Магнитометр Советский патент 1982 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено, в частности,для измерения магнитных полей.

Известен магнитометр, содержащий последовательно соединенные генератор, тонкопленочный магнитный датчик, детектор, включенный по схеме частотного дискриминатора, усилитель постоянного тока и регистрирующий прибор 1,

Недостатком такого технического решения является необходимость применения усилителя постоянного тока с большим коэффициентом усиления и большим динамическим диапазоном. Это Объясняется незначительной модуляцией магнитной проницаемости пленки измеряемым магнитным полем. Применение усилителя постоянного тока приводит к НИЗКОЙ точности измерений за счет фликкер-шумов, переходящих на низких частотах в дрейф.

Наиболее близким к данному техническому решению является устройство, содержащее генератор с подключенными к его выходу двумя тонкопленочными датчиками с противоположно ориентированными осями легкого намагничивания (ОЛН), соединеннЕлми соответственно с двумя амплитудными детекторами, каждый из выходов которых подключен ко входу с усилителя постоянного тока через разделительную цепочку, состоящую из последовательно соединенных ре- зистора и конденсатора. Выход усилителя постоянного тока связан с

JQ регистрирующим прибором 2.

Недостатком этого устройства является низкая точность измерений, обусловленная использованием усилителя постоянного тока вследствие присущих ему дрейфа нуля и большого

15 уровня собственных шумов, обратно пропорциональных частоте (1/f ) где f - частота, п 1, 2...k,

Цель изобретения - повышение точности измерений.

20 Эта цель достигается тем, что в магнитометр, содержащий генера тор, к выходу которого подключены последовательно соединенные возбуждающие обмотки двух тонкопле25 ночных датчиков с противоположно ориентированными осями легкого намагничивания, два амплитудных детектора, измерительная обмотка каждого из тонкопленочных датчиков

30 подключена ко входу соотиетствующего амплитудного детектора, к выходу каждого из которых подключена разделительная цепочка, состоящая из последовательно соединенных резнетора и конденсатора,и регистрирующий прибор, введены два варикапа, усилитель высокой частоты, балансный детектор и фазовращатель, причем катод первого варикапа соединен со входом первого амплитудного Детектора, а анод второго варикапа соединен со входом амплитудного детектора, анод первого варикапа через резистор второй разделительной цепочки подключен к выходу второго амплитудного детектора, а катод второго варикапа через резистор первой разделительной цепочки подключен к выходу первого амплитудного детектора выход каждой разделительной цепочки подключен ко входу усилителя высоко частоты, выход .которого через .баланный детектор соединен с регистрирующим прибором, а второй вход балансного детектора через фазовращатель соединен с выходом генератора.

На чертежи изображена функциональная схема магнитометра.

Магнитометр содержит генератор

Iс подключенными к его выходу тонкрпленочными датчиками 2 и 3 с противоположно ориентированными осями легкого намагничивания (ОЛН), кажды из которых имеет возбуждающую

и , измерительную обмотку , , амплитудные детекторы 6 и 7, на выходе детектора 6 включена разделительная цепочка, состоящая из последовательно соединенных резистора Ь и конденсатора 9 , а на выход детектора 7 включена разделительная цепочка, состоящая из последовательно соединенных резистора 10 и конденсатора 11, и регистрирующий прибор 12. В устройство введены два варикапа 13 и 14, усилитель 15 вы-, сокой частоты, балансный детектор 1 и фазовращатель 17. При этом катод варикапа 13 связан со входом амплитудного детектора 6, а анод варикапа 14 - с входом детектора 7. Анод варикапа 13 подключен к точке соединения резистора,10 и конденсатора

IIна выходе детектора 7, а катод варикапа .14 - к точке соединения резистора 8 и конденсатора 9 на выходе амплитудного детектора 6. Выход каждой из разделительных цепочек подключен к входу усилителя

15 высокой частоты, а выход усилителя 15 через ба;1ансный детектор 16, управляющий вход которого через фазовращатель 17 связан с выходом генератора 1, подключен к регистрирующему прибору 12.

Магнитометр работает следующим образом.

Измеряемое магнитное поле,например синусоидальное, воздействует на тонкопленочные датчики 2 и 3 с противоположно ориентировочными осями легкого намагничивания (ОЛН) и изменяет их собственные индуктивности (магнитную проницаемость пленок) , что приводит к модуляции высокочастотного напряжения генератора 1 на выходе датчиков 2 и 3. Промодулированное измеряемым полем высокочастотное напряжение, индуцируемое в измерительной обмотке датчика 2 детектируется амплитудным детектором 6, а напряжение на выходе датчика 3 - детектором 7. При этом постоянные составляющие выходного сигнала детекторов б и 7 имеют противоположные знаки, а переменные составляющие продетектированных напряжений синфаэны, так как. ОЛН пленки одного из датчиков 2 и 3 располагаются по направлению измеряемого поля, а ОЛН второго - навстречу ему. Другими словами, при г увеличении собственной индуктивности одного из датчиков 2 и 3 происходит уменьшение индуктивности другого. Постоянные составляющие продетектированных напряжений проходят через резисторы 8 и 10 и определяют рабочие точки варикапов 13 и 14, относительно которых происходит изменение их емкостей под действием переменных составляющих выходных напряжений детекторов 6 и 7.

Так как датчики 2 и 3 и варикапы 13 и 14 образуют контур, представляющий собой четырехплечий мост, то условие равновесия этого моста можно записать в виде

Ч

C-Vi

Vi(1)

и Lrt где

соответственно .индуктивности датчиков 2 и 3; и Су. - емкости варикапов 13

И 14 при нулевом измеряемом поле или условно принимаемом за нулевое.

0 В случае обеспечения условия баланса моста при нулевом измеряемом магнитном поле сигнал генератора 1 на выходе моста (входе усилителя 15 высокой частоты) отсутствует. При действии измеряемого поля баланс моста HapytaaeTCH. Это состояние аналитически записывается так и,4йЦ i.L VifuCv ,

где соответствующие приращения индуктивностей датчиков 2 и 3 ; и лС(- - соответствующие

приращения емкостей

14 и 13.

варикапов

как следует из выражения (2) изменение емкостей варикапов 13 и 14 сихронно с измененным магнитным поле усиливает разбаланс моста, следовательно, величину сигнала, который при малом измеряемом поле пропорционален величине последнего. Промодулированний измеряедмый полем сигнал задающего генератора 1 с выхода моста поступает на вход усилителя 15 рысокой частоты, с выхода которого поступает на вход балансного детектора 16. Для выполнения условия линейного детектирования на управляющий вход балансного детектора 16 с выхода генератора 1 через фазовращатель 17 подается опорное напряжение несущей частоты. Напряжение с выхода балансного детектора. 16 поступает на регистрирующий прибор 12.

В предлагаемом магнитометре за счет использования варикапов производится предварительное параметрическое усиление сигнала тонкопленочных датчиков, а следовательно обеспечивается увеличение отношения сигнал/шум .на входе усилителя высокой част;оты. Применение усилителя высокой Частоты В СВОЮ очервдь, устраняет дрейф нуля, присущий известному из-за наличия усилителя постояного тока, а также свойственные ему фликкер-шумы. Магнитометр работает в широкой полосе частот, включая нулевые частоты (О - 10 кГц). Большое отношение сигнал/шум позволяет использовать магнитометр не только для исследования различных магнитных явлений,но и в качестве магнитной активной антенны.

Формула изобретения

Магнитометр, содержащий генератор, к выходу которого подключены

последовательно соединенные возбуждающие обмотки двух тонкопленочных датчиков с противоположно ориентированными осями легкого намагнич: вания, два амплитудных детектора, измерительная обмотка каждого из тонкопленочных датчиков подключена ко входу соответствующего амплитудного детектора, к выходу каждого из которых подключена разделительная цепочка, состоящая из последователь0но соединенных резистора и конденсатора, и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены два варикапа,

5 усилитель ВЫСОКОЙ частоты, балансный детектор и фазовращатель, причем катод первого варикапа соединен со входом первого амплитудного детектора, а анод второго варикапа соеди0нен со входом второго амплитудного детектора, анод первого варикапа через резистор второй разделительной цепочки подключен к выходу второго амплитудного детектора, а катод второго варикапа через резистор первой

5 разделительной цепочки подключен к выходу первого амплитудного детектора, выход каждой разделительной цепочки подключен ко входу усилителя высокой частоты, выход которого через

0 балансный детектор соединен с регистрирующим прибором, а второй вход балансного детектора через фазовращатель соединен с выходом генератора.

Источники информации,

5 принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 341072, кл. 32443, 1967.

. 2. Bader C.D., Renzi C.S. IEEE i, Transaction of Magnetics VMAG - 10,

0 1974, W 3, p. 524 - 527.