Цифровой магнитометр со следящим уравновешиванием

 

Изобретение относится к области измерения параметров магнитного поля методом уравновешивания. Цель изобретения - повышение надежности магнитометра при одновременном повышении устойчивости его работы - достигается введением датчиков кода перемещения, двух магнитных измерительных шкал 19-1, 19-2 и перемещающихся магнитных носителей 16-1, 16-2. Устройство также содержит магниточувствительный преобразователь 1, индукционную катушку 2, разрезной магнитопровод 3, рабочий зазор с магнитной прокладкой 4, рабочий зазор с немагнитной прокладкой 5, магниточувствительный элемент 6, усилитель 7, блок 8 управления, блоки 9 и 10 (долговременные запоминающие устройства) соответственно точного и грубого уравновешивания, элементы 11 и 12 соответственно точного и грубого уравновешивания, N-разрядные аналого-цифровые преобразователи 13 и 14 (перемещение - код) соответственно точного и грубого отсчета, регистрирующий прибор 15, P-ичные шкалы 17-1, 17-2 перемещение - код, элементы 18-1, 18-2 съема кода перемещения датчиков кода перемещения. 2 ил.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„16616 А 1 (gg)g G 01 R 33/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

,(21) 4661417/21 (22) 10.03.89 (46) 07.07.91. Вюл. ¹ 25 (72) Л.К.Сафронов, А.В.Жуков и И.A.Ëóêèí (53) 621.317.44(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹- 1543450, кл. G 01 R 33/02, 31.05.88. (54) ЦИФРОВОЙ МАГНИТОМЕТР СО СЛЕДЯЩИМ УРАВНОВЕШИВАНИЕМ (57),Изобретение относится к области измерения параметров магнитного поля методом уравновешивания.

Цель изобретения — повышение надежде (Ре

17-2. 17ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

2 ности магнитометра при одновременном повышении устойчивости его работы — достигается введением датчиков кода перемещения, двух магнитных измерительных шкал 19-1, 19-2 и перемещающихся магнитных носителей 16-1 16-2 Устройство также содержит магниточувствительный преобразователь 1, индукционную катушку

2, разрезной магнитопровод 3, рабочий зазор с магнитной прокладкой 4, рабочий зазор с немагнитной прокладкой 5, магниточувствительный элемент 6, усилитель 7, блок 8 управления, блоки 9 и 10 (долговременные

1661696

20 запоминающие устройства) соответственно точного и грубого уравновешивания, элементы 11 и 12 соответственно точного и грубого уравновеши- 5 вания, и-разрядные аналого-цифровые преобразователи 13 и t4 (перемеще|

Изобретение относится к области измерения параметров магнитного поля методом уравновешивания.

Цель изобретения — повышение на цежности магнитометра при одновреМенном повышении. устойчивости его paботы.

На фиг. 1 приведена структурная схема двухотсчетного цифрового магнитометра со следящим уравновешиванием, на фиг. 2 — эпюры работы схемы.

Устройство (фиг.1) содержит магнит!очувствительный преобразователь 1, индукционную обмотку 2, разрезной агнитопровод 3, рабочий зазор с магнитной прокладкой 4, рабочий зазор с немагнитной прокладкой 5, магнито увствительный элемент 6, усилитель

7, блок 8 управления, блоки 9 и 10 (долговременные запоминающие устройства) соответственно точного и грубого уравновешивания, элементы 11 и 12 соответственно точного и грубого уравновешивания, а-разрядные аналого-циф- 35 ровые преобразователи 13 и 14 (перемещение — код) соответственно точного и грубого отсчета, регистрирующий прибор 15, перемещающиеся (вращающиеся) магнитные носители 16-1, 16-2, р-ичные

40 шкалы 17-1, 17-2 перемещение — код элементы 18-1, 18-2 съема кода перемещения датчиков кода перемещения, магнитные измерительные шкалы 19-1. 45

19-2.

В магнитометре магниточувствитель. ный преобразователь 1 содержит разрезной магнитопровод 3, выполняющий функцию магнитного концентратора внеш- . .Него магнитного потока (и приемника

50 потока) компенсации. На магнитопроводе расположена обмотка 2 и имеются один рабочий зазор с магнитной ,прокладкой . 4 и. другой рабочий зазор немагнитной прокладкой 5. В дополни: тельном (концентрирующем) зазоре расположен магниточувствительный элемент

6 (магнитный дискриминатор знака), ние — код) соответственно точного и грубого отсчета, регистрирующий прибор 15, р-ичные шкалы 17-1, 17-2 перемещение — код, элементы 18-1, 18-2 съема кода перемещения датчиов кода перемещения. 2 ил.,выход которого подключен к усилителю

7, соединенному с блоком 8 управления.

Блок управления электромеханически соединен с двумя магнитными носителями 16-1, 16-2, один из которых входит в состав блока 9 точного уравновешивания, другой — в состав блока10 грубого уравновешивания. Блок 9 включает в себя элемент 11 точного уравновешивания и и-разрядный аналого-цифровой преобразователь 13 перемещение— код. Блок tO включает в себя элемейт

12 грубого уравновешивания и и-разрядный аналого-цифровой преобразователь 14 перемещение — код. Каждый преобразователь перемещение — код содержит р-ичную шкалу 17-1, 17-2 перемещение — код, выход которой подключен к элементу 18-1, 18-2 съема.

Оба элемента съема подключены к регистрирующему прибору 15. Кажпое устройство уравновешивания содержит свою магнитную измерительную шкалу 19-1, t9-2.

Сущность изобретения заключается в том, что нормированнык относительно максимального внешний магнитный поток Фе, .расположенный в промежут- ке

-1 с Ре< +1, (1) р " +М разбивается иа — лоложитель-

2 ных, где .2п -число разрядов аналого- цифрового преобразования, р — основание системы счисления К, — оста2п + ток от деления р на два и р

2 отрицательных значений потоков Ф„, записываемых на каждом отдельном

i-участке магнитной измерительной шкалы, расположенной на поверхности магнитного носителя, выполненного на ленте, диске или барабане.

Нормированный относительно макеималь ного поток

1661696

11+ О«

+ „1, если 1 и (2) 2п 2h — — у„— — (1. ), если + 1&i а р и+ О

Р,+Р; =О, (З) 20

И

+ i если 1

У

2 — (i — — ), если — + 1 < iбр .«Р p ° и р" 2 2 ) 2

1«

+ — i если 1 Ы р2П 2

q)7«l

1 (5) fl И вЂ” — (i — —,) если — + 1 6 1 - р

2 . р p ° и р2п 2 2

50 где OL = О, если р — четное число, М = 1, если р — нечетное число.

Магнитная измерительная шкала представляет собой набор дискретных потоков Р;, следующих друг за другом в порядке возрастания i. Значение i определяется по шкале перемещение — код.

При измерении потока Р магнитный носитель приводится в движение, поток Р; начинает через рабочий зазор магниточувствительного преобразователя поступать в магниточувствительный элемент. Если P« = Р; ) то с выхода магниточувствительного элемента снимается напряжение U одной полярности.(U (0 при недокомпендля магнитной измерительной шкалы точного отсчета

Соответственно изменяется и условие компенсации (3), которое для двухотсчетной системы преобразования принимает вид (Р + Р +P. = О) (6) где Уе — внешний магнитный поток, ф, — ноток с магнитной измери- 1 тельной шкалы грубого отсчета; п о т; — поток с магнитной измери-. сации, U 0 0 при перекомпенсации), а при P = «Р« с выхода элемента снимается напряжение с "дребезгом" нуля, 15 т.е. U попеременно изменяет знак и равно +1.

Таким образом, условие компенсации записывается в виде где номер i -участка согласно выражению (2) определяет значение потока.

Для уменьшения длины измерительной сигналограммы или длины магнитной

25 измерительной шкалы система уравновешивания выполняется двухотсчетной, поэтому для магнитной измерительной шкалы грубого отсчета при OC, = 0 выражение (2) записывается в виде

30 1 тельной шкалы точного отсчета. обшей случае i Г" ф i 1 о

Очевидно, что при одинаковом 1 (одинаковое, начиная с 1 = 1, перемещение магнитных шкал) для потоков систем грубого и точного отсчетов„ как следует из выражений (4) и (5). имеют соотношение

1661696

)го z то (7) что и обеспечивает уменьшение длины измерительной шкалы в р " раз но од5 новременно требуется магниточувст1 вительный преобразователь с двумя ра.бочими зазорами.

В дальнейшем приняты следующие обозначения .

1 — нормированное значение доли потока Р<, определяемое по магнитной измерительной шкале грубого отсч, ета, i p — номер участка на шкале пе- 15 ремещение — код грубого отсчета, соответствующий нормированному потоку Р = 1+1

S — нормированное значение доли потока Ре, определяемое по магнитной измерительной шкале точного отсчета, — номер участка на шкале перемещение -- код точного отсчета, соответствующий нормированному потоку 25

P = 1-$ ! (— угол поворота шкалы перемещение — код,, соответствующий участку с номером i р+., Ц - угол поворота шкалы переме- 30 щение — код соответствующий участку с нокером i . .<

U — напряжение с выхода магниточувствительного элемента, а — расстояние между магниточув35 ствительным преобразователем и магнитным носителем (неконтакт), — длина единичного элемента Магнитной шкалы .

Ч"— — угол поворота шкалы переЪ мещения точного отсчета.

Работает магнитометр следующим образом.

При поступлении внешнего поля с индукцией 0@ на концентрирующую грань 45 магнитопровода 3 через магниточувствительный элемент 6 начинает проходить поток Ре, нормированное значение которого, например, равно 1+$, как пока-"-ано на фиг.2а. В исходном состоянии угол поворота С ; шкалы

17-2 перемещение — код преобразователя 14 грубого отсчета равен нулю (фиг.2 б), поэтому магнитный поток

Ф, поступающий с магнитной шкалы

19-2 элемента 12 грубого уравновешивания также равен нулю (фиг„2 в). Отрицательный знак рассогласования с вь:л.ода элемента б (фиг.2 r) через усилитель 7 воздействует на блок 8 управления,, который вызывает отклонение вала преобразователя от исход-, його состояния, Начинается отслеживающий перебор участков шкалы 19-2, на которой в области 0 (И ; (180 г,о о ! записаны положительные потоки компенсации У,, а в области 180 (Ч . < 360 отрицательные потоки, При выборе

I участка с номером +, нормированное значение потока компенсации становится равным — (1+1),как показано на фиг-2.ц,:

В этот момент поток компенсации . о уго

1Р поэтому сигнал рассогласования с выхода элемента 6 изменяет свой знак (фиг.2 r), который становится положительным, и начинает вращение вала преобразователя точного отсче; та (фиг.2 д), который в исходном состоянии равен нулю. По достижении участка с номером i<> с выхода элемента 11 снимается поток Р,, гл

I который по направлению совпадает с потоком Ре и равен нормированному значению +(1-S), как показано на фиг.2 е. Поскольку суммарный поток компенсации

Р го + P", (8) то, подставив в выражение (8) значения У" = -(1+1) и P?о= +(1-$), получают Р, = -(1+S). Согласно фиг.2 а

+(1+S) следовательно, условие (б) выполняется, и процесс следящего уравновешивания закончен. На основе условий (4), (5) и (8) в регистрирующем приборе 15 по заданному алгоритму определяется поток знак которого обратен знаку P;, Очевидно при конструкции магниточувствительного преобразователя, показанного на фиг, 1, знаки потоков ф; и Ч, совпадают, если с правой

r,o т.о

I 1 измерительной магнитной шкалы 19-2 снимается поток одного знака (например, отрицательный), а с левой измерительной магнитной шкалы 19-1 поток другого знака (например, положительный). В блоке 9 точмого уравновешивания на шкале 19-1 записаны те же потоки, что и в блоке 10 грубого уравновешивания, т.е. в области, 0 c g,o (180 записаны положительные о

Ъ о -, о о потоки, а в области 180 С (; (360 отрицательн4е потоки.

Для уменьшения магнитного потока л T,î .в Р -раз по сравнению с у ласно условию (7) необходимо, чтобы

1661696 магнитное сопротивление рабочего зазора с магнитной прокладкой 4 было в р " раз меньше магнитного сопротивления рабочего зазора с прокладкой 5 либо при одинаковом размере рабочих зазоров выполнялось условиеЛа,., Ю

f s 1

i,t с

1 усу

< -(e+sp г

+f

-1 у та е

1S --- -,t ф-Я

Фиг 2

Составитель Л.Устинова

Редактор Т.Юрчикова Техред М.Моргентал Корректор М.Самборская

Заказ 2121 Тираж 425 Подписное

ВНИИПИ Государствечного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 е — (9) 10

Ь где а а — (неконтакт) соответстт,о r.o венно в системе точного и грубого отсчета.

Формула изобретения

Цифровой магнитометр со следящим уравновешиванием, содержащий индукционную катушку и магнитопровод, в одном рабочем зазоре которого расположена магнитная прокладка, в другом рабочем зазоре — немагнитная прокладка, а в дополнительном зазоре— магниточувствительный элемент, подключенный к усилителю, выход которого соединен с входом блока управления, и-разрядные аналого-цифровые преобразователи точного и грубого уравновешивания, а также регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью поышения надежности и устойчивости его работы, в него введены датчики кода перемещения, две магнитные измерительные шкалы и перемещающиеся магнитные носители, на поверхности которых нанесены шкалы перемещение — код, напротив каждой из которых расположен элемент съема соответствующего датчика кода перемещения, подключенного к регистрирующему прибору, а каждая из магнитных измерительных шкал выполнена в виде m образцовых измерительных источников сигналов и расположена напротив одного из рабочих зазоров соответствующего магнитопровода.