Устройство для измерений магнитной индукции постоянного магнитного поля Советский патент 1982 года по МПК G01R33/02 

I

Изобретение относится к электро/13мерительной технике и предназначено для измерения магнитной индукцик постоянного магнитного поля и может быть использовано в геофизике, приборостроении, электро- и радиотехнике, машиностроении, медицине и других областях народного хозяйства.

Известны средства измерений с ферромодуляционными преобразователями (феррозондовые магнитометры), состоящие из генератора возбуждения, ферромодуляционного преобразователя (ФМП) полосового усилителя, регистрирующего прибора, причем генератор возбуждения подключен к ФМП (обмотка возбуждения), а выход ФМП (индикаторная обмотка) через полосовой усилитель, фазочувствительный детектор и регистрируюций прибор подключен к другому входу ФМП (обмотка обратной связи). Такие средства измерений основанные на автокомпенсационном способе измерения обладают широким

диапазоном линейности, так как ФМП (феррозонд) работает при разности измеряемого и компенсационного полей (при разности измеряемой и компенсационной магнитной индукции). Если не задаваться габаритами фМП, то диапазон линейности таких устройств практически не ограничен 1.

Однако при ограниченном объеме ФМП верхнее значение измеряемой

to магнитной индукции в устройствах с обратной связью ограничено допустимой мощностью, которую можно рас сеивать в объеме ФМП, и соответственно температурой перегрева об15мотки ОМП (обмотки обратной связи).

Целью изобретения является расширение амплитудного диапазона значений измеряемой магнитной индукции.

,Указанная цель достигается тем,

20 что в устройство для измерений магнитной индукции постоянного магнитного поля, содержащее последовательно соединенные ферромодуляцион-t

ный преобразователь, избирательный усилитель и фазочувствительный детектор, охваченные отрицательной обратной связью, генератор возбуждения, соединенный с ферромодуляционным преобразователем и фазочувствительным детектором, и регистрирующий прибор, дополнительно введены два ключа, два элемента ИЛИ, два одновибратора, генератор тактовых импульсов, элемент задержки, интегратор и переключатель рода работ, при этом первый ключ включен в цепь отрицательной обратной связи, выход фазочувствительного детектора соединен с регистрирующим прибором через последовательно соединен ные второй ключ и интегратор, входы управления первого и второго ключа каждый через свой элемент ИЛИ подсоединены к выходу первого и второго одновибраторов соответственно, один выход переключателя рода работ соеди нен с вторыми входами элементов ИЛИ, а второй выход подсоединен к генератору тактовых импульсов, выход которого к первому одновибратору подсоединен непосредственно, а к второму одновибратору - через элемент задержки.

На чертеже представлена фунйциональная схема устройства.

Генератор 1 возбуждения подключен к одному входу ферромодуляционного преобразователя (ФМП)2. Выход его через избирательный усилитель 3 подключен к одному входу фазочувстви тельного детектора 4, другой вход которого подлючен к другому выходу генератора 1 возбуждения. Выход фазочувствительного детектора Ц через первый ключ 5 подключен к другому входу ФМП 2. Одновременно выход фазочувствительного детектора 4 через последовате.оно соединенные второй ключ 6 и интегратор 7 подключен к регистрирующему прибору 8. Входы управления первого и второго ключей 5 и 6 каждый через свой элемент 9 и 10 ИЛИ подсоединены к выходам первого и второго одновибраторов П и 12 соответственно. Один выход переключателя 13 рода работ соединен с вторыми входами элементов ИЛИ, а второй выход переключателя рода работ подсоединен к генератору И тактовых импульсов, выход которого к первому одновибратору 11 подсоединен непосредственно.

282734

а ко второму одновибратору 12 - через элемент 15 задержки. Переключатель рода работ может быть выполненным например, состоящим из источника 5 постоянного напряжения и переключателя .

Устройство работает следующим образом.

В первом режиме работы, когда

10 измеряемая магнитная индукция мала, а следовательно мала и компенсацион-о ная магнитная индукция, и перегрев ФМП 2 током, создающим магнитную индукцию компенсации отсутствует,

5 магнитна.я индукция компенсации создается непрерывно. В этом случае на ФМП 2, возбуждаемый током от гене ратора 1. возбуждения, воздействует рлзность между измеряемой и компен2Q сационной магнитной индукцией

BQ-BK- Выходное напряжение ФМП 2, пропорциональное действующей на него магнитной индукции, поступает

на избирательный усилитель 3- Выделенное избирательным усилителем 3 напряжение второй гармоники подается на фазочувствительный детектор i и преобразуется им в постоянный ток. Этот ток подается на входы первого и втоJQ рого ключей 5 и 6. В первом режиме работы с переключателя 13 рода работ подается постоянное напряжение, которое через элементы 9 и 10 ИЛИ открывает ключи 5 и 6 на все время измерения, т.е. отрицательная обратная связь осуществляется непрерывно, и на интегратор 7 и регистрирующий прибор 8 также непрерывно поступает сигнал, пропорциональный измеряемой магнитной индукции.

Во втором режиме работы при большом значении измеряемой магнитной индукции компенсационная магнитная индукция поступает (создается) только в течение промежутка времени существенно меньшего, чем весь цикл измерений. В этом с:лучае на ФМП 2, возбуждаемый от генератора возбуждения 1 в течение основной части цикла измерений,воздействует

только измеряемая магнитная индукция В0. Выходное напряжение ФМП 2 поступает на избирательный усилитель 3 и выделенное им напряжение второй гармоники фазочувствитель55 ным детектором 1 преобразуется в постоянный ток. Этот ток поступает на входы первого и второго ключей 5 и 6, которые большую часть промежутка времени в течение цикла измерения разомкнуты. Переключатель 13 рода работ во втором режиме включает генератор Н тактовых импульсов, вырабатывающий импульсы для запуска одновибраторов. Причем первый одновибратор 11 запускается от генератора тактовых и пульсов непосредственно, а второй через элемент 15 задержки,время задержки превышает длительность переходного процесса в устройстве с обратной связью. Напряжение с вы да первого одновибратора 11 через мент 9 ИЛИ подается на управляющий вход первого ключа 5 который сраб тывает и подключает выход фазочувс тельного детектора k к второму входу ФМП 2 (обмотке обратной связи). Вы ходной постоянный ток фазочувствительного детектора i, протекая через обмотку ФМП, создает магнитную индукцию компенсации, обеспечивая автокомпенсационный режим ра боты . После окончания переходного процесса срабатывает элемент 15, включая второй одновибратор 12, выходное напряжение которого через {второй элемент ИЛИ 10 подается на управляющий вход второго ключа 6. Ключ 6 срабатывает и,через интегратор 7) подключает регистрирующий прибор 8 к выходу фазочувствительнЬго детектора k для измерения выходного сигнала. По окончании измерения рабочий промежуток времени цикла измерений заканчивается. Одн вибраторы через элементы ИЛИ отклю чают ключи и тем самым разрывается цепь обратной связи и отключается от фазочувстзительного детектора интегратор. Через промежуток време ни tn генератор тактовых импульсо вновь запускает одновибратор 11, вырабатывающий импульс длительност tu, равный длительности рабочего промежутка времени, в течение кото рого осуществляется обратная связь Таким образом, ток создающий магнитную индукцию компенсации в объеме ФМП, протекает через его обмотку только в течение времени t U. , а в течение времени 1 л обратной связи - нет, и ток через обмотку ФМП не протекает. Длительность этого промежутка времени в течение которого осуществляет-, ся обратная связь, определяется длительностью импульса первого одновибратора. Промежуток времени, в течение которого ос тдествляетля измерение, определяется длительностью импульса второго одновибра тора, который начинает вырабатывать импульс после окончания переходного процесса в устройстве, что определяется временем задержки.цепи задержки. Так как перегрев ФМП током определяется энергией им выделяемой, а энергия выделяется только в теченее времени tu то в предлагаемом устройстве можно в 4()/kupa3 увеличить мощность, создаваемую током компенсации, т.е. вЩ раз увеличить ток ког«пенсации и следовательно в Щ раз расширить амплитудный диапазон значений измеряемой магнитной индукции (расширить диапазон линейности) без увеличе ния перегрева ФМП. Здесь ti4 - длительность импульса первого бдновибратора (промежуток времени, в течение которого включен первый ключ), tn длительность паузы между двумя импульсами первого одновибратора (промежуток времени , в течение которого первый ключ отключен). Зыбирая 1ц. и tn можно обеспечить необходимое расширение диапазона линейности всего СИ (расширение амплитудного диапазона значений измеряемой магнитной индукции) при заданном объеме ФМП и заданной температуре его перегрева, исходя из допустимой мощности рассеивания в объеме ФМП. Таким образом, в предлагаемом устройстве при повторно-кратковременном включении обратной связи предельное значение компенсационной магнитной индукции может быть увеличено , обеспечивая тем самым расширение диапазона линейности (расширение амплитудного диапазона значений измеряемой магнитной индукции) . Формула изобретения Устройство для измерений магнитной индукции постоянного магнитного поля, содержащее последовательно соединенные ферромодуляционный преоб- разователь, избирательный, усилитель и фазочувствительный детектор, охваченные отрицательной обратной

связью, генератор возбуждения, сое- ; диненный с ферромодуляционным преобразователем и фазочувствительным детектором, и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью расширения амплитудного диапазона значений измеряемой магнитной индукцииуВ него дополнительно введены два ключа, два элемента ИШ, два одновибратора, генератор тактовых импульсов, элемент задержки, интегратор и переключатель рода работ, при этом первый ключ включен в цепь отрицательной обратной связи, выход фазочувствительного детектора соединен с регистрирующим прибором через последовательно соединенные

второй ключ и интегратор, входы управления первого и второй ключа каждый через свой элемент ИЛИ подсоединены к выходу первого и второго одновибраторов соответственно, один выход переключателя рода работ соединен с вторыми входами элементов ИЛИ, а второй выход подсоединен к генератбру тактовых импульсов, выход которого к первому одновибратору подсоединен непосредственно, а к вто- о рому одновибратору - через элемент задержки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Афанасьев Ю.В. Феррозонды. Л., Энергия, 1969, с. 121 и 123.