхо-г дом счетчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 576828, кл. G 01 R 33/00,1975.

J t V

50 т

Фиг. Z

J,ri4

V . Л

JSO