Устройство для измерения магнитной восприимчивости Советский патент 1982 года по МПК G01R33/16 G01R33/12 

Изобретение относится к магнитны измерениям резонансными методами и может быть Использовано для измерения магнитной восприимчивости слабо магнитных проводящих веществ при ис следованиях их физических свойств. Известен резонансный измеритель магнитной восприимчивости с использованием в качестве датчика индуктивности резонансного контура, в котором о требуемой величине судят по изменению фазы высокочастотных колебаний. Он содержит генератор стабильной частоты, трансформаторны датчик с генераторной, компенсационной и двумя приемными катушками, усилитель, фазочувствительные вьшря мители и регистрирующие приборы (} К недостаткам устройства относят ся малая чувствительность, сложный многообмоточный датчик, работа в начальной части низкочастотного ди. апазона, а также большие погрешност при измерениях магнитной восприимчивости проводящих сред. Известно также устройство, содер жащее автогенератор, индуктивный датчик, фазовращатель, фазочувствительную логическую схему и исполнительный орган . Основным узлом извес ного является автогенератор, в колебательный контур которого включен индуктивный датчик. Выход автогенератора подключен к фазовращателю, который построен таким образом, что в исходном состоянии фазовый сдвиг на его выходе равен 180. Выходы фазовращателя и автогенератора подключены к фазочувствительной логической схеме, соединенной с исполнительным органом. При внесении магнитного вещества в поле индуктивного датчика, резонансная частота колебательного контура изменяется, что изменяет частоту колебаний на выходе автогенератора. При этом фазовый сдвиг на выходе фазовращателя не равняется 180 , и на выходе фазочувствитеяьной логической схемы появляется сигнал, псЗступающий на исполнительный орган 2. Однако известное устройство фактически является F-метром с последующей реализацией фазового сигнала, который среди резонансных измерительных схем не является сгалюл чувствительным. Недостатком также является сравнительно большое число каскадов обработки сигнала, вносящих свои парциальные погроиности в результат

измерений. К тому же имеют место погрешности из-за влияния на показания прибора изменений электропроводности среды.

Цель изобретения - повышение точности измерений магнитной восприимчизости проводящих сред.

.Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения магнитной восприимчивости, содержащее .автогенератор, выполненный по схеме с общей базой, стабилизированный пьезокварцевым резонатором, индуктивный датчик, соединенный последовательно с катушкой индуктивности контура транзисторного автогенератора, дифференциальный фазовый детектор, индуктивно связанный с колебательнь. контуром, и регистрирующий прибор, введены амплитудный детектор трехполюсник, состоящий из полевого транзистора, емкостного делителя и резистора, в котором один конденсатор подключен между стоком и истоком транзистора, второй конденсатор и резистор подключены параллельно друг другу между истоком транзистора и общей шиной, к которой подсоединен затвор полевого транзистора, и четыре управляемых резистора, причем сток полевого транзистора соединен с коллектором транзистора автогенератора, первый управляемый резястор включен последовательно с резистором между базой транзистора автогенератора и общей шиной, второй управляемый резистор включен последовательно с резистором между эмиттером транзистора автогенератора и общей шиной, третий управляемый резистор включен параллельно конденсатору колебательного контура, четвертый управляемый резистор включен последовательно с резистором между средней точкой катушки индуктивности дифференциального фазового детектора и общей шиной, исток полевого тразистора соединен с управляющими электродами первого, второго и третьего управляемых резисторов, вход амплитудного детектора соединен с коллектором транзистора, а его выход подключен к управляющему электроду четвертого управляемого резистора.

На. фиг. 1 представлена,, принципиальная схема устройства на фиг.2экспериментальные нагрузочные характеристики эмиттерного и истокового токов автоколебательных систем в различных режимах работы.

Устройство содержит транзисторный автогенератор 1, трехполюсник 2, состоящий из полевого транзистора, емкостного делителя и резистора, дифференциальный фазовый детектор 3 и регистрирующий прибор 4.

Транзисторный-автогенератор 1 собран на транзисторе 5 по схеме с общей базой и содержит резисторы 6

и 7 и первый управляемый резистор 8 в цепи фиксированного смещения, второй управляемый резистор 9, резистор 10 и параллельно им включенный конденсатор 11, образующие цепь эмиттерного смещения, пьезокварцевый резистор 12, включенный в цепи положительной обратной связи, переменный конденсатор 13, конденсатор 14 с параллельно- им подключенным третьим управляемым резистором 15, индуктивный датчик 16 и катушку индуктивности 17, образующие колебательный контур в коллекторной цепи. Трехполюсник 2 содержит полевой транзистор 18, емкостный делитель на конденсато-

РЗ.Х 19 и 20 и резистор 21. Дифференциальный фазовый детектор 3 состоит из катушки 22 индуктивности со средней точкой, диодов 23 и 24, конденсаторов 25 и 26, переменного резистора 27 и резистора 28, образуквцих нагрузку детектора. Последовательно соединенные конденсатор 29, четвертый управляемый резистор 30 и резистор 31 образуют цепь опорного напряжения, причем управляющий электрод

четвертого управляемого резистора подключен к выходу амплитудного детектора 32, вход которого соединен с коллектором транзистора 5.

Трехполюсник 2 включен между коллектором транзистора 5 и общей шиной устройства и совместно с колебательным контуром транзистора 5 образует одноконтурную автоколебательную систему. Сток полевого транзистора 18

соединен с управляющими электродами управляемых резисторов 8,9 и 15. Катушка индуктивности 22 дифференциального фазового детектора 3 связана индук И1&но с катушкой индуктивности 17 колебательного контура. Цепь опорного напряжения, состоящая из конденсатора 29 и четвертого управляемого резистора 30 и резистора 31, включена между коллектором транзистора 5и общей шиной, средняя точка

катушки индуктивности 22 подключена к общей точке конденсатора 29 и ре- зистора 30. К выходу фазового детектора 3 подключен регистрирующий прибор 4.

Устройство работает следующим образом.

Транзисторный автогенератор 1 настроен на работу в перенапряженном режиме. При отсутствии в ближней зоне поля индуктивного датчика 16 исследуемой среды выходной сигнал устройства определяется добротностью контура транзисторного автогенератора 1 и его настройкойотносительно частоты пьезокварцевого резонатогра 12, Третий управляеьшй резистор 15 при этом шунтирует контур, снижая его добротность. Настройка контура осуществляется с помощью переменного

кондеисатора 13, компенсгщия начального сигнала осуществляется с помощь переменного резистора 27 дифференциального фазового детектора 3. Степень шунтирования контура зависит от напряжения на резисторе 21 в истоковой цепи одноконтурного транзисторного автогенератора, который настроен на работу в недонапряженном режиме.

При внесении в ближнюю зону индуктивного датчика 16 исследуемой среды за счет влияния магнитных свойств среды увеличивается индуктивность датчика, что приводит к часffOTHoK расстройке колебательного контура транзистора 5 относительно частоты пьезокварцевого резонатора 12 и к появлению фазового сигнала.

В то же время за счет влияния электропроводности среды в колебательный контур вносится активное сопротивление, что приводит к уменьшению добротности и к появлекик дополнительного фазового сдвига, уменьшающего основной фазовый сдвиг, связанный с увеличением индуктивности датчика. Кроме того, изменение добротности колебательной системы приводит к изменению режима транзисторного автогенератора 1, что в свою очередь вносит -дополнительные фазовые погрешности.

Так как все перечисленные погрешности связаны с влиянием электропроводности cpej№i, то в качестве корректирующего использован сигнал, пропорциональный изменениям внесенного в контгр активного сопротивления. Для получения такого сигнала служит трехполюсник 2, образующий с колебательным контуром одноконтурный автогенератор, работающий в недоиапряженном режиме, стоковый ток которого чувствителен главным образом к изменениям добротности контура. Напряжение стока полевого транзистора 18 управляет величиной третьего управляемого резистора 15, который при уменьшении напряжения стока (при уменьшении добротности контура) увеличивает свое сопротивление и тем caiie:Uvi уменьшает шунтирующее действие на контур.

Управляниций сигнал подается и на первый и второй управляемые резисторы 8 и 9 в цепях смещения транзисторного автогенератора 1, изменения сопротивления последних позволяют скорректировать погрешности, связанные с влиянием изменений добротности контура на параметрах режима транзисторного автогенератора 1. Изменение амплитуды колебаний автогенератора на транзисторе 5, связанное с уменьшением собственной частоты колебательного контура за счет положитель ной внесенной индуктивности, выделяется амплитудным детектором 32 и подается на управляющий электрод

четвертого управляеьюго резистора 30 в цепи опорного напряжения дифференциального фазового детектора 3, Это позволяет изменить фазу опорного сигнала пропорционально величине внесенной индуктивности и тем самлм увеличить диапазон изменения фазы, связанный с величиной внесенной индуктивности.

Таким образом, основным является осуществление одновременной работы

0 двух измерительных автогенераторов с общим контуром, но в различных режимах: двухконтурного с частотоза/laionHM пьезокварцеш:и4 резонатором 12, работающего в слегка перенапряжен5ном режиме и отличающегося стабильностью режиАШых параметров, сигнал которого управляет четвертым управляемым резис-Еором 30 в цепи опорного напряжения фазового детектора, и

0 одноконтурного, работающего в недонапряженном режиме и чувствительного к измеве шо добротности транзисторного aiBToreHepaTOpa 1, сигнаш которого управляет тремя резисторами, осуществляющими коррекцию погрешнос5тей от влияния электропроводности среды.

На фиг. 2 приведены экспериментальные нагрузочные характеристики ) и ЗУ(Q), иллюстрирующие однов0ременную работу двух измерительных автогёнераторсз с общим контуром. Из графике йидно, что чувствительность тока истока и добротности для полевого транзистора 18, работающе5го в недонапряженном режиме, значительно превышает величину аналогичной чувствительности для автогенератора «а транзисторе 5, работающего в пе рен апряжен ном режиме.

0

Предлагаемое устройство позволит с более высокой точностью определять содержание железа в магнетитовых рудах за счет более полной коррекции влияния электропроводности руды при сравнительно простой структурной

5 схеме прибора.

Формула изобретения

Устройство для измерения магнитной восприимчивости, содержащее автогенератор, выполненный по схеме с общей базой и стабилизированный пьезокварцевым резонатором, индуктивный датчик, соединенный последовательно с катушкой индуктивности контура транзисторного автогенератора, дифференциальный фазовый детектор, индуктивно связанный с колебательным контуром, и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения магнитной восприимчивости проводящих сред, в него введены амплитудный детектор, трехполюсник, состоящий из полевого транзистора, емкост ного делителя и резистора, в котором один конденсатор подключен между стрком и истоком транзистора, второй конденсатор и резистор подключены параллельно друг другу между истоком транзистора и общей шиной, к которой присоединен затвор полевого тран зистора, и четыре управляемых резистора, причем сток полевого транзистора соединен с коллектором транзистора автогенератора, первый управляемый резистор включен последовательно, с резистором между базой транзистора автогенератора и шиной, второй управляе1лый резистор включен последовательно с резистором между эмиттером .транзистора автогенератора и общей шиной, третий управляемый резистор включен параллельно конденсатору колебательного контура, четвертый управляемый резистор включен последовательно с резистором между средней точкой катушки индуктивности дифференциального Фазового детектора и общей шиной, исток полевого транзистора соединен с управляющими электродами первого, второго и третьего управ/1яе1У(ых резисторов, вход амплитудного детектора соединен с коллектором транзистора, а его выход подключен к управляющему электроду четвертого управляемого резистора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР W 551588, кл. G 0 R 33/12, 1977. 2.Патент США 3103655, кл. 324-34, 1972.

3)(пЛ)

D

J,(Jl)

т

и

w

го

19