Магнитометр Советский патент 1982 года по МПК G01R33/06 

(5) МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к магнитным измерениям, а более конкретно к измерительным устройствам, использующим гальваномагнитные датчики.

Известен магнитометр, содержащий последовательно соединенные гальваномагнитный датчик и усилительно-фазочувствительный блок, а также измерительный прибор, генератор тока, резистор, управляемый аттенюатор Li Однако он имеет невысокую точность измерений из-за температурной погрешности и невысокую точность компенсации, в уравновешивающей схеме прибора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ма|- нитометр, содержащий гальваномагнитный датчик с двумя парами электро.дов, подключенных через коммутатор к генератору питания и к измерительному усилителю с двумя синхронными детекторами, регистрирующий прибор, два других гальваномагнитных датчика, обмотку, включенную последова-f тельно в цепь питания датчика, в поле которой расположена упомянутая выше пара датчиков, два трансформатора, первичные обмотки которых подключены к холловским электродам датчиков, а вторичные соединеныпоследовательно с входной цепью усилителя и двумя сглаживающими фильтрами, входы которых присоединены к

10 синхронным детекторам, а выходы -. к токовым электродам датчика Холла, выход одного фильтра соединен с токовой цепью одного датчика, а выход другого датчика - с регистрирую15щим прибором через контакт коммутатора с токовой цепью другого датчика, причем входы синхронных детекторов подключены к выходу усилителя через коммутатор С 2.

20

Однако при переключении контак- . тов коммутатора в нем появляются переходные помехи, уровень которых определяется значением напряжения Питания датчика и временем переклю4ения контактов коммутатора, а пе|эиодическое переключение цепи отрицательной обратной связи снижает по мехоустойчивость усилительно-фазочувствительного блока, снижая тем самым точность измерения , Цепь изобретения - повышение точ ности измерений. Поставленная цель достигается тем, что магнитометр, содержащий из мерительный гальваномагнитный дат. чик, входными выводами подсоединен ный через резистор к первому и второму выходам генератора тока, одним выходным выводом непосредственно, а . другим через первичную обмотку трансформатора - к входам измерительного усилителя, к выходам которо го непосредственно и через резистор /подключены токовые электроды второго датчика, помещенного в магнитное по ле обмотки, последовательно соединенной с третьим выходом генератора тока, последовательно соединенные выпрямитель, фильтр и регистрирующий прибор, при этом вторые входы фильтра соединены с выходными выводами второго гальваномагнитного датчика, а вторичная обмотка трансформатора подсоединена параллельно резистору в выходной цепи измерительного усили теля, в него введен дифференциальный усилитель, к первому и второму входам которого подключены входные вы воды измерительного гальваномагнитна го датчика, а третий вход подключен к выводу резистора в цепи питания измерительного датчика, выходы диффе ренциального усилителя соединены с входами выпрямителя. На чертеже изображена схема магнитометра. Гальваномагнитный измерительный датчик 1 с входными выводами 2 и 3 включен последовательно с резистором k в цепь генератора 5 а холловскими выводами 6 и 7 через первичную обмот ку трансформатора 8 подсоединен к усилителю 9 и резистору 10, второй датчик 11 с токовыми выводами 12 и 13, который расположен в поле обмотки 1, соединенной последовательно с генератором 5, к резистору 10 подсоединена вторичная обмотка трансформатора 8, к выходным выводам 15 и 1.6 датчика 11 подключена измерительная цепь: фильтр 17, к его выходу подсоединена последовательная цепь 9 , ИЗ регистрирующего прибора 18 и выпрямителя 19, причем входы выпрямителя через дифференциальный усилитель 20 соединены с резисдором 4 и входными выводами 2 и 3 измерительного датчика 1. Устройство работает следующим образом. При воздействии магнитного поля и постоянной температуре датчика 1, на выходе выпрямителя 19 отсутствует корректирующая поправка к результату измерения магнитного поля, поэтому регистрирующий прибор 18 отсчитывает только выходное напряжение второго датчика 11 . Во втором датчике 11 изменение температуры, а следовательно, и погрешность, вносимая температурой, сведена к минимуму по сравнению с измерительным датчиком 1, находящемся в жестких температурных условиях, что достигнуто благодаря тому, что второй датчик 11 находится в герметичном металлическом экране со значительной массой, в результате этого тепловая инерционность экрана велика и значительные температурные изменения не могут повлиять на температурный- режим второго датчика 11. В свою очередь, на резисторе 10 образуется падение напряжения (Ugj,))fнапряжение отрицательной обратной связи), которое через трансформатор 8 поступает на вход измерительного усилителя 9. Это напряжение через трансформатор 8 поступает .в цепь выходных выводов 6 и 7 измерительного датчика 1 и входа усилителя Э, в результате на выходе последнего действует напряжение U . После всех преобразований, выполняемых в устройстве, информационное напряжение Ugy5(o6 измеряемом магнитном поле при наличии отрицательной обратной связи имеет следующий вид и :ijdlL .ijil . n . Ььл CH Ci J TFno выходное напряжение второго датчика 11, постоянная Холла измерительного датчика 1; постоянная Холла второго датчика 11,. толщина пластины измерительного датчика 1; толщина пластины второго датчика 11-, рабочий ток, протекающий через измерительный датчик 1, создаваемый генератором тока 51 магнитное поле, создаваемое током второго выхода генератора тока 5 в обмотке 1 4; измеряемое магнитное поле коэффициент измерительного усилителя 9 при отсутствии отрицательной обратной связи; коэффициент обратной связи определяемый обратной величиной коэффициента транс формации., обобщенный коэффициент; сопротивление между входными выводами 12 и 13 вто рого датчика 11 , значение сопротивления резистора 10. Как видно из выражения, напряже- ние Ugy, по которому производят отсчет измеряемого магнитного поля В, линейно сзязано с воздействующим магнитным полем, С другой стороны, выполнение цепи отрицательной обрат ной связи на высокостабильных элеме тах (резистор 10.и трансформатор 8) значительно повышает точность измерений. . При изменении температуры измерительного датчика 1, который может находиться в жестких температурных условиях, изменяется и величина нулевого сигнала датчика. Это возмущаю щее воздействие не устраняется упомянутой отрицательной обратной связью. Для исключения температурной (вр менной и т.д.) нестабильности нулевого сигнала имеется цепь ее коррек ции. На входе дифференциального уси лителя 20 -нарушается равенство дейс вующих на его входы напряжений, в результате этого на выходе выпрямите ля 19 возникает U, которое вносит поправку в конечный результат измере ния Ugyjf Необходимо отметить, что ве личина и знак корректирующей поправ ки определяется и подбирается только экспериментальным путем: при из86мерении одного известного значения магнитного поля В при разных температурах (т) предлагаемых рабочих условий иЗ(ерений. Причем подбор корректирующей поправки осуществляют регулировкой коэффициента усиления дифференциального усилителя 20 и установкой коэффициента передачи и полярности подключения выпрямителя 19- В связи с этим, температурный уход датчика 1 не вносит погрешности в результат измерений. В данном приборе в измерительном зонде используют Ц-х электродный датчик, не требующий значительной толщ--ны, благодаря этому уменьшаются не только размеры зонда, но и устраняется необходимость дополнительного соединительного провода, связывающего датчик с входом прибора, а это особеннр важно при измерениях, связанных с расположением измерительного зонда в одном месте, а самого прибора - в другом месте, установленного на значительном расстоянии. Кроме того, при проведении измерений переменных и импульсных магнитных полей отсутствует лишняя цепь паразитной наводки. Изготовление устройства на основе магнитометра позволяет удешевить стоимость одного прибора примерно на 30 (из-за отсутствия дополнительного гальваномагнитного датчика, генератора коммутации и самого коммутатора, синхронного детектора, фильтра и связанных с ними работ по монтажу, настройке и регулировке при их выпуске и эксплуатации). Магнитометр обладает качественно улучшенными метрологическими характеристиками, а именно класс точности 0,1, рабочий температурный диапазон расширен, по крайней мере в 10 раз и диапазон измеряемых магнитных полей увеличен в 10 раз и составляет . Кроме того, магнитометр позволяет получить информацию об измеряемой величине в виде постоянного напряжения, а это в свою очередь позволяет в качестве регистрирующего устройства использовать высокоточные цифровые вольтметры, классом точности 0,02. Формула изобретения Магнитометр, coдepжaщи 1 измерительный гальваномагнитный датчик.