Устройство для измерения параметров магнитного поля Советский патент 1982 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров магнитного полИ (составляющих вектора магнитной индукции, пространственных производных вектора магнитной индукции и т.д.), например в геофизике для проведения магниторазведочных работ, в медицине для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний, в промышленности для автоматизации производственных процессов и т.д. Известно устройство для измерения параметров магнитного поля, которое содержит ферромодуляционный преобразователь, удвоитель частоты, первы генератор, выходы которого подключен к первому входу ферромодуляционного преобразователя и ко входу удвоителя частоты, второй генератор,первый син хронный детектор, первый вход КОТОРО ГО подключен к выходу ферромодуляционного преобразователя, а второй вход - к выходу удвоителя частоты, модулятор, первый вход которого подключен к Выходу первого синхронного детектора, а второй вход - к выходу второго генератора, фазовращатель, вход которого подключен к выходу второго генератора, усилитель,второй синхронный детектор, первый вход которого подключен к выходу усилителя, а второй вход - к выходу фазовращателя. Кроме того, известное устройство содержит регистрирующий прибор, вход которого подключен к выходу второго синхронного детектора, и элемент отрицательнее обратной связи, вход которого подключен к выходу второго синхронного детектора, а выход ко второму входу ферромодуляционного преобразователя. Выход ферромодуляционного преобразователя подключен к фильтру (первому синхронному детектору),который пропускает синфазную составляющую ЗДС второй гармоники и не пропускает как нечетные гармоники, так и квадратную составляющую ЗДС второй гарМОНИКИ. Выходной сигнал с первого синхронного детектора преобразуется модулятором в переменный, усиливаетется, детектируется и подается на ре гистрирующий прибор, в выходном сигнале известное устройство исключает погрешность, обусловленную влиянием нечетных гармоник и квадратурной сос тавляющей ЭДС второй гармоники иJ. Недостатком известного устройства является низкая точность измерения параметров магнитного поля из-за дрейфа нуля первого синхронного детектора. Дрейф нуля первого синхронного детектора в виде медленно изменяющегося напряжения преобразуется модулятором в переменное напряжение, которое затем детектируется и поступает на регистрирующий прибор.Таким образом, дрейф нуля первого синхронного детектора регистрируется как по лезный сигнал в магнитном поле.Следовательно, дрейф нуля ограничивает порог чувствительности известного устройства и тем самым снижает точность измерения параметров магнитного поля. Цель изобретения - повышение точности измерения параметров магнитног поля. Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения па раметров магнитного поля, содержащее последовательно соединенные первый генератор, ферромодуляционный преобразователь, первь1Й сиАхронный детектор, усилитель, второй синхронный де тектор и регистрирующий прибор, вход которого через элемент отрицательной обратной связи соединен со вторым входом ферромодуляционного преобразо вателя , снабжено вторым генератором и формирователем разностной частоты, первый и второй входы которого подключены к выходам первого и второго генераторов, при этом выход первого генератора подключен ко входу второго, а выход второго генератора - ко второму входу первого синхронного детектора, выход формирователя часто ты соединен со вторым входом второго синхронного детектора. Применение формирователя разностной частоты в предлагаемом устройств и такое включение его и первого синхронного детектора с первым и вторым генераторами, усилителем и вторым синхронным детектором ослабляет влияние дрейфа нуля первого синхронного детектора на результат измерения параметров магнитного поля на два, и более порядка, что обеспечивает уменьшение порога чувствительности предлагаемого устройства, а следовательно, и повышение точности измерения. На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения параметров магнитного поля. Устройство содержит ферромодуляционный преобразователь 1, первый генератор 2, выход которого подключен к первому входу ферромодуляционного преобразователя 1, первый синхронный детектор 3, первый вход которого подключен к ВЫХОДУ ферромодуляционного преобразователя 1, второй генератор , усилитель 5) регистрирующий прибор 6, второй синхронный детектор 7, первый вход которого подключен к выходу усилителя 5. а выход - ко входу регистрирующего прибора 6, элементе отрицательной обратной связи, вход которого подключен к выходу второго синхронного детектора 7, а выход - ко второму входу ферромодуляционного преобразователя 1 , и формирователь 9 разностной частоты, первый вход которого подключен к выходу первого генератора 2, ё второй вход - к выходу второго генератора i. Выход формирователя 9 разностной частоты подключен ко второму входу второго синхронного детектора 7. Второй вход первого синхронного детектора 3 подключен к выходу второго генератора , а выход этого детектора - ко входу усилителя 5. Устройство работает следующим образом. При перемагничивании ферромодуляционного преобразователя 1 возбуждающим сигналом с частотой f , воспроизводимой первым генератором 2, и при наличии магнитного поля,в выходной ЭДС ферромодуляционного преобразователя 1 возникают кратные нечетные и четные гармонические составляющие. В ферромодуляционном преобразователе 1 в качестве полезного сигнала, пропорционального измеряемым параметрам магнитного поля, используется вторая гармоника. Выход ферромодуляционного преобразователя 1

59

подключен к первому входу первого синхронного детектора 3. Второй вход первого синхронного детектора 3 подключен к выходу второго генератор Ц, частота напряжения которого отличается от второй гармоники первого генератора 2 на /if.

При наличии измеряемого магнитного поля на выходе ферромодуляционного преобразователя 1 появляется сигнал второй гармоники, который в первом синхронном детекторе 3 преобразуется в сигнал суммарной и разностной частоты, равной 2f t f,, где f 2 - частота второго генератора k, Напряжение разностной частоты выделяется фильтром нижних частот первого синхронного детектора 3 и далее используется как полезный сигнал. Напряжение с выхода первого синхронного детектора 3 усиливается усилителем 5 и подается на второй синхронный детектор 7.

На второй вход второго синхронного детектора 7 поступает опорное напряжение с частотой, равной разности частот , которое подается с формирователя разностной частоты9. На первый вход формирователя разностной частоты 9 поступает напряжение частотс 1, f с первого генератора 2, а на второй вход напряжение частотой f второго генератора Ц.В формирователе разностной частоты 9 осуществляется преобразование поступающих напряжений упомянутых частот с первого 2 и второго k генераторов и образование напряжениячастотой . При этом частота Af много меньше частоты f .

Второй синхронный детектор 7 преобразует переменный сигнал, поступающий на его первый вход, в постоянный, пропорциональный амплитуде и фазе упомянутого сигнала. Сигнал с второго синхронного детектора 7 снимается регистрирующим прибором 6 и поступает через элемент 8 отрицательной (Кратной связи на второй вход ферромодуляционного преобразователя 1 для обеспечения необходимой отрицательной обратной связи по измеряемому магнитному полю. В устройстве осуществляется хорошее подавление фильтрсм нижних частот первого синхронного детектора 3 не4

четных гармоник, кратных частоте первого генератора 2, поступающих с ферромодуляционного преобразователя 1, вследствие того, 4ToAf f.

Однако по сравнению с известным устройством полезный сигнал в предлагаемом устройстве отстает от нулевой частоты на Af, где уровень шумов первого синхронного детектора

3 много меньше, чем на нулевой частоте, что снижает порог чувствительности данного устройства, и, как следствие, повышает точность измерения параметров магнитного поля.

Лабораторные испытания макета

предлагаемого устройства-показывают его высокие метрологические характеристики. В диапазоне температур от -10 до порог чувствительности устрой ства составляет порядка 110 Тл, что позволяет повысить точность измерения приблизительно на два порядка по сравнению с магнитометром СГ-76.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров магнитного поля, содержащее последовательно соединенные первый генератор, ферромодуляционный преобразователь, первый синхронный детектор, усилитель, В.ТОРОЙ синхронный

детектор и регистрирующий прибор, вход которого через элемент отрицательной обратной связи соединен со вторым входом ферромодуляционного преобразователя, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности измерений параметров магнитного гюля, оно снабжено вторым генератором и формирователем разностной частоты, первый и второй

входы которого подключены к выходам первого и второго генераторов, при этом выход первого генератора подключен ко входу второго, а выход второго генератора - ко второму входу первого синхронного детектора, выход формирователя частоты соединен со вторым входом второго синхронного детектора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

t. Авторское свидетельство СССР f 73789, 03.01.78.