Устройство для измерения магнитного поля

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕИРШ MAPHVlTHOrO ПОЛЯ, содержащее первый и второй сердечники, выполненные из ферромагнитного материала, общую для обоих сердечников обмотку возбуждения , соединенную с генератором, первую и вторую измерительные обмотки , помещенные соответственно на первый и второй сердечники и соединенные с входами первого блока вычитания , выход которого соединен с вхо дами усилителей, а также первый и второй фильтры низкой частоты и измеритель , отличающеес.я тем, что, с целью повышения точности путем подавления мультипликативной компоненты магнитного фликкер-шума, оно содержит первый и второй синхронные детекторы, удвоитель частоты, первый и второй фазовращатели, умножитель5 второй блок вычитания, причем управляющий выход генератора соединен через первый фазовращатель с опорным входом первого синхронного детектора и через удвоитель частоты и второй фазовращатель - с опорным входом второго синхронного детектора, выход первого усилителя соединен через первый синхронный детектор и первый фильтр низкой частоты с первым входом умножителя, выход второго усилителя соединен через второй синхронный детектор и второй фильтр низкой частоты - с вторым входом умножителя и вторым входом второго блока вычитания , первый вход которого соединен с выходом умножителя, а выход соединен с входом измерителя, 1три этом коэффициент усиления умножителя К и велиС чина амплитуды опорных сигналов синхронных детекторов У связаны COOTношением sf; tB«4 где С - постоянный коэффициент, ха рактеризующий величину преобразова- ОТ ния сердечнико)з по второй гармониО ) ке. 2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения подстройки, умножитель выполнен с регулируемым коэффициентом уси ления.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

К= — ) CU (21) 3544604/18-25 (22) 24.01.83 (46) 07. 10.84. Бюл. 1Ф 37 (72) N. В. Бухаров, В. В. Колачевская и Н.Н.Колачевский (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени физико-технический институт (53) 621.317(088.8) (56) 1. Колачевский Н.H.Ìàãíèòíûå шумы. М., "Энергия", 1971, с. 11.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 819761, кл. G 01 R 33/00, 1981 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее первый и второй сердечники, выполненные из" ферромагнитного материала, общую для обоих сердечников обмотку Возбуждения, соединенную с генератором, первую и вторую измерительные обмотки, помещенные соответственно на первый и второй сердечники и соединенные с входами первого блока вычитания, выход которого соединен с входами усилителей, а также первый и второй фильтры низкой частоты и измеритель, о т л и ч а ю щ е е с.я тем, что, с целью повышения точности путем подавления мультипликативной компоненты магнитного фликкер-шума, оно содержит первый и второй синхронные детекторы, удвоитель частоты, первый и второй фазовращатели, умножитель, „„Su„„» Льа А заев С 01 V 3/40 G 01 R 33/00 второй блок вычитания, причем управляющий выход генератора соединен через первый фазовращатель с опорным входом первого синхронного детектора и через удвоитель частоты и второй фазовращатель — с опорным входом второго синхронного детектора, выход первого усилителя соединен через первый синхронный детектор и первый фильтр низкой частоты с первым входам умножителя, выход BToporo усилителя соединен через второй синхронный детектор и, второй фильтр низкой час" таты — с вторым входом умножителя и вторым входом второгб блока вычитания, первыи вход которого соединен с

D выходом умножителя, а выход соединен с входом измерителя, при этом коэффиииеит усилеиия умееиителя К и величина амплитуды опорных сигналов синхронных детекторов Цо связаны соот- Я ношением где С вЂ” постоянныи коэффициент, ха рактеризующий величину преобразова- °

Р ния сердечников по второй гармонике, 2. Устройство по п.1, о т л и ч аМаМ ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения подстройки, умножитель выполнен с регулируемым коэффициентом усиления. :В

Изобретение относится к геофизике, а именно к технике измерения магнитного поля, и может быть исполь. зовано при геофизической разведке полезных ископаемых. 5

Известно устройство для измерения магнитного поля Земли, содержащее ферромагнитный датчик, генератор возбуждения, узкополосный усилитель, Настроенный на вторую гармонику, синхронный детектор, фильтр низкой частоты и измери тель t1j .

Недостатком этого устройства является низкая точность, обусловленная наличием магнитного фликкер-шума вблизи второй гармоники выходного сигнала ферромагнитного датчика.

Наиболее близким к изобретению

IIo технической сущности является устройство для измерения магнитного по- 2О

Ля, содержащее первый и второй сердечники, выполненные из ферромагнитного материала, общую для обоих сердечников обмотку возбуждения, соединенную с генератором, первую и вторую измерительные обмотки, помещенные соответственно на первый и Второй сердечники и соединенные с входами первого блока вычитания, HbIxoil которого соединен с входами резонансных а усилителей, а также первый и второй фильтры низкой частоты измеритель (2).

Недостатком известного устройства является низкая точность, обусловленная мультипликативной компонент- 35 ной магнитного фликкер-шума.

Цель изобретения — повышение точности путем подавления мультипликативной компоненты магнитного фликкери ума. 40

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения магнитного попя, содержащее первый и второй сердечники, выполненные из ферромагнитного материала, общую для обоих сердечников обмотку возбуждения, соединенную с генератором, первую и вторую измерительные Обмотки, помещенные соответственно на первый и второй сердечники и соединенные с 50 входами первого блока вычитания, выход которого соединен с входами усилителей, а также первый и второй фильтры низкой частоты, измеритель, содержит первый и второй синхронные детекторы, удвоитель частоты, первый и второй фазовращатели, умножитель„ второй блок вычитания, причем управляющий выход генератора соединен через первый фазовращатель с опорным входом первого синхронного детектора и через удвоитель частоты и второй фазовращатепь — с опорным входом второго синхронного детектора, выход первого усилителя соединен через перВый синхронный детектор и первый фильтр низкой частоты с .первым входом умножителя, выход второго усилителя соединен через второй синхронный детектор и второй фильтр низкой частоты — с вторым входом умножителя и

Вторым входом второго блока Вычитапия, первый вход которого соединен с

ВыходОм умножителя, а ВыхОд соединен с входом измерителя, при этом коэффициент усиления умно>кителя К и величина амплитуды опорных сигналов синхронных детекторов и о связаны соотношением

СИ 3 где С вЂ” постоянный коэффициент, характеризующий величину преобразования сердечников по второй гармонике.

Кроме того, для обеспечения подстройки умножитель выполнен с регулируемь,м коэффициентом усиления.

На фиг.1 представлена блок — схема устройства, на фиг.2 — вариант блоксхемы умножителя.

Измерительное устроиствс содержит (фиг.1) генератор 1 тока, ферромагнитный Датчик состоящий из Обмотки

2 возбуждения,, двух измерител ных обмоток 3 и 4 и двух сердечников 5 и

6,, также содержит блок 7 вычитания, первый Я и Второй 9 усилители, удвоитель 10 Facòîòbt, первый 11 и второА 12 синхронные детекторы, первый

13 14 фазовращатели, первый 15 и второй 16 фильтры низкой частоты, умножитель 17, второй блок

18 вьчитания и измеритель 19. Кроме тога„ умножитель 17 содержит (фкг.2) первый 20 и второй 2 1 ипверторы, блок 22 выделения знака, амплитудный умножитель 23, первый 24 и Второй

25 коммутаторы и масштабируюший уси— питель 26.

Устройство работает следующим образoM.

Генератор 1 задает переменный ток с час=.отой Яо порядка 1 кГц, которь и проходит чере- обмотку 2 Возбуждения,, в результате чего перема"ничиваются

1117561 сердечники 5 и 6, изготовленные из ферромагнитного материала, наводится сигнал в измерительных обмотках

3 и 4, после чего сигнал поступает на входы блока 7 вычитания. В блоке

7 вычитания осуществляется фазовая компенсация средних значений нечетных гармоник сигнала, позволяющая практически полностью подавить средние значения нечетных гармоник и 10 флуктуационные компоненты четных и нечетных гармоник тока возбуждения (шумы генератора возбуждения), трансформируемых в измерительные обмот-. ки 3 и 4, так как в измерительных 15 обмотках 3 и 4 обоих сердечников 5 и 6 средние значения нечетных гармоник и флуктуационные компоненты четных и нечетных гармоник тока возбуждения полностью коррелированы. 20

С выхода блока 7 вычитания через первый 8 и второй 9 усилители, настроенные, например, на выделение магнитного фликкер-шума в области первой ()1 и второй 02 гармоник тока возбуждения,25

U< H U2 поступают на входы соответственно первого 11 и второго

12 синхронных детекторов. Выражения для поступающих сигналов Ц„(t),U (4) можно представить в виде

U,(t) =a,(t)Coo(ы,t, + Ц„Д; ф

И 2 (t) 1.Ч2 (1 а, ))>gг(t)$ „

> Соб(lu, С, "де Q ("), 0 г(ц и f (t) — медленные по сравнению с,периодом перемагничивания x=27 (до (Ыд — частота перемагничивания) флуктуационные уходы 40 амплитуды соответственно первой(д,/т, ( и второй (Ог(Ц и " ® гармоник, возникающие вследствие медленных случайных изменений магнитных свойств ферромагнитных сердечников 5 и 6 и 45 называемые магнитным фликкер-шумом соответственно первой и второй гармоник, 2 — среднее значение амплитуды второй гармоники, величина и знак которбй пропорциональны соответст- 50 венно значению и полярности воздЕйствующего на сердечники 5 и 6 постоянного или медленно меняющегося магнитного поля Н0, g и (— фазы сигналов соответственйо первой и второй 55 гармоник.

На опорные входы первого 11 и второго 12 синхронных детекторов поступают сигналы с в>орога выхода генератора 1 тока соответственно через первый фазовращатель 13 и последовательно соединенные удвоитель 10 частоты и второй фазовращатель 14. .Выражения для опорных сигналов ()1с и () первого 11 и второго 12 синхронных детекторов можно представить в виде

U„=U (а М

" с = LI o co 6 (2 63o t + g 2) где () — значение амплитуды onорных о сигналов, фазы ф„ и f которых соответственно равны фазам сигналов U<(t) и М(t) °

В результате синхронного детектирования и подавления высокочастотных компонент, имеющих частоту, например, свыше 10 Гц, осуществляемого с помощью первого 15 и второго 16 фильтров низкой частоты на их выходах формируются сигналы

0 с

+z(t)

u„ ср - (V2>Чг д ®tE<(t)) где предполагается, что общий коэффициент амплитудного преобразования медленных флуктуаций при фильтрации равен единице.

После умножения сигналов () < и

Ц,р, осуществляемом в умножителе 17, на первый вход второго блока 18 вычитания поступает сигнал U> выражение для которого имеет вид или с учетом малости флуктуаций, Когда справедливо условие ,„г(.ц> (o (<))2, Llo C

0 k (Чг.0г(Ч+а,(t).Е,(t)) где К вЂ” козффициент усиления умножителя 17. 1 117561

В случае, когда значение напряженности Но измеряемого магнитного поля превышает значение порогового поля ферромагнитного датчика, T е °

U>)>(5, ф1", выраже ние (1) можно представить в виде

Величина коэффициента усиления К умножителя 17 выбрана из условия

20 (2)

С 1Q поэтому на входе измерителя 19 имеет-р5 ся сигнал с полностью подавленной мультипликативной компонентной магнитного фликкер-шума

30 вследствие чего повышается точность измерения постоянных или медленно меняющихся магнитных полей в широком диапазоне их изменения. 35

Возможны варианты устройства, когда вьделяются флуктуации третьей, пятой и т.д. высших гармоник.

Реализация умножения сигналов согласно выражению (t) может осущест- 40 вляться следующим образом.

Сигнал с. выхода фильтра 16 низкой частоты через второй вход умножителя l7 поступает одновременно на вход блока 22 вьделения знака сигнала на 45 первый вход первого коммутатора 24 и через первый инвертор 20 на второй

«ход первого коммутатора 24, работой которого управляет блок 22 выделения знака, который в случае положитель- 50

В результате вычитания сигнала 0 из поступающего на второй вход второго блока 18 вычитания сигнала U<< на вход измерителя 19 поступает сигнал

l5 ной полярности входного сигнал з подключает выход первого коммутатора 24 к его первому входу, а при отрицательной полярности — к ег0 второму входу. С выхода первого коммутатора

24 сигнал поступает на второй управляющий вход амплитудного умножителя

23 величина коэффициента усиления которого пропорциональна управляющему сигналу. На первый вход амплитудного умножителя 23 поступает сигнал с выхода фильтра 15 низкой частоты, С выхода амплитудного умножителя 23 сигнал поступает одновременно на первый вход второго коммутатора 25 и через второй инвертор 21 на второй вход второго коммутатора 25, который осуществляет подключение по управляющим сигналам с блока 22 выделения знака своего выхода к первому своему входу при положительной полярности сигнала, поступающего на второй вход умножителя 17 либо ко второму входу, когда полярность отрицательная, С выхода второго коммутатора

25 через масштабирующий усилитель 26, необходимый для подстройки коэффициента усиления умножителя 17 до значения, равного значению выражение (2)„ сигнал поступает на выход умножителя 17.

Приведенная блок-схема умножителя

i7 позволяет реализовать преобразование сигналов в соответствии с выражениями (1) и (2).

Изобретение ооеспечивает повышение точности измерений постоянных или медленно изменяющихся магнитных. полей и наиболее эффективно при измерении его малых приращений„ например при измерении градиентов .магнитного поля Земли либо при измерениях произ-водных приращений сигнала магнитных усилитеЛей. Компенсация флуктуаций выходного сигнала позволяет практи иски полностью подавить составляющую магнитного фликкер-шума в окрестности второй фпи к к ер-шума в окр ес т нос ти вт ор ой гармоники, зависящую от напряже и«ости измеряемого магнитного поля, 1117561

Фиг 1

Составитель В.Попадько

Редактор Н.Бобкова Техред Т.Иаточка

Корректор А.Ильин

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 72 13/29 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5