Градиентометр

 

Изобретение относится к магнитометрии и служит для измерения величины и определения знака пространст- - венной производной одной из компонент полного вектора магнитной индукции постоянного и низкочастотного магнитного поля. Цель изобретения - устранение неоднозначности определения положения источника возмущения магнитного поля. Устройство содержит генератор 8 возбуждения, формирователи 11 и 12 импульсов, логический блок 13, элементы 14 и 15 НЕ, RS-триггеры 19 и 21, элементы 17 и 18 2И, элемент 20 2ИЛИ, блок 22 индикации и формирователь 29 импульсов. Феррозондовые датчики 1 и 2 с обмотками 23-28, усилители 3 и 4 напряжения, синхронные детекторы 6 и 7 и низкочастотные усилители 9 и 10 образуют два идентичных канала градиентометра . Измеряемое магнитное поле модулируется с помощью енератора 5 низкочастотных модулирукнцихся линейно изменяющихся колебаний. Сигнал разности обрабатывается в знакочувствительном блоке, содержащем логические элементы 13-21. 8 ил. (Л L.. 1C СП о 4 Фн.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„.SU„„1215074 А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ1Ф ф,р) (lf

".;.* - -y

Р /

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) ГРАЦИЕНТОИЕТР (57) Изобретение относится к магнито- метрии и служит для измерения величины и определения знака пространственной производной одной из.компонент полного вектора магнитной индукции постоянного и низкочастотного магнитного поля. Цель изобретения— устранение неоднозначности определе(21) 3766910/24-21 (22) 06.07.84 (46) 28.02.86. Вюл. N 8 (72) В.В. Польской и А.Г. Алексеев (53) 621. 317. 44 (088. 8) (56) Афанасьев В.В. и др. Средства измерений параметров магнитного поля.

Л. . Энергия, 1979, с. 320.

Авторское свидетельство СССР

Ф 847236, кл. G 01 R 33/02, 1982. ния положения источника возмущения магнитного поля. Устройство содержит генератор 8 возбуждения, формирователи 11 и 12 импульсов, логический блок 13, элементы 14 и 15 НЕ, RS -триггеры 19 и 21, элементы 17 и 18 2И, элемент 20 2ИЛИ, блок 22 индикации и формирователь 29 импульсов. Феррозондовые датчики 1 и 2 с обмотками

23-28, усилители 3 и 4 напряжения, синхронные детекторы 6 и 7 и низкочастотные усилители 9 и 10 образуют два идентичных канала градиентометра. Измеряемое магнитное поле модулируется с помощью енератора 5 низкочастотных модулирующихся линей- Е но изменяющихся колебаний. Сигнал разности обрабатывается в знакочувст. вительном блоке, содержащем логические элементы 13-2 1. 8 ил.

1 12

Изобретение относится к магнитометрии и предназначено для измерения, величины и определения знака пространственной производной (градиента) одной из компонент полного вектора магнитной индукции постоянного и низкочастотного магнитного поля.

Цель изобретения — устранение неоднозначности определения положения источника возмущения магнитного поля, которая достигается введением в схему генератора низкочастотных колебаний.

На фиг. изображена схема устройства, которое содержит первый и второй феррозондовые датчики 1 и 2, первый и второй усилители напряжения

3 и 4, генератор низкочастотных модулирующих линейно изменяющихся колебаний 5, первый и второй синхронные детекторы 6 и 7, генератор возбуждения 8, первый и второй низкочастотI ные усилители 9 — 10, первый и второй формирователи импульсов

11, 12, первый логический блок 13„ первый и второй элементы HE 14 и 15, первую и вторую схему совпадений на элементах 2И 17 и 18, первый К S-триггер 19, элемент 2 ИЛИ 20, второй

1 -триггер 2 1, блок индикации 22.

Феррозондовые,цатчики 1 и 2 содержат следующие обмотки: первые — измерительная 23, возбуждения 24 и модулирующая 25, вторые — модулирующая

26, возбуждения 27, измерительная 28 и формирователь импульсов 29. Феррозондовые датчики 1„ 2,последовательно соединенные с усилителями напряжения 3, 4 синхронными детекторами

6, 7 и низкочастотными усилителями

9, 10, образуют два идентичных канала градиентометра, измеряемое магнитное поле в котором искусственно модулируется с помощью генератора низкочастотных модулирующих .линейно изменяющихся колебаний 5. Сигнал разности обрабатывается в энакочувствительном блоке градиентометра, содержащем логические элементы 13 ... 21.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Градиентометр работает следующим образом.

В каждом из каналов градиентометра для получения информации о величине и знаке измеряемого магнитного поля в цифровом виде используется

15074 2

5 !

0 !

40 способ время-импульсной модуляции низкочастотной огибающей несущей частоты, позволяющий преобразовать измеряемую аналогичную величину в пропорциональный временной интервал, который впоследствии измеряется любым из известных методов (прямого счета, нониусным, распределительным или комбинированным).

На разнесенные в пространстве первый и второй феррозондовые датчики

1 и 2 воздействует неоднородное внешнее магнитное поле. Это поле в точках расположения феррозондовых датчиков 1 и 2 имеет, например, значениях Во и Во соответственно (фиг.2а, б). Феррозондовые датчики с помощью обмоток возбуждения 24 и 27, а также высокочастотного генератора 8 возбуждаются с частотой F. С генератора

8 также выдаются сигналы с частотой

2F для. управления первым и вторым синхронными детекторами б и 7 обоих. каналов градиентометра. С помощью генератора низкочастотных модулирующих линейно изменяющихся колебаний

5 и модулирующих обмоток 25 и 26 в объемах феррозондовых датчиков 1 и 2 создаются переменные линейно изменяющиеся во времени магнитные поля

B(t) (фиг. 2а,б), модулирующие измеряемые Во и Во. С измерительных обмо1 ток 23 и 28 каждого из двух феррозоновых датчиков 1 и 2 на входы усилителей напряжения 3 и 4 поступает ! сигнал частотой 2F (соответственно фиг. 2в, г), пропорциональной величине измеряемого в объеме каждого датчика магнитного поля. С выхода усилителя 3(4) напряжения сигнал поступает на синхронный детектор 6(7), а с выхода детектора приходит на вход низкочастотного усилителя 9(10).

При воздействии на феррозонды 1 и 2 сумм измеряемых и переменного модупирующего полей Во + B(t), В +B(t) на выходах первого и второго формирователей импульсов } и 12 появляются импульсы положительной полярности (фиг. 2д,е). Разность длительностей

АТ вЂ” à — T„ — — (ЬТ +ЛТ ) (фиг.2ж) пропорциональна разности величин маг1 нитной индукции  — Во в точках расположения ферроэондов 1 и 2.

Импульсы положительной полярности

Т и Т.! (фиг. 2д„е), присутствующие ! на выходах формирователей импульсов

1i и 1", подвергаются дальнейшей обработке. В процессе измерений возможны

1215074 4 три общих варианта тельностей Т1 и Т1

1 тельной полярности: соотношения длиимпульсов положи-Т = Т„

Рассмотрим первый случай, когда

Т,1 Т1. Для этого воспользуемся временными диаграммами (фиг. 3) и таблицей истинности (фиг. 4), описывающими возможные комбинации сигналов

U 1 u Ug с выходов формирователей 11 и 12 (фиг. 1) и возникающие при этом комбинации на выходах других логических элементов. 3a " 1" принят положительный потенциал импульсов, за "0"нулевой потенциал логических элементов. Из таблицы истинности, поясняющей работу градиентометра,видно, что в данном случае через элемент 2 ИЛИ

20 на вход блока индикации 22 поступают два импульса (фиг. 3, U ) йТ1 и аТ<, несущие информацию о величине измеряемого градиента. На вход блока индикации также поступает единичный сигнал (фиг. 3, 011) с прямого выхода-второго -триггера 21 (фиг.1)

Задний фронт этого сигнала формируется в момент прихода импульса U

29 (фиг. 1). Импульс Ц (фнг. 23) формируется в момент перехода из положительной полуплоскости в отрицательную сигнала B(e) (фиг. 2а,б) с генератора низкочастотных линейно изменяющихся модулирующих колебаний 5.

Рассмотрим второй случай, когда !

Т1) Т1. Работа схемы происходит в соответствии с таблицей истинности на фиг. 6 и временными диаграммами, изображенными на фиг. 5., С выхода элемента 2 ИЛИ 20 на вход блока индикации 22 поступают два импульса А Т„н л Т (фиг. 5, U>, 010), сумма длительностей которых равна разности длительt ностей импульсов Т4 и Т1 (фиг. 5, И4, И ). На вход блока индикации также поступит единичный сигнал (фиг. 5, U ) с прямого выхода первого RS -триггера 19, констатирующего соотношение Т1 > Т <. Задний фронт этого сигнала, как и в предыдущем случае, формируется в момент прихода!

О

45 импульса U1 (ôèã. 2з), связанный с переходом из положительной полуплоскости в отрицательную сигнала В(t) генератора низкочастотных модулирующих колебаний (фиг. 2а,б).

Случай равенства временных интер1 валов Т1 = Т„ (измеряемьп градиент равен нулю) и работу знакочувстви,тельного вычитающего функциональ1 ного узла градиентометра отражают временные диаграммы на фиг. 7 и таблицы, изображенная на фиг. 8. Из таблицы и временных диаграмм видно, что в данном случае на выходе элемента

2 ИЛИ 20 (фиг. 7, Ую) нет импульсов разности временных интервалов Т и

Т . На прямых выходах первого и второго КБ -триггеров 19 и 21 (фиг. 1) нет информации о знаке разности.

Следовательно, выходные сигналы

U10 U11 (фиг.1) знакочувствительнол вычитающей части градиентометра, выполненной на элементах 13...21, несут информацию о величине измеряемого градиента и положении источника возмущения магнитного поля относительно датчиков градиентометра.

Информация о величине измеряемого градиента содержится в сигнале U и заключена в величине разности длнI тельностей Т1 — Т tb Т + bT В, т.е. ближе к источнику возмущения магнитного поля расположен датчик, измеряющий поле В . Если единичный сигнал поступает с прямого выхода второго " -триггера 21, то индукция измеряемых полей удовлетворяет усло( вию Во > В, т. е. источник возмущения расположен со стороны датчи1 ка, измеряющего поле Во . Отсутствие сигналов Ug, U,z, U<, указывает,что измеряемый "".ðàäèåíò имеет нулевое значение.

Таким образом, устройство позволяет измерять величину градиента магнитчого поля, устраняет неоднозначность определения положения источника возмущения магнитного поля и обладает в

1 силу этого большими функциональными возможностями и более широкой областью применения по сравнению с известными устройствами.

1215074

Формула изобретения

Градиентометр, содержащий два канала измерения индукции магнитного поля, каждый из которых содержит последовательно соединенные с измерительной обмоткой феррозондового датчика усилитель напряжения, синхронный детектор и низкочастотный усилитель, tp а также генератор возбуждения, подключенный к вторым входам синхронных детекто" ров и к обмоткам возбуждения феррозондовых датчиков, и блок индикации, отличающийся тем,что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены генератор низкочастотных линейно изменяющихся модулирующих колебаний, две обмотки модуляции, три формирователя 2О импульсов, логический повторитель, два элемента HK два элемента 2И, элемент 2ИЛИ и два RS -триггера, прямые выходы которых соединены с двумя входами блока индикации, а в каж- 25 дом из каналов измерения индукции неоднородного магнитного поля выход низкочастотного усилителя соединен с Я -входом ЙЯ-триггера через последовательно включенные формирователь импульсов, логический повторитель элемент 2И, причем второй вход эле мента 2И первого канала измерения индукции магнитного поля через.первый элемент НЕ соединен с выходом формирователя импульсов второго канала, выход элемента 2И первого канала соединен с первым входом элемента 2ИЛИ, а вход второго элемента HE соединен с выходом формиро-. вателя импульсов первого канала измерения индукции магнитного поля, выход второго элемента HE соединен с входом второго элемента 2И,выход которого подключен к второму входу элемента

2 ИЛИ, выход элемента 2 ИЛИ соединен с третьим входом блока индикации, выход генератора низкочастотных линейно изменяющихся модулирующих колебаний подключен к модулирующим обмоткам обоих феррозондовых датчиков и через третий формирователь импульсов к К -входам обоих Я-триггеров.

1215074

1215074

12 I 5074

42

Жог z

Составитель В. Шульгин

Редактор О. Колесникова Техред О.Неце Корректор Т. Колб

Заказ 904/54 Тираж 730 Подписное

BHHNlH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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