Устройство для измерения напряжениости магнитного поля

 

263729

О П И С А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 04.Ч1.1968 (№ 1244951(18-10) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 10.11.1970. Бюллетеыь № 8

Дата опубликования описания 15.Ч1.1970

Кл. 21е, 12

21е, 37/10

МПК G Olr

G 01r

УДК 621.317.42 (088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Авторы изобретения

Н. И. Яковлев и Ю. П. Обоишев

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ

МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может служить для измерения слабых магнитных полей в инфразвуковом и звуковом диапазонах частот.

В этих диапазонах наиболее перспективно применение феррозондовых матнитометров благодаря их высокой чувствительности, помехозащищенности, независимости от частоты и линейности коэффициента преобразования фер розондовых датчиков.

В известных магнитометрах осуществляется линейное преобразование измеряемого магнитного поля в постоянный ток или напряжение, пропорциональные среднему значению напряженности измеряемого поля.

При измерении изменяющихся во времени магнитных полей сложной формы, например магнитных помех и полей рассеяния, имеющих широкий частотный спектр, наиболее полной характеристикой измеряемого сигнала является не среднее, а действующее (эффективное) значение, характеризующее энергию измеряемого поля.

Для измерения действующих значений измеряемого поля в магнитометрах необходимо применять детекторы с квадратичной характеристикой преобразования, в качестве кото рых используются либо термопреобразоватеи линейности коэффициента преобразования различных типов, Однако у известных термопреобразователей наблюдаются большая потребляемая мощность и инерционность, а простые функциональные преобразователи обладают большой погрешностью (3 — 10%) при сложной форме измеряемого сигнала.

С целью обеспечения возможности измерения действующих значений магнитных полей

10 без использова ния специальных функциональных преобразователей и повышения точности измерения действующих значений магнитных полей сложной формы в предлагаемом устройстве к выходу фазоинвертора присоединены

15 противофазно управляемые транзисторы с включенным между их коллекторами магнитным элем: нтом с прямоугольной петлей гистерезиса, вторичная обмотка которого через двухполуп риодный выпрямитель соеди|нена с

20 цепью управления двух ключей, вход одного из которых присоединен к генератору возбуждения неп.средственно, а другой ключ с параллельно включенным регистрирующим прибором средних значений присоединен через

25 интегрирующее устройство.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 приведены временные диаграммы работы устройства при отсутствии измеряемого поля; на фиг, 3 — то же, при наЗ0 личин измеряемого поля.

263729

Предлагаемый измеритель магнитного поля содержит генератор прямоугольных импульсов 1, возбуждающий дифференциальный феррозондовый датчик 2, выходной сигнал которого пропускается через фильтр нижних частот 3 и преобразуется формирователем 4 в прямоугольные импульсы U>, разность полупериода этих импульсов пропорциональна измеряемому полю. Для регистрации действующего значения измеряемого поля в схему вводятся противофазно управляемые от фазоинвертора 5 транзисторы б и 7 с включенным между их коллекторами магнитным элементом — трансформатором 8 с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), импульсы с выхода которого через двухполупериодный выпрямитель 9 управляют транзисторными ключами

10, 11 и 12, 18. На вход ключа 10, 11 подаются от генератора 1 через разделительное сопротивление 14 прямоугольные импульсы U„ поступающие одновременно через интегрирующую цепочку 15, 16 (сопротивление 15 и конденсатор 16) на вход ключа 12, 18, параллельно когорому присоединен регистрирующий прибор средних значений, например регистрирующий прибор 17 постоянного тока с выпрямителем 18, отградуированный .в .действующих значениях измеряемого поля.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы, соответствующие случаю, когда измеряемое поле Н отсутствует. При этом разнополярные импульсы U> на выходе формирователя 4 симметричны, и,проходя через фазоинвертор

5, поочередно открывают транзисторы 6 и 7.

Напряжение источника питания через открытые транзисторы прикладывается к обмотке трансформатора 8, симметрично перемагничивая его до насыщения. При этом изменение индукции В в сердечнике и напряжение U2 на выходной обмотке % 3 также симметричны во времени. Из выпрямленного напряжения

U3 âûäåäÿåTñÿ переменная составляющая, которая управляет ключами 10, 11 и 12, 18, закрывая их в момент прихода управляющих импульсов U4. При отсутствии измеряемого поля (Н = 0) управляющие импульсы имеют очень малую длительность, обусловленную конечной крутизной фронтов напряжения У3.

Ключи 10, 11 и 12, 13 находятся в открытом состоянии а течение всего периода, падение напряжения на входе интегрирующей цепочки .15, 16 равно нулю, и ток в регистрирующем приборе 17 отсутствует. При действии на датчик 2 измеряемого поля прямоугольные импульсы U> на,выходе формирователя несимметричны, и сердечник трансформатора 8 перемагничивается импульсами различной длительности. Так как изменение индукции В, обусловленное импульсами меньшей длительности (положительными на фиг. 3), равно изменению индукции, вызванному импульсами большей длительности (отрицательными), то в течение промежутка

60 времени т, равного разности длительностей разнополярных импульсов, сердечник трансформатора насыщен, и напряжение U2 в обмотке W3 равно нулю. После выпрямления напряжения U2 из выпрямленного напряжения U3 выделяются управляющие импульсы

U4, длительность которых пропорциональна измеряемому полю. Напряжение U генератора 1 подается на вход интегрирующей цепочки 15, 16 (в качестве ее могут быть использованы, например пассивная интегрирующая цепь или интегрирующий усилитель) только в момент времени т в виде прямоугольных импульсов U,;,. Эти .импульсы преобразуются интегрирующей цепочкой 15, 16 и ключом 12, 13 в треугольные импульсы U< длительность и амплитуда которых пропорциональны измеряемому полю. После окончания каждого управляющего импульса U4 ключ 12, 18 открывается, практически мгновенно разряжая конденсатор 16, и шунтирует регистрирующий прибор 17. Так как постоянная составляющая импульсов У3, регистрируемая прибором 17 средних значений, равна их площади, пропорциональной квадрату измеряемого поля, то прибор зарегистрирует действующее значение напряженности поля. Погрешность квадратирования в рассмотренной схеме определяется в основном нелинейностью пилообразного напряжения 03, которая может достигать очень малых значений (0,1 — 1 /О). Для уменьшения погрешности вместо пассивной интегрирующей цепи может быть использован интегрирующий усилитель.

Таким образом, в предложенном устройстве обеспечивается измерение действующих значений напряженности магнитного поля с высокой точностью без применения специальных функциональных преобразователей.

Предмет изобретения

Устройсгво для измерения напряженности магнитного поля, содержащее дифференциал ный феррозондовый датчик, генератор возбуждения, фильтр нижних частот, формирователь прямоугольных импульсов, фазоинвертор и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения действующих значений магнитных полей и повышения точности измерения, выходы упомянутого фазоинвертора подключены к базам противофазно управляемых транзисторов с включенным между их,коллектором магнитным элементом (трансформатором) с прямоугольной петлей гистерезиса, вторичная обмотка которого через двухполупериодный выпрямитель соединена с цепью управления двух ключей,,вход одного из которых подключен к генератору возоуждения непосредственно, а вход другого ключа с параллельно подключенным к нему регистрирующим прибором соединен с генератором через интегрирующую цепочку.

263729

17

Составитель В. T. Голенко

Редактор М. В. Афанасьева Техред А. А. Камышникова Корректор Л. В. Юшина

Заказ 13977!1 Тираж 500 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2