Цифровой феррозондовый магнитометр



Цифровой феррозондовый магнитометр
Цифровой феррозондовый магнитометр
Цифровой феррозондовый магнитометр
Цифровой феррозондовый магнитометр

Владельцы патента RU 2686519:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для измерения трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля. Цифровой феррозондовый магнитометр содержит цифро-аналоговый преобразователь, к которому подключен усилитель тока, который соединен с тремя феррозондами. Каждый феррозонд через нормирующий усилитель соединен с трехканальным аналого-цифровым преобразователем, который связан с микроконтроллером, который соединен с цифро-аналоговым преобразователем. Технический результат – повышение точности измерений трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля, повышение скорости измерений и надежности работы. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для измерения трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля.

Известен цифровой феррозондовый магнитометр [RU 2316781 С1, МПК G01R 33/02, опубл. 10.02.2008], содержащий задающий генератор, формирователь синусоиды, выход которого соединен с первыми входами феррозондов, выходы которых соединены с входами избирательных усилителей, цифроаналоговые преобразователи, логический блок и устройства выборки-хранения, первые входы которых соединены с выходами избирательных усилителей, первые выходы соединены с первыми входами аналого-цифровых преобразователей, вторые выходы соединены со вторыми входами феррозондов. Первый выход логического блока управления соединен с входом источника питания, второй выход соединен со вторыми входами устройств выборки-хранения, третий выход соединен со вторыми входами аналого-цифровых преобразователей. Вход логического блока управления соединен с выходом задающего генератора. Каждый канал магнитометра охвачен глубокой отрицательной обратной связью по магнитному полю.

Это устройство обеспечивает низкую точность и скорость измерения компонент вектора индукции магнитного поля, обладает структурной сложностью и, в связи с этим, низкой надежностью работы.

Известен цифровой феррозондовый магнитометр [RU 2503025 С2, МПК G01R 33/02 (2006.01), опубл. 27.12.2013], содержащий задающий генератор, выход которого соединен с входом логического блока, выход которого соединен с входом формирователя синусоиды, выход которого соединен с первыми входами трех феррозондов, выходы которых соединены с входами трех избирательных усилителей, выходы которых соединены с входами трех устройств выборки-хранения, первые выходы которых соединены со вторыми входами трех феррозондов. Входы трех мультиплексоров и трех инверторов соединены с третьими выходами трех устройств выборки-хранения, а выходы соединены со вторыми входами трех мультиплексоров, первые входы которых соединены со вторыми выходами трех устройств выборки-хранения, а выходы соединены с входами трех аналого-цифровых преобразователей.

Для выделения напряжения второй гармоники из общего спектра сигнала, поступающего с измерительных обмоток феррозондов, использованы избирательные усилители с конечным коэффициентом подавления нечетных гармоник и с частотой резонанса, отличной от частоты второй гармоники, что уменьшает точность измерений вследствие погрешностей их элементной базы.

Наиболее близким, принятым за прототип, является цифровой феррозондовый магнитометр [RU 2455656 С1, МПК G01R 33/02 (2006.01), опубл. 10.07.2012], содержащий избирательный усилитель, выход которого соединен с первым входом устройства выборки-хранения, второй вход которого соединен с третьим выходом логического блока управления, а первый выход соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с четвертым выходом логического блока управления, вход которого соединен с выходом задающего генератора, а первый выход соединен со входом формирователя синусоиды, выход которого соединен с первыми входами феррозондов, три регистра и мультиплексор, первый вход которого соединен с выходом первого феррозонда, второй вход соединен с выходом второго феррозонда, третий вход соединен с выходом третьего феррозонда, четвертый вход соединен со вторым выходом устройства выборки-хранения, первый выход соединен со вторым входом первого феррозонда, второй выход соединен со вторым входом второго феррозонда, третий выход соединен со вторым входом третьего феррозонда, четвертый выход соединен с входом избирательного усилителя, пятый вход соединен со вторым выходом логического блока управления, пятый выход которого соединен со вторым входом первого регистра, шестой выход соединен со вторым входом второго регистра, седьмой выход соединен со вторым входом третьего регистра, первый вход которого соединен с первыми входами первого и второго регистров и с выходом аналого-цифрового преобразователя.

Это устройство обладает низкой скоростью измерений из-за использования мультиплексора. Кроме этого, использование избирательного усилителя с конечным коэффициентом подавления нечетных гармоник и с частотой резонанса отличной от частоты второй гармоники для выделения напряжения второй гармоники из общего спектра сигнала обеспечивает низкую точность измерений из-за погрешностей элементной базы избирательного усилителя.

Технический результат предложенного изобретения заключается в увеличении точности измерений трех ортогональных компонент вектора индукции магнитного поля, повышении скорости измерений и надежности работы.

Цифровой феррозондовый магнитометр, также как в прототипе, содержит три феррозонда и аналого-цифровой преобразователь.

Согласно изобретению к цифро-аналоговому преобразователю подключен усилитель тока, который соединен с тремя феррозондами, каждый из которых через нормирующий усилитель соединен с трехканальным аналого-цифровым преобразователем, который связан с микроконтроллером, который соединен с цифро-аналоговым преобразователем.

Предложенный цифровой феррозондовый магнитометра позволяет возбудить феррозонды сигналом сложной формы, содержащем в своем спектре первые три нечетных гармоники, равные по амплитуде, реализовать измерения мгновенных значений напряжений с выходов феррозондов и использовать принцип синхронного детектирования для первых трех четных гармоник, позволяет увеличить точность измерений компонент вектора индукции магнитного поля и повысить скорость измерений. Использование цифро-аналогового преобразователя, трехканального аналого-цифрового преобразователя и микроконтроллера позволило упростить схему, что повысило надежность работы устройства.

На фиг.1 представлена структурная схема цифрового феррозондового магнитометра.

Цифровой феррозондовый магнитометр содержит цифро-аналоговый преобразователь 1 (ЦАП), к выходу которого подсоединен усилитель тока 2 (УТ), который подключен ко входам первого 3 (ФЗ1), второго 4 (ФЗ2) и третьего 5 (ФЗ3) феррозондов. Выход первого феррозонда 3 (ФЗ1) через первый нормирующий усилитель 6 (НУ1) соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя 7 (АЦП). Выход второго феррозонда 4 (ФЗ2) через второй нормирующий усилитель 8 (НУ2) соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя 7 (АЦП). Выход третьего феррозонда 5 (ФЗ3) через третий нормирующий усилитель 9 (НУЗ) соединен с третьим входом аналого-цифрового преобразователя 7 (АЦП). Аналого-цифровой преобразователь 7 (АЦП) через интерфейс подсоединен к микроконтроллеру 10 (МК), который через интерфейс соединен с цифро-аналоговым преобразователем 1 (ЦАП).

В качестве цифро-аналогового преобразователя 1 (ЦАП) может быть использован любой, 14-битный цифро-аналоговый преобразователь с частотой дискретизации не менее чем в 100 раз больше частоты возбуждения феррозондов 3 (ФЗ1), 4 (ФЗ2), 5 (ФЗ3). Усилитель тока 2 (УТ) может быть реализован по типовой схеме эмиттерного повторителя напряжения. В качестве феррозондов 3 (ФЗ1), 4 (ФЗ2), 5 (ФЗ3) могут быть использованы любые дифференциальные феррозондовые преобразователи, например Mag-01Н. Нормирующие усилители 6 (НУ1), 8 (НУ2), 9 (НУЗ) могут быть реализованы на любых операционных усилителях с программируемым коэффициентом усиления, например, PGA207. В качестве аналого-цифрового преобразователя 7 (АЦП) может быть использован любой трехканальный 14-битный аналого-цифровой преобразователь с дифференциальными входами с частотой дискретизации не менее, чем в 100 раз больше частоты возбуждения феррозондов 3 (ФЗ1), 4 (ФЗ2), 5 (ФЗ3). Может быть использован любой 32-битный микроконтроллер 10 (МК), например, AT32UC3A0512.

Цифровой феррозондовый магнитометр работает следующим образом. Микроконтроллер 10 (МК) через интерфейс устанавливает выходные параметры цифро-аналогового преобразователя 1 (ЦАП): амплитуду напряжения, частоту напряжения, форму сигнала. На выходе цифро-аналогового преобразователя 1 (ЦАП) после усилителя тока 2 (УТ) сигнал имеет форму:

U(t)=Usin[(ω+3ω+5ω)t],

где

U - амплитуда, В;

ω - частота, рад/с;

t - время, с.

Данный сигнал поступает на обмотки возбуждения феррозондов 3 (ФЗ1), 4 (ФЗ2), 5 (ФЗ3). Феррозонды 3 (ФЗ1), 4 (ФЗ2), 5 (ФЗ3) преобразуют воздействующий на них внешний сигнал (проекцию вектора индукции магнитного поля на их продольные оси) в напряжения переменного тока UФ1(t), UФ2{t), UФ3(t) соответственно, содержащие четные гармоники частоты сигнала возбуждения 2ω, 4ω, 6ω. Амплитуды четных гармоник в этих напряжениях пропорциональны значению индукции магнитного поля, а фаза изменяется на 180° при изменении направления вектора индукции поля на 180°. В напряжениях UФ1(t), UФ2{t), UФ3(t) присутствует также помеха, соответствующая нечетным гармоникам. Сигналы с выходов феррозондов 3 (ФЗ1), 4 (ФЗ2), 5 (ФЗ3) усиливают нормирующими усилителями 6 (НУ1), 8 (НУ2), 9 (НУЗ) соответственно, оцифровывают аналого-цифровым преобразователем 7 (АЦП) и через интерфейс передают в микроконтроллер 10 (МК). В микроконтроллере 10 (МК) каждое оцифрованное напряжение UФl(t), UФ2(t), UФ3{t) умножают на цифровые последовательности, реализующие следующие аналоговые сигналы:

Uc1(t)=U0sin(2ωt);

Uc2(t)=U0sin(4ωt);

Uc3(t)=U0sin(6ωt).

Тем самым реализуя принцип синхронного детектирования четных гармоник с 1-ой по 3-ию. В результате умножения для каждого напряжения UФ1(t), UФ2(t), UФ3(t) получают на частоте ω=0 три синфазных составляющих, пропорциональных четным гармоникам с 1-ой по 3-ью. Для каждого напряжения UФl(t), UФ2(t), UФ3(t) синфазные составляющие суммируются микроконтроллером. Результат суммирования пропорционален соответствующей компоненте вектора индукции магнитного поля.

Цифровой феррозондовый магнитометр, содержащий три феррозонда и аналого-цифровой преобразователь, отличающийся тем, что к цифро-аналоговому преобразователю подключен усилитель тока, который соединен с тремя феррозондами, каждый из которых через нормирующий усилитель соединен с трехканальным аналого-цифровым преобразователем, который связан с микроконтроллером, который соединен с цифро-аналоговым преобразователем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для контроля значений параметров магнитного поля (магнитного состояния) ферромагнитных объектов сложной формы.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам мониторинга пациентов с использованием пространственно разнесенных антенн. Устройство для приема радиочастот (RF) при мониторинге пациентов содержит первую и вторую радиочастотные антенны в различных пространственных положениях или ориентациях, первый и второй радиочастотные приемники, каждый из которых соединен с соответствующей антенной из первой и второй радиочастотных антенн и которые осуществляют прием и демодуляцию радиочастотных сигналов по меньшей мере первой и второй несущих частот для восстановления пакетов данных по меньшей мере от первого датчика для медицинского мониторинга, который передает пакеты данных, содержащие информацию, относящуюся к первому показателю жизнедеятельности, в радиочастотном сигнале первой несущей частоты, и от второго датчика для медицинского мониторинга, который передает пакеты данных, содержащие информацию, относящуюся ко второму показателю жизнедеятельности, в радиочастотном сигнале второй несущей частоты, обрабатывающее или управляющее устройство, соединенное с первым и вторым радиочастотными приемниками и выполненное с возможностью управления этими радиочастотными приемниками для обеспечения циклического перехода между приемом и демодуляцией обоими приемниками радиочастотных сигналов первой несущей частоты одновременно с восстановлением избыточных пакетов данных, содержащих информацию, относящуюся к первому показателю жизнедеятельности, от первого датчика для медицинского мониторинга, и приемом и демодуляцией обоими приемниками радиочастотных сигналов второй несущей частоты одновременно с восстановлением избыточных пакетов данных, содержащих информацию, относящуюся ко второму показателю жизнедеятельности, от второго датчика для медицинского мониторинга, причем первый датчик для медицинского мониторинга передает пакеты данных с первой периодичностью, второй датчик для медицинского мониторинга передает пакеты данных со второй периодичностью и обрабатывающее устройство управляет приемниками для обеспечения циклического перехода между приемом сигналов первой и второй несущих частот таким образом, чтобы сигнал каждой несущей частоты принимался в течение заданного периода времени, причем в течение начального получения данных общая сумма циклически повторяющихся заданных периодов времени отличается от максимального временного интервала между операциями передачи пакетов для каждого из датчиков для медицинского мониторинга, причем обрабатывающее устройство дополнительно выполнено с возможностью регулирования заданных периодов времени на основе моментов поступления выбранных пакетов данных.

Группа изобретений относится к магнитно-резонансной томографии. Система магнитно-резонансной томографии для сбора магнитно-резонансных данных из зоны визуализации предписывает процессору, управляющему МРТ-системой, собирать магнитно-резонансные данные визуализации при включенном радиочастотном возбуждении радиочастотной системы; собирать радиочастотные данные шума с использованием катушки обнаружения РЧ шума, при этом радиочастотные данные шума собираются одновременно с магнитно-резонансными данными визуализации; собирать калибровочные магнитно-резонансные данные при выключенном радиочастотном возбуждении радиочастотной системы; собирать опорные радиочастотные данные с использованием катушки обнаружения РЧ шума, причем опорные радиочастотные данные собираются одновременно с калибровочными магнитно-резонансными данными; и вычислять калибровку шума с использованием опорных радиочастотных данных и калибровочных магнитно-резонансных данных.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам контроля доставки лучевой терапии к субъекту с использованием проекционной визуализации. Осуществляемый компьютером способ контроля адаптивной системы доставки лучевой терапии содержит прием информации об опорной визуализации, создание двумерного (2D) проекционного изображения с использованием информации о визуализации, полученной с помощью ядерной магнитно-резонансной (MR) проекционной визуализации, причем 2D проекционное изображение соответствует заданному проекционному направлению, включающему в себя траекторию, пересекающую по меньшей мере участок визуализируемого субъекта, определение изменения между созданным 2D проекционным изображением и информацией об опорной визуализации для прогнозирования местоположения мишени для лучевой терапии на основании прогнозирующей модели, и создание обновленного протокола для терапии для доставки лучевой терапии по меньшей мере с частичным использованием определенного изменения между полученным 2D проекционным изображением и информацией об опорной визуализации.

Группа изобретений относится к радиочастотной катушке для использования в медицинской модальности, которая включает в себя систему магнитно-резонансной томографии.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к области направления заряженных частиц в целевую зону в пределах исследуемого субъекта, причем частицы наводят с использованием магнитно-резонансной томографии.

Изобретение относится к устройствам для определения магнитной восприимчивости разделяемых веществ. Электромагнитное устройство для определения магнитной восприимчивости образцов содержит полюсные наконечники в виде полусфер для создания градиентного магнитного поля, передвижной датчик для измерения напряженности или индукции поля в межполюсной области, весы для измерения пондеромоторной силы, действующей на изучаемый образец, при этом устройство снабжено оптико-механической системой позиционирования измерительного датчика и образца в межполюсной области, при этом в качестве указанных весов для измерения пондеромоторной силы используются электронные весы на пьезоэлементах для исключения перемещения образца во время действия этой силы.

Изобретение относится к устройствам для проведения векторных измерений слабых геомагнитных полей. Однокомпонентный сенсор геомагнитных полей содержит три параллельно расположенные стальные пластины, в зазорах между которыми установлены постоянные магниты, одноименные полюсы которых присоединены к обеим сторонам внутренней пластины, каждый генератор установлен на диэлектрической подложке с металлизированным основанием, генераторы размещены в зазорах системы намагничивания между магнитами и присоединены металлизированным основанием к противоположным сторонам внутренней стальной пластины, при этом пленки ЖИГ резонаторов выполнены в виде квадрата или диска, входные и выходные преобразователи СВЧ сигналов расположены на противоположных сторонах резонаторов и ориентированы вдоль ортогональных осей резонаторов.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуры в магниторезонансной среде. Зонд 130 для измерения температуры для использования в магниторезонансной среде содержит удлиненную подложку 202, по меньшей мере одну электропроводящую трассу 200, 200a, 200b, 200a', 200b' с высоким сопротивлением, напечатанную по меньшей мере на одном термисторе 204, который расположен на подложке и электрически соединен с трассой.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к медицинским системам визуализации и радиотерапии. Реализованный с помощью компьютера способ управления адаптивной радиационной терапией, управляемой с помощью изображения в режиме реального времени по меньшей мере части области пациента, содержит этапы, на которых получают множество данных об изображениях в режиме реального времени, соответствующих двумерным (2D) изображениям магнитно-резонансной томографии (MRI), включающих в себя по меньшей мере часть области, выполняют оценку 2D поля движения по множеству данных об изображениях, выполняют аппроксимацию оценки трехмерного (3D) поля движения, включающей в себя применение модели преобразования к оценке 2D поля движения, при этом модель преобразования определяется путем: выполнения оценки 3D поля движения по меньшей мере по двум объемам данных о 3D изображениях, включающих в себя по меньшей мере часть области и полученных в течение первого периода времени; выполнения оценки 2D поля движения по данным о 2D изображениях, соответствующих по меньшей мере двум 2D изображениям, включающих в себя по меньшей мере часть области и полученных в течение первого периода времени, и определения модели преобразования с использованием уменьшения размерности по меньшей мере одного из: оцененного 3D поля движения и оцененного 2D поля движения; определяют по меньшей мере одно изменение в режиме реального времени по меньшей мере части области на основании аппроксимированной оценки 3D поля движения; и управляют терапией по меньшей мере части области с использованием определенного по меньшей мере одного изменения.

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники. Способ определения напряженности магнитного поля, при котором помещают в магнитное поле микроволновый резонатор и возбуждают в резонаторе электромагнитные колебания, резонатор выполняют из ферримагнитного материала, измеряют собственную резонансную частоту резонатора и по измеренной частоте резонатора определяют напряженность магнитного поля.

Использование: в области электротехники для защиты преобразовательной установки с трансформатором с 2n вторичными обмотками и 2n выпрямителями от коротких замыканий.

Изобретение относится к области средств измерений величин магнитных полей. Сущность изобретения заключается в том, что в средство измерений устройства определения вертикальной составляющей вектора магнитной индукции морского технического объекта в координатах морского технического объекта введены определители положений первичного измерительного преобразователя и морского технического объекта в системе координат Земли и два подключаемых к выходу устройства преобразования последовательно соединенных вычислительных устройства, второй вход первого из которых подключен к выходу устройства определения положения первичного измерительного преобразователя в системе координат Земли, а выход - к входу второго, второй вход которого подключен к выходу устройства определения положения морского технического объекта в системе координат Земли, а выход - к входу устройства представления информации.

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение для измерения слабых магнитных полей. Устройство для измерения слабых магнитных полей на основе эффекта гигантского магнитного импеданса содержит магниточувствительный элемент, выполненный из двух идентичных аморфных ферромагнитных микропроводов в стеклянной оболочке или с удаленной стеклянной оболочкой, размещенных внутри одной многовитковой катушки, причем высокочастотное возбуждение микропроводов осуществляется от многовитковой катушки, а регистрация сигналов с двух микропроводов осуществляется с помощью дифференциального усилителя.

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение для измерения слабых магнитных полей. Устройство для измерения слабых магнитных полей на основе эффекта гигантского магнитного импеданса содержит магниточувствительный элемент, выполненный из двух идентичных аморфных ферромагнитных микропроводов в стеклянной оболочке или с удаленной стеклянной оболочкой, размещенных внутри одной многовитковой катушки, причем высокочастотное возбуждение микропроводов осуществляется от многовитковой катушки, а регистрация сигналов с двух микропроводов осуществляется с помощью дифференциального усилителя.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение дистанционного и плавного перемещения герконов относительно плоскости токоведущих шин.

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано для токовой защиты. Техническим результатом является возможность перемещения герконов относительно двух направлений и их защита от внешних воздействий.

Изобретение относится к области радиосвязи. Техническим результатом является автоматическое инициирование сеанса обмена данными с целевым терминалом на основании обнаружения пространственной близости.

Изобретение относится к области аэрокосмической техники, в частности ракетно-космического двигателестроения. Одной из широко распространенных причин отказа жидкостных ракетных двигателей является прогар камеры, начало которого сопряжено с появлением множества заряженных твердых частиц в продуктах сгорания.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в уменьшении габаритов за счет увеличения магнитного потока.

Изобретение относится к области измерительной техники, более конкретно – к устройствам для измерения градиентов слабых магнитных полей. Раскрыт тонкопленочный градиентометр, для измерения градиентов слабых магнитных полей, включающий два чувствительных элемента, разнесенных в пространстве и имеющих сонаправленные оси максимальной чувствительности. При этом чувствительные элементы выполнены на основе резонаторов с тонкими магнитными пленками, каждый чувствительный элемент имеет отдельную компенсационную схему измерений и отдельную систему формирования магнитного поля смещения, а СВЧ-сигнал накачки резонаторов чувствительных элементов формируется одним общим СВЧ-генератором с усилителем мощности. Изобретение обеспечивает снижение величины шумов градиентометра и расширение рабочей полосы частот. 2 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2018-07-26 2019-05-02T11:35:24
Наверх