Магнитометр

 

Устройство относится к измерительной технике и предназначено для измерения слабых магнитных полей в широком диапазоне частот.Целью изобретения является повьшение помехозащищенности магнитометра. Магнитометр содержит магнитомодуляционный преобразователь 1 с приемной обмоткой 2, обмотками компенсации 3 и возбуждения 4, генератор 5 воз уждения , синхронный детектор 6, фильтр 9 нижних частот, усилитель 14 тока. Введение М формирователей 11 синфазных , М формирователей 12 квадратурных составляющих компенсирующего сигнала, формирователя 21 опорных сигналов с перзой 19 и второй 20 группами по М выходов соответственно синфазных и квадратурных сигналов , сумматора 15 с 2М + 1 входами и образование функциональных связей позволило достичь поставленную цель. В магнитометре обеспече (Л но увеличение коэффициента подавлес ния магнитного поля силовой сети. 1 3.п. ф-лы, 2 ил. 1ЧЭ -vj Сл со СО 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (g1) 4 С Ol R 33/02

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

f10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 3

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ метр содерплт магнитомодуляционный преобразователь 1 с приемной обмоткой 2, обмотками компенсации 3 и возбуждения 4, генератор 5 возбуждения, синхронный детектор 6, фильтр

9 нижних частот, усилитель 14 тока °

Введение М формирователей 11 синфазных, М формирователей 12 квадратурных составляющих компенсирующего сигнала, формирователя 21 опорных сигналов с первой 19 и второй

20 группами по М выходов соответственно си ф и квадратурных сигналов, сумматора 15 с 2М + 1 входами и образование нов.1х функциональных связей позволило достичь поставЛенную цель. В магнитометре обеспече- но увеличение коэффициента подавления магнитного поля силовой сети.

1 э.п. ф-лы, 2 ил. (21) 3811495/24-21 (22) 10. 11. 84 (46) 07.12.86. Бюл. И 45 (71) Курский политехнический институт (72) 3.А. Мельников, А.П. Локтионов, В.Б. Кравченко, Д.М. Александров и В.Г..Букреев (53) 621.317.44 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 892356, кл. G 01 R 33/02, 1981 (54) МАГНИТОМЕТР (57) Устройство относится к измерительной технике и предназначено для измерения слабых магнитных полей в широком диапазоне частот. Целью изобретения является повьппение помехоэащищенности магнитометра ° Магнито„,Я0„„1275338 д 1

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения слабых магнитных полей в широком диапазоне частот.

Целью изобретения является повы5 шение помехозащищенности магнитометра путем увеличения коэффициента подавления магнитного поля силовой сети.

На фиг.1 изображена функциональ- 10 ная схема магнитометра, на фиг.2 . функциональная схема формирователя составляющей (синфаэной или квадратурной) компенсирующего сигнала.

Магнитометр (фиг.1) содержит магнитомодуляционный преобразователь

1 с приемной обмоткой 2, обмотками компенсации 3 и возбуждения 4„ генератор 5 возбуждения, соединенный с обмоткой 4 возбуждения, синхронный детектор 6, соединенный сигнальным входом 7 с приемной обмоткой 2 и опорным входом 8 с генератором 5 возбуждения. К выходу синхронного детектора 6 подключен фильтр 9 нпжних частот. К выходу фильтра 9 подключены интегратор 10 входом, М формирователей 11 синфазных, M формирователей 12 квадратурных составляющих компенсирующего сигнала сигнальными входами 13. Выходы интегратора 10 и формирователей 11 и 12 связаны с усилителем 14 тока посредством сумматора 15 по его 2М+1-у входу 16 и

2М входам 17 соответственно. К выхо35 ду усилителя 14 тока подключена обмотка 3 компенсации. Опорные входы

i8 формирователей 11 синф@эных,опорные входы 18 формирователей 12 квадратурных составляющих гармоник компенсирующего сигнала подключены соответственно к первой группе N выходов 19 и к второй группе М выходов 20 формирователя 21 опорных сигналов, состоящего, например, иэ М последовательных цепей, каждая из которых образована умнож!»телем 22 частоты f íà i и фаэовращателем 23 сигнала частотой fi íà ll /2 ° и UnB, магнитным полем, амплитуды напряжений, обусловленных синфазной Н„„; (t) H квадратурной

Н„, (t) составляющими i-й гармоники магнитного поля силовой

338 житель 26 первым входом 27 соединен г выходом интегратора 25, а вторым входом 28 — с опорным входом 18 фазового детектора 24.

Магнитометр работает следующим образом.

В начальный момент времени, когда компенсация помехи отсутствует, в приемной обмотке 2 магнитомодуляционного преобразователя 1 наводится модулированное напряжение с несущей частотой, равной частоте магнитной модуляции, и огибающей, пропорциональной сумме измеряемого магнитного поля и магнитного поля помехи, образованной геомагнитным полем и магнитным полем силовой сети. Это напряжение поступает на сигналЬный вход 7 синхронного детектора 6, а на его опорный вход — напряжение с частотой магнитной модуляции. После детектирования синхронным детектором

6 сигнала, поступающего с приемной обмотки 2, на выходе фильтра 9 нижних частот, отделяющем несущую частоту, напряжение V (t)

UV(t) = U,(t) + U„,(t) = UG(t) + U м м

+ P U„„sin i 2 !if + Q U„cos i 2i>ft

1= !=! ! где U (t) и Uq(t) — напряжения,обусловленные измеряемым магнитным полем H (t) и магнитным полем помехи H„(t);

U — постоянная составляющая, обусловленная гео50

Каждый из формирователей 11 синфазных и каждый иэ фор!я»рователей

12 квадратурных составляющих гармоник компенсирующего сигнала сос тоит иэ последовательно соединенных фазового детектора 24 с сигнальным

13 и опорным 18 входами, интегратора 25 перемножителя 26 с первым 27 и BTopb!M 28 входами (фиг.3),Перемно-. сети.

В магнитометре осуществляется одновременная компенсация геомагнитного поля, синфазных и квадратурных составляющих гармоник магнитного поля силовой сети. Рассмотрим процесс компенсации геомагнитного поля.

Возникновение в начальный момент постоянной составляющей U в выходз 12 ном напряжении фильтра 9 нижних частот, обусловленной геомагнитным полем приводит к изменению напряжеl ния U на выходе интегратора 10.

К

Это напряжение поступает на 2M+1-й вход 16 сумматора 15, далее на усилитель 14 тока, который создает ток в обмотке 3 компенсации, пропорцио нальный напряжению U, поскольку постоянные напряжения на остальных входах сумматора 15 отсутствуют.Направляющие тока таково, что магнитное поле этого тока Н „ — постоянная составляющая компенсирующего поля Н (t) имеет направление проти-, К воположное геомагнитному Н. В тот момент, когда компенсирующее постоянное поле и геомагнитное сравниваются по величине, суммарное постоянное магнитное поле Н = Н + Н окажется равным нулю с точностью отработки астатической следящей системы, образуемой магнитомодуляционным преобразователем 1, приемной обмоткой 2, синхронным детектором 6, фильтром 9 нижних частот, интегратором 10 сумматором 15, усилителем

14 тока и обмоткой 3 компенсации.

Следовательно, станет равной нулю постоянная составляющая U напряжения на выходе синхронного детектора

6, а напряжение U на выходе интегратора 10 останется неизменным, также останется неизменным и Нц.Процесс компенсации геомагнитного поля этим завершен. Он повторится либо при следующем включении магнитометра, либо при изменении ориентации магни томодуляционного преобразователя относительно геомагнитного поля.

Опорные сигналы, необходимые для компенсации гармоник магнитного поля силовой сети, создаются формирователем 21 опорных сигналов, синхрони- зированным с силовой сетью. На его

M выходах 19 первой группы синусоидальные напряжения U sin 2iif t...

U sin М2ГЕс с постоянными амплитудами U . На М выходах 20 второй группы ортогональные им напряжения

U cos 2Iift...U6cos M2Iift. Опорные напряжения с М выходов t9 первой группы формирователя 21 опорных сигналов поступают на опорные входы 18 формирователей 11 синфазных состав-, ляющих гармоник компенсирующего сигнала . Опорные напряжения с М выходов

20 второй группы формирователя 21

75 1 38 4

5S опорных сигналов поступают íà cflop ные входы 18 формирователей !2 квадргтурных составляющих гармоник компенсирующего сигнала.

Рассмотрим процесс компенсации синфаэной составляющей i†- и гармоники компенсирующего сигнала. В начальный момент времени, когда компенсация помехи отсутствует, на сигнальный вход фазового детектора 24 i-ro формирователя 11 с фильтра 9 поступает напряжение U (t).

На опорный вход 18 фазового детектора 24 поступает напряжение

U sin i 27И . Поскольку фазовый детектор выполняет функцию перемножения входных сигналов с отделением постоянной составляющей, то на выходе фазового детектора постоянное напряжение У ; = 1/2 Uï,- U пропорциональное составляющей i-й гармоники Н „(t) = Н„„; sin 272t, ко-торая синфаэна опорному сигналу

U - -sin i 27 ft. Под действием выхода ного напряжения фазового детектора

24 изменяется напряжение U на выходе интегратора 25, которое поступает на первый вход 27 перемножителя 26 и управляет амплитудой опорного сигнала U sin i 2%ft, поступающего на второй вход 28. С выхода перемножителя 26 напряжение V„„ (t)

= и sin i 2i ft, где UÄ ; = У U„ ; ai поступает на оцин из 2М входов 17 сумматора 15 и далее на усилитель 14 тока, который создает ток частотой

if в обмотке 3 компенсации. Направление его таково, что магнитное поле этого тока Н ; (t) = Н1 ; sin i 2i ft синфаэная составляющая д-й гармоники компенсирующего поля H„(t) имеет направление, противоположное синфазной составляющей i-й гармоники магнитного поля силовой сети. В тот момент,когда синфаэные составляющие i-x гармоник компенсирующего поля и магнитного поля силовой сети сравняются,синфаэная составляющая суммарного поля

i-й гармоники Н „ (t) = Н„„ ° (t) +

+ Н, (t) станет равнои нулю с точ ностью отработки следящей астатической системы, образуемой магнитомодуляционным преобразователем 1, приемной обмоткой 2, синхронным детектором 6, фильтром 9 нижних частот,формирователем 11 синфазной составляющей i-й гармоники, компенсирующего сигнала, сумматором 15, усилителем

12753

14 тока и обмоткой 3 компенсации, Следовательно, станет равным нулю и напряжение на выходе фазового детектора 24, а на выходе интегратора 25 напряжение остается неизменным. Не изменяется и амплитуда напряжения

U„ (t) на выходе перемножителя 26 и соответственно амплитуда Н, синфаэной составляющей i-й гармоники компенсирующего поля H „„(t). Процесс 10 компенсации синфазной составляющей.

i-й гармоники магнитного поля силовой сети этим завершен и повторится либо при следующем включении устройства, либо при изменении ориентации магнитомодуляционного преобразователя относительно поля силовой сети, либо при изменении синфазной составляющей i-й гармоники магнитного поля силовой сети. Аналогично и одно- 20 временно с этим процессом происходит компенсация квадратурной составляющей i-й гармоники, а также синфазных ,и квадратурных составляющих всрх остальных М-1 гармоник. В результате 25 сигнал на выходе фильтра 9 нижних частот пропорционален измеряемому магнитному полю и не содержит постоянной составляющей и М гармоник переменного напряжения, создаваемых ЗО магнитным полем силовой сети.

Формула изобретения

1. Магнитометр, содержащий магнитомодуляционный преобразователь с обмоткой возбуждения, приемной обмоткой, обмоткой компенсации, генератор возбуждения, соединенный с обмоткой возбуждения, синхронный детектор соединенный сигнальным входом с приемной обмоткой и опорным . входом с генератором возбуждения, фильтр нижних частот, входом сое- 45 диненный с выходом синхронного де38 тектора, усилитель тока, выходом соединенный с обмоткой компенсации,о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, в него введены интегратор, М формирователей синфазных составляющих гармоник компенсирующего сигнала, М формирователей квадратурных составляющих гармоник компенсирующего сигнала, формирователь опорных сигналов с первой и второй группами по

М выходов соответственно синфазных и квадратных сигналов, сумматор с

2М+1 входами, выходом соединенный с входом усилителя тока, причем вход интегратора и сигнальные входы М формирователей синфаэных и М формирователей квадратурных составляющих компенсирующего сигнала подключены к выходу фильтра нижних частот, а выходы их соединены с 2М+1 входами сумматора,, формирователь опорных сигналов входом подключен к силовой сети, каждым из М выходов первой группы соединен с опорным входом соответствующего из М формирователей синфаэных составляющих-гармоник компенсирующего сигнала, каждым из М выходов второй группы соединен с опорным входом соответствующего из М формирователей квадратурных составляющих гармоник компенсирующего сигнала.

2. Магнитометр по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что каждый иэ формирователей синфазных и каждый из формирователей квадратурных составляющих гармоник компенсирующего сигнала выполнены в виде последовательно соединенных фазового детектора, интегратора и перемножителя, выход которого соединен с выходом формирователя, а второй вход кото-. рого соединен с опорным входом фазового детектора, сигнальный вход которого соединен с входом формирователя.

1275338

Составитель М. Бухаров

Техред Н.Глущенко Корректор О. Луговая

Редактор И. Шулла

Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6556/36

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4