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

Изобретение относится к измерительной технике и может использовать ся в магнитометрической аппаратуре, например в геофизике, для поиска и обнаружения ферромагнитных тел, а также в биофизике и медицине. Известно устройство для измерения градиента напряженности магнитного поля, содержащее генератор возбуждения, два феррозонда с обмотками возбуждения и измерительными обмотками, соединенными с фильтром вто рой гармоники, построенное по дифференциальной схеме l , Однако это устройство имеет низкую точность измерения градиента напряженности магнитного поля. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения гр диента напряженности магнитного поля, построенное по дифференциальной схеме с компенсацией средней сос тавляющей магнитного поля, направлен ной вдоль феррозондов. Устройство включает в себя два феррозонда с обмотками возбуждения, соединенными последовательно и встречно, и с измерительными обмотками, соединенными также последовательно и встречно, генератор возбуждения, фильтр второй гармоники частоты генератора,-вход которого соединен с измерительными обмотками феррозондов, усилительнопреобразовательный блок, вход которого соединен с выходом фильтра второй гармоники, а выход - с ,компенсационными обмотками,, размещенными на феррозондах. Недостаток этого устройства заключается в низкой точности измерения, связанной с зависимостью выходного сигнала от стабильности кривой намагничивания сердечников феррозондов, от стабильности частоты и амплитуды поля возбуждения. Цель изобретения - повышение точности измерений.

Эта цель достигается тем, что в устройство для измерения градиента напряженности магнитного поля, содержащее два феррозонда, каждый из которых имеет обмотку возбуждения, измерительную и компенсационную обмотки, генератор, к выходу которого подключены соединенные последовательно и встречно обмотки возбуждения, фильтр второй гармоники частоты генератора, с выходом которого соединен вход основного усилительно-преобразовательного блока, введены последовательно соединенные широкополосный усилитель, фильтр первой гармоники частоты генератора, дополнительный усилительно-преобразовательный блок и блок деления, причем измерительные обмотки, соединенные последовательно и согласно, подключены ко входу широкополосного усилителя, к выходу которого подключен вход фильтра второй гармоники частоты генератора, а выход основного усилительно-преобразовательного блока подключен ко второму входу блока деления и через дроссель к компенсационным обмоткам, соединенным последовательно и согласно.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства для измерения градиента магнит ного поля.

Устройство содержит разнесенные Ё пространстве феррозонды 1 и 2 с обмотками 3 и t возбуждения, измерительными обмотками 5 и 6 и с компенсационными обмотками 7 и 8, генератор 9, фильтр 10 второй гармоники частоты генератора, фильтр 11 первой гармоники частоты генератора, усилительно-преобразовательные блоки 12 и 13, блок 1 деления, дроссель 15 и широкополосный усилитель 1б,

Устройство работает следующим образом.

По цепи возбуждения через обмотки 3 и t протекает переменный ток от генератора 9, создающий в каждом из феррозондов 1 и 2 поле , не доводящее сердечники феррозондов до состояния магнитного насыщения. Обмотки 3 и 4 возбуждения включены так, что переменные магнитные потоки в объеме сердечников феррозондов в каждый момент времени направлены встречно. Измерительные обмотки 5 и 6 соединены последовательно и согласно. Измеряемое поле, направленное вдоль феррозондов (Н около феррозонда

1 И H(j ОКОЛО феррозонда 2) в сравнении с полем возбуждения Нд мало и существенно не меняет общей картины перемагничивания сердечников.

Измеряемое поле (, Hjj алгебраически суммируется в объеме каждого сердечника с полем возбуждения Н и компенсационным полем Н, создаваемым обмотками 7 и 8.

Величины индукции в сердечниках феррозондов 1 и 2 , B,B{-Hj+H, с учетом разложения в ряд Тейлора по величине измеряемого поля имеют вид:

,1

И)

„ fJ,- магнитная проницаемость сердечников феррозондов; /tjj- дифференциальная магнитная проницаемость сердечников . феррозондов, причем значения

.,

М-) и Зц относятся

к значению поля HQ. Суммарная ЭДС в измерительных обмотках 5 и 6, соединенных последовательно и согласно, равна

e -sw||{B 3Q)., (2) S - поперечное сечение сердечников феррозондов; W - количество витков в измерительных обмотках. Полагая, что функция хорошо аппроксимируется зависимостью +ЬН, где а и b - коэ.ффициенты аппроксимации. Подставим разложения (1) в (2). В результате-получим

e -3sbwuJH r(AH,J -ЛН J- )oo5Wt+

+ ()H SiVi2t4Jtl..

Этот сигнал предварительно усиливается широкополосным усилителем 16 и подается на входы фильтров 10 и 11 второй и первой гармоник.

Сигналы с фильтром 10 и 11 поступают на входы усилительно-преобразовательных -блоков 12 и 13, на выходах которых сигналы равны соответственноu -3swujbkHm, (uHVuHa); ()-, где - сквозной коэффициент передачи от феррозондов до блока деления 1. Сигнал на выходе блока деления равен U а. А Н Н-} Н о,- Н л гл . т т.е. пропорционален разности () напряженностей магнитного поля вдоль феррозондов. Сигнал UQ. с выхода усилительно-преобразовательного блока 12 через дроссель 15, необходимый для исключения возникновения перемен ного тока в цепи, поступает на после довательно соединенные компенсационные обмотки 7 и 8. В известном устройстве преобразованию подвергается не суммарная, а разностная ЭДС вторичных обмоток феррозондов и выходной сигнал устройства - величина второй гармоники, равна „ u 3swMbkH(), (4) Сравнение выражений (З) и (4) показывает, что предлагаемое устройство менее чувствительно, чем известное, к нестабильности частоты и амплитуды поля возбуждения, коэффициента усиления измерительного тракта и кривой намагничивания сердечников феррозондов. Предлагаемое устройство обеспечивает на порядок более высокую точность измерений по сравнению с известным. 8 0 Формула изобретения Устройство для измерения градиента напряженности магнитного поля, содержащее два феррозонда, каждый из которых имеет обмотку возбуждения, измерительную и компенсационную обмотки, генератор, к выходу которого подключены соединенные последовательно и встречно обмотки возбуждения, фильтр второй гармоники частоты генератора, с выходом которого соединен вход основного усилительно-преобразователь-ного блока, о т л и ч а щ е е с я тем, что, с целью повы g точности измерений, в него введены последовательно соединенные широкополосный усилитель, фильтр первой гармоники частоты генератора, дополнительный усилительно-преобразовательный блок и блок деления, причем измерительные обмотки, соединенные последовательно и согласно, подключены ко входу широкополосного усилителя, к выходу которого подключен вход фильтра второй гармоники частоты генератора, а выход основного усилительно-преобразовательного блока подключен ко второму входу блока деления и через дроссель к компечсационным обмоткам, соединенным последовательно и согласно. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Афанасьев Ю,В. Феррозонды. Л., Энергия, 1969, с.151. 2.Авторское свидетельство СССР W 525901, кл. G 01 R 33/00, 197.