Измеритель производных магнитных полей

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения магнитных полей, устанавливаемых на борту подвижных объектов, с одновременным определением параметров движения, и может быть использовано для проведения аэромагнитных измерений, а также поиска локальных магнитных аномалий. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем увеличения количества и порядка измеряемых производных - достигается введением умножителей 14, 15, блоков 16, 17 интегрирования, выполненных в виде последовательно соединенных в цепь отдельных интеграторов, и алгебраического сумматора 18. Измеритель также содержит чувствительный элемент 1, модулятор 2, автогенератор 3, преобразовательный блок 4, выполненный в виде инерционных катушек 5, 6, фазовращателя 7, алгебраических сумматоров 8, 9, 18 и умножителей 10, 11, 12, 13. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5Н5 G 01 R 33/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4644548/2 1 (22) 30,01.89 (46) 15,08.91. Бюл. ¹ 30 (72) С.В.Черн ы и и В.Н. Победа (53) 621.317.44(088.8) (56) Авторское свидетельство СССP

N1379755,,кл. G 01 R 33/02, 1988. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПРОИЗВОДНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения магнитных полей, устанавливаемым на борту подвижных объектов, с одновременным определением параметров движения, и может быть использовано для

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения магнитных полей, устанавливаемых на борту подвижных объектов. с одновременным определением параметров движения, и может быть использовано для проведения аэромагнитных измерений, а также поиска локальных магнитных аномалий, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем увеличения количества и порядка измеряемых производных.

На чертеже представлена структурная схема измерителя.

Измеритель состоит из чувствительного элемента 1, модулятора 2, автогенератора 3 и преобразовательного блока 4. одержа„„. Ж,, 1670635 А1 проведения аэромагнитных измерений, а также поиска локальных магнитных аномалий. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем увеличения количества и порядка измеряемых производственных — достигается введением умножителей 14,15, блоков 16,17 интегрирования, выполненных в виде последовательно соединенных в цепь отдельных интеграторов, и алгебраического сумматора

18. Измеритель также содержит чувствительный элемент 1, модулятор 2, автогенератор 3, преобразовательный блок 4, выполненный в виде инерционных катушек 5,6, фазовращателя 7, алгебраических счмматоров 8,9,18 и умножителей 10,11,12,13. 1 ил. щего первую и вторую индукционные катушки 5 и 6, фазовращатель 7, первый и второй алгебраические сумматоры 8,9, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой умножители 10,11,12,13,14 и 15, первый и второй блоки 16, 17 интегрирования и третий и четвертый алгебраические сумматоры

18 и 19. Каждый из блоков интегрирования состоит из последовательно соединенных в цепь отдельных интеграторов, количество которых в каждом из двух каналов измерения по крайней мере на единицу превышает число измеряемых в данном канале производных. Выход каждого интегратора в каждом канале является выходом соответствующей производной, измеряемой в данном канале, и представляет собой соответствующий выход блока интегрирова0 4

О

0с (лЭ

Ql >

1670635 ния, включенного в данный канал. Входами блоков 16 и 17 являются входы их первых интеграторов.

Суммирующий вход первого алгебраического сумматора 8 соединен с выходом индукционной катушки 5, вычитающие — c выходом катушки 6 и с выходом первого умножителя 10.

Суммирующие входы второго алгебраического сумматора 9 соединены с выходами индукционных катушек 5,6, а вычитающий— с выходом четвертого умножителя 13. Первые входы первого 10, второго 11, третьего

12, четвертого 13 умножителей соединены с выходом фазовращателя 7. Выходы алгебраических сумматоров 8 и 9 соединены со вторыми входами соответственно второго

11 и третьего 12 умножителей. Выход умножителя 11 соединен со входом блока 16 интегрирования, выходы которого соединены с соответствующими входами алгебраического сумматора 19. Выход сумматора 19 соединен со вторым входом умножителя 10, Выход умножителя 12 соединен со вторым входом умножителя 14, выход которого соединен со входом второгого блока 17 интегрирования. Выходы блока 17 соединены с соответствующими входами сумматора 18, выход которого соединен со вторым входом умножителя 15. Выход умножителя 15 соединен со вторым входом умножителя 13, а выход последнего интегратора блока 16 интегрирования соединен с первыми входами умножителей 14 и 15. Все входы сумматоров

18 и 19 являются суммирующими, Измеритель работает следующим образом.

При включении автогенератора 3 пьезоэлектрический вибратор с укрепленным на нем ферромагнитным цилиндром, входящим в состав модулятора 2, совершают гармонические колебания. Перемещение ферромагнитного цилиндра приводит к изменению числа витков в катушках 5 и 6, пронизываемых магнитным потоком воспринимающего элемента 1, так как часть из них выступает за край цилиндра. Поэтому выражения для ЭДС Е1 и Ег катушек 5 и 6 могут быть записаны в виде

d oo, C

dt с(а с

q, - (w,.k,ье)(7."-.t,.е)

° а(wo к, ь(1(а, -7а ь()

fl а е - —ê,- — а. ь е. ь и О ( где  — индукция измеряемого магнитного поля;

М/е(— число витков в катушках, находящихся в воздушном зазоре между цилиндром и воспринимающим элементом при

Ь1=0;

k2 — шаг намотки катушек 5 и 6; ф- потокосцепление;

5 Ьi — амплитуда колебаний вибратора;

R — внутренний радиус цилиндра модулятора;

S0 — среднее значение площади перекрытия воспринимающего элемента цилин10 дром;

m — масса цилиндра модулятора;

Ь!м — амплитуда колебаний цилиндра модулятора;

1е1 — коэффициент жесткости пьезоэлек15 трического вибратора; а — действующее на объект в плоскости колебаний вибратора линейное ускорение;

И вЂ” частота колебаний вибратора.

Фазовращатель 7 обеспечивает сдвиг

20 сигнала автогенератора 3, пропорциональЛ ный sin Qt на угол — и формирует на

2 своем выходе сигнал, пропорциональный

cos Qt. необходимый для обеспечения син25 хронного детектирования.

В результате взаимосвязанной работы блоков устройства на выходах сумматоров 8 и 9 вырабатываются сигналы, определяемые выражениями

U ° 6(а е(ь(° (, ь "(.(а .ЬЕ» О саЬ С7 )-У, LË оо

2 т аь ° « t7(° -ьЕ„сьь„n(1 у

35 с 2 1 ц> где 01о, 01з — выходные напряжения блоков

10 и 13;

S0 — среднее значение площади перекрытия магнитопроводов;

40 01з, 014- выходные напряжения блоков

13 и 14, Выходное напряжение умножителя 10 описывается соотношением

45 010 = со$ Qt ., С) y > (2) (о где C) — коэффициенты усиления сигналов по входам сумматора 19; и 1 — количество проиЭводных от магнитной индукции, которые необходимо измерить; у -выходной сигнал последнего интеграто1за блока интегрирования 16; у — производная i-го порядка от у, причем у у. (0)

8 связи с тем, что блок 16 предоставляет собой цепь из и последовательно соединенных интеграторов, входной сигнал его равен у " Следовательно выходной сигнал по(и+1).

1670635

". c, а, гс, (15

8лкз Я, с1 а(т) . (40) 45

1=О...,к-1 следнего интегратора блока 16 описывается выражением лД,„° с,, с и

Величина у включает относительно медленно меняющуюся составляющую, обусловленную изменением индукции В, и высокочастотные гармоники, обусловленные модуляцией, В связи с этим, после преобразования получаем следующие передаточные функции от величины В к выходным сигналам интеграторов при условии нумерации их OT последнего к первому (последний — нулевой):

0 c C ° ° е ь, ° г i, ". С cl в,5I „,, са г г %-

1= О... и-1 (5) где I — номер интегратора в блоке интегрирования 16;

$ — one àòoð Лапласа;

И/($)цу(— передаточная функция от В к выходу i-ro интегратора (передаточная функция датчика по i-й производной от В. Требуемая полоса частот величины В, в которой измеритель устойчиво работает, определяется коэффициентами сь Производные от величины В устройство выдает в полосе частот от нуля до наименьшей из собственных частот, В этом диапазоне частот инерционностью, обусловленной знаменателем передаточной функции (5), можно пренебречь, поэтому после завершения переходного процесса в датчике соотношения между В и выходными сигналами интеграторов имеют вид (4 кk®@+2k 5p) Ь МЧ2 (, 1 с. ° O>..., t» (с- ) где у — выходной сигнал i-го интегратора;

В(ф — i-я производная от B(t); (B(> = В(1)).

Если амплитудно-частотная характеристика канала (коэффициент с ) выбрана из расчета пропускания максимальной из частот величины B(t) и подавления несущей частоты Q и ее гармоник, то погрешности, обусловленные несущей, пренебрежимо малы и соотношения (5) описывают выходные сигналы измерителя в канале измерения B(t) и ее производных.

После завершения переходного процесса в канале измерения B(t), работа измерителя в канале измерения ускорителей описывается следующим уравнением: " в (В а i, à Ü (t — "„1 uu i a 8„" u c,„g; t

О 1 а

i — ас„сгсав сгс ° -вР n silat)К г в а <-. ас.,г,с,1ь(»

pû 4с а ь, . 2k >5lgp (7)

I с, I где z — выходной сигнал последнего интег5 ратора блока 17;

k — число интеграторов в блоке 17.

Величину z(t), также как и y(t), можно представить в виде сумм двух составляющих, одна из которых обусловлена a(t), а

10 другая — несущей на частоте 0 и ее высшими гармониками. В силу этого уравнения для z имеет вид: в где z — составляющая сигнала z(t), обусловленная изменением a(t);, d — коэффициенты усиления по входам

20 сумматора 18;

k-1 — число измеряемых производных от

a(t).

Если инерционность канала измерения B(t) значительно меньше, чем канала измерения

25 a(t) (что достигается соответствующим выбором коэффициентов с и di), то после завершения переходного процесса в канале измерения B(t) передаточные функции от величины а() к выходным сигнала интеграто30 ров блока 17 имеют вид

5) =

8к k R 5 0 мп1

35 Ь (с х ®о 2 (а о1 м

2С

= p, (9>

Из соотношения (9) следует, что в данном канале после завершения переходного про40 цесса имеет место следующая взаимосвязь выходных сигналов блока 17 и линейного ускорения: где zl — выходной сигнал i-го интегратора блока 17 (последний — нулевой).

50 Таким образом, на выходах последующих интеграторов блоков 16 и 17 в измерителе формируются сигналы, пропорциональные величинам B(t) и а(1), а на выходах остальных — производные по

55 времени от этих величин.

Формула изобретения

Измеритель производных магнитных полей, содержащий автогенератор, последовательно соединенные чувствительный

1670635

Составитель Л. Устинова

Техред М.Моргентал Корректор А. Осауленко

Редактор Н. Каляжная

Заказ 2749 Тираж 407 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 элемент, модулятор и преобразовательный блок, выполненный в виде двух индукционных катушек, фазовращателя, трех алгебраических сумматоров и четырех умножителей, отл ич а ющи и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем увеличения количества и порядка измеряемых производных, в него введены четвертый алгебраический сумматор, пятый и шестой умножители и два блока интегрирования, выполненные в виде последовательно соединенных в цепь отдельных интеграторов, количество которых на единицу превышает число измеряемых производных, выход каждого интегратора соединен с соответствующим выходом блока интегрирования, а вход каждого из блоков интегрирования соединен со входом его первого интегратора, при этом суммирующий вход первого алгебраического сумматора соединен с выходом первой индукционной катушки, а вычитающие- с выходом первого умножителя и второй индукционной катушкой, суммирующие входы второго алгебраического сумматора соединены с выходами индукционных катушек, а вычитающий — с выходом четвертого умножителя, первые входы первого. второго, третьего и четвертого умножителей соединены с выходом фазовращателя, выходы

5 первого и второго алгебраических сумматоров соединены со вторыми входами соответственно второго и третьего умножителей, выход второго умножителя соединен со входом первого блока интегрирования, выходы

10 блока интегрирования соединены с соответствующими входами третьего алгебраического сумматора, выход которого соединен со вторым входом первого умножителя, выход третьего умножителя соединен со вторым

15 входом пятого умножителя, выход которого соединен со входом второго блока интегрирования, выходы второго блока интегрирования соединены с соответствующими входами четвертого алгебраического сумматора, выход

20 которого соединен со вторым входом шестого умножителя, выход шестого умножителя соединен со вторым входом четвертого умножителя, а выход последнего интегратора первого блока интегрирования соединен с

25 первыми входами первого и второго дополнительных умножителей.