Устройство для измерения параметров магнитного поля

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик 1737894 (61) Дополнительное к авт. свир-ву (22) Заявлено 0301.78 (21) 25б2541/18-21

G 01 R 33/02 с присоединением заявки Ио

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет Опубликовано 30.0580. Бюллетень Но 20 (53) УДК б21. 317..44(088,3) Дата опубликования описания 300580 (72) Автор изобретения

Б ° N.Смирнов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗетЕРЕНИЯ HAPAYETPOB

ИАГЧИТНОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения параметров магнитного поля (составляющих вектора индукции магнитного поля, градиента индукции магнитного поля и т.д.).

Известно устройстBQ для измерения параметров магнитного поля, состоящее из .ферромодуляционного преобразователя, выход которого соединен со входом избирательного усилителя, а вход — с источником переменного тока.

Известное устройство содержит также синхронный детектор, первый вход которого соединен с выходом избиратель-15 ного усилителя, а второй вход — через удвоитель частоты с источником переменного тока, Выход синхронного детек тора подключен к регйстрирующему прибору. В известном устройстве из- 20 бирательный усилитель настроен на переменную ЭДС второй гармоники по отношению к частоте тока возбуждения, постуттающего на ферромодуляционный преобразователь от источника переменного тока. Переменная ЭДС второй гармоники с выхода ферромодуляционного преобразователя усиливается избирательным усилителем и преобразуется в постоянный сигнал синхронным 30

I детектором. (1) . Недостатком известного устройства является наличие в выходном сигнале ферромодуляционного преобразователя квадратурной (реакционной) составляющей помехи, кбторая приводит к загрузке избирательного усилителя и флуктуациям нуля, возникающим из-за изменения фазовых характеристик измерительного усилителя и ухода частоты генератора, что приводит к снижению точности измерения, Недостатком известного устройства является также и то, что в выходном сигнале ферромодуляционного преобразователя, кроме переменной ЭДС второй гармоники содержатся переменные

ЭДС, кратные ей более высокого порядка, При большом входном сигнале переменной ЭДС первой гармоники проявляется нелинейность амплитудной характеристики избирательного усилителя, что приводит к появлению переменной

ЭДС второй гармоники на выходе упомянутого усилителя, вызывая тем самым ложный сигнал (смещенный нуль) на выходе устройства, Все эти недостатки снижают точность измерения параметров магнитного поля, 737894 фаэный сигнал. Величины сигналов нечетных гармоник обусловлены неидентичностью чувстнительностей Полулементов дифференциального йерромодуляционного преобразователя. В случае недифференциальнсго (сдноэлементного) ферромодуляциснного преобразователя величины нечетных гармоник с его ныхода на несколько порядков выше, чем с выхода дифференциального фЕРРОмодуляциОнНОГо преобразователя, В таком случае нелинейность амплитудной характеристики иэ— бирательного усилителя, которая всегда проявляется при большом входном сигнале, приводит к псянлению четных гармоник (н том числе и синфазной второй) на выходе усилителя, При этом ложная, вторая гармоника регистрируется как полезный сигнал (смешенный нуль), что и снижает точность измерения параметров магнитного поля.

Цель изобретения — повышение точности измерения параметров магнитного поля.

Эта цель достигнута тем, что устройств о, содержащее ферромодуляционный1.преобразователь, первый вход которого подключен к источнику переменного тока, усилитель, выход которого соединен с первым входом основного синхронного детектора, второй вход которогс подключен к выходу фазовращателя, регистрирующий прибор, соединенный с выходом основного синхронного детектора, удвоитель час. тоты, вход которого соединен с выходом источника переменного тока, дополнительный синхронный детектор, снабжено модулятором, первый вход которого соединен с выходом дополнительного синхронного детектора, второй вход — с выходом генератора лителя, при этом выход генератора переменной ЭДС соединен с входом фазоврашателя, первый вход дополнительного синхронного детектора псдКЛЮЧЕН К ВЫХОДУ фЕРРОМОДУЛЯЦИОННОГО преобразователя, а второй вход — к выходу удвоителя частоты, второй вход ферромодуляционнсгс преобразователя подключен к выходу основного синхронного детектора, На чертеже изображена структурная схема устройства, Устройство для измерения параметромодуляционного преобразователя 1, первый вход которого подключен к источнику переменного тока 2, усилитель 3, выход которого соединен с первым входом основного синхронного детектора 4, фазовращатель 5, регистрирующегo прибора б, соединенного с выходом основного синхронного детектора 4, удвоитель частоты 7, вход которого соединен с выходом источника

Известно устройство, содержащее

Ферромодуляционный преобразователь, первый вход которого подключен к источнику переменного тока, а выход— к входу избирательного усилителя, основной и дополнительный синхронные детекторы, первые входы которых S подключены к выходу иэбирательногб усилителя, умнсжитель частоты, вход которого соединен с выходом источника переменного тока, а выход с вторым входом основного синхронного детектора и с входом фазовращателя.

Выход основного синхронного детектора сбединен с вторым входом ферромодуляциснного преобразователя через регистрирующий прибор, а выход допсл- 15 нительного синхронного детектора соединен с третьим входом преобразователя. Второй вход дополнительного синхронного детектора. соединен с выходом фазоврашателя, предназначен- 2О ного для подбора фазы, соответствующей квадратурной составляющей ЭДС помехи. В известном устройстве избирательный усилитель предназйачен для усиления с выхода ферромодуляционного преобразователя ЭДС второй гармоники, которая содержит активную (синфаэ.ную) составляющую ЭДС полезного сигнала и реактивную (квадратур- . ную) составляющую ЭДС помехи, являю- шуюся йункцйей от величины измеряемого поля, от амплитуды поля возбужде. — ,ния, от механических деформаций сердечников феррсмодуляционного преобразователя, от изменения температуры и т.д, f2) 35

Выделение сигнала, пропорциональ-: ного синфазной составляющей ЭДС вто- рой гармоники осуществлено основным синхронным детектором. ИнФормация сб измеряемом поле снимается регист- 4() рирующим прибором..дополнительным синхронным детектором осуществлено переменной ЭДС, выход с входом усивыделение сигнала, пропорционального квадратурной .составляющей ЭДС помехи, и .компенсация его на выходе ферромодуляционного преобразователя.

Недостатком известного устройства является то, что остаточный сигнал (сигнал недокомпенсации) квадратурной составляющей ЭДС помехй с выхода феррсмодуляционного преобразователя 5О поступает:в избирательный усилитель и усиливается им; При этом излишняя загрузка избирательного усилителя квадратурной составляющей ЭДС помехи и флуктуации нуля устройства, обус- 55 ров магнитнбго поля состоит из ферлсвленные уходом частоты источника переменного тока и нестабильностью фазовых харак еристик измерительного усилителя, снижают точность измерения параметров магнитного поля, Не- щ достатком известного устройства является также прохожденйе на вход иэбиса. тельного усилителя нечетных гармоник с выхода ферромодуляционного преобразователя, которые превышают син737894 переменного тока 2, дополнительного. синхронного детектора 8, модулятора 9 первый вход которого соединен с выходом дополнительного синхронного детек тора 8, а выход — с входом усилителя

З,и генератора переменной ЭДС 10.

Выход генератора перемеейной ЭДС 10 соединен с вторым входом модулятора

9 и входом фазовращателя 5. Первый вход дополнительного синхронного детектора 8 подключен к выходу ферромодуляционного преобразователя 1, а второй вход — к выходу удвоителя частоты. Второй вход ферромодуляционного преобразователя 1 подсоединен к выходу основного синхронного детектора 4.

Устройство работает следующим образом.

При перемагничивании ферромодуляционного преобразователя 1 возбуждающим си гн алом, в оспрои з в одным и сточником переменного тока 2 и при наличии внешнего магнитного поля, в выходной ЭДС преобразователя 1 возникают кратные нечетные и четные гармонические составляющие. В ферромодуляционном преобразователе Ч в качестве полезного сигнала, пропорцио- нального измеряемым параметрам магнитного поля, используется вторая гармоника, Однако в выходном сигнале ферромодуляционного преобразователя

1 содержится не только синфаэная, но и квадратурная составляющая ЭДС второй гармоники. Выход ферромодуляционного преобразователя 1 подклю-чен к первому входу дополнительного синхронного детектора 8. Второй вход дополнительного синхронного детектора 8 подключен через удвоитель 7 к источнику переменного тока. Дополнительный синхронный детектор 8 настроен на синфазную составляющую

ЭДС второй гармоники выходного сигнала ферромодуляционного преобразователя 1, поэтому сигнал с выхода детектора 8 пропорционален только синфаэной ЭДС второй гармоники. Выходной сигнал с синхронного детектора 8 поступает на первый вход, а выходной сигнал с генератора переменной ЭДС— на второй вход-модулятора 9 ° Модулятор 9 предназначен для преобразования постоянного или медленно изменяющегося сигнала с детектора 8 в переменной, частота которого много больше частоты измеряемого внешнего магнитного поля. Преобразование сигнала с выхода дополнительного синхронного детектора 8 в переменный связано с трудностями непосредственного усиления очень малых напряжений постоянного тока и с наличием дрейфа нуля в усилителях постоянного тока, применяемых для усиления постоянных и медленно меняющихся сигналов. С выхода модулятора 9 переменный сигнал подается на вход усилителя 3, а с выхода генератора переменной ЭДС 10на вход фаэовращателя 5. Сигнал, пропорциональный измеряемому магнитному полю, поступает на первый вход основного синхронного детектора 4, на второй вход которого подан переменный сигнал с фаэовращателя 5. Фаза выходного сигнала с ФаэоЪращателя

5 подбирается так, чтобы она совпадала с фазой сигнала, поступающего на

1О первый вход синхронного детектора 4Основной синхронный детектор 4 пре- . образует переменный сигнал, поступаю-. щий на его первый вход, в постоянный, пропорциональный фазе и амплитуде этого сигнала. Сигнал с синхронного

15 детектора 4 измеряется регистрирующим прибором б и поступает на второй вход ферромодуляционного преобразователя 1 для обеспечения необходимой отрицательной обратной связи по

2О измеряемому магнитному полю.

Повышение точности измерения параметров.магнитного поля в предлагаемом устройстве достигнуто благо"даря тому," что составляющие ЭДС пер25 вой гармоники, гармоник высших порядков, за Исключением синфазной составляющей ЭДС второй гармоники, а также квадратурная составляющая

ЭДС второй гармоники не проходит через дополнительный синхронный детектор 8, а следовательно, эти гармонические составляющие не вызывают загрузку и флуктуации нуля устройства, обусловленные уходом-частоты источника переменного тока 2 и нестабильностью Фазовых характеристик усилителя 3 и генератора кеременной ЭДС

10. Сигнал с выхода основного синхронного детектора 4 пропорционален только синфазной составляющей ЭДС

40 второй гармоники, поступающей с выхода Ферромодуляцибнного преобразова-теля 1, а значит и точность измерения параметров магнитного поля в предлагаемОм устройстве выше по 5 сравнению с известным примерно на порядок.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров магнитного поля, содержащее ферромодуляционный преобразователь, первый вход которого подключен к источнику переменного тока, усилитель, з5 выход которого соединен с первым входом основного синхронного детектора, второй вход которого подключен к выходу фаэовращателя, регистрирующий прибор, соединенный с выходом о основного синхронного детектора, удвоитель частоты, вход котоРого соединен с вйходом источнйка переменного тока, дополнительный синхроннйй детектор, о т л и ч а ю щ е е с я тем. что, с целью повышения точности

137894

Составитель Е. Данилина

Редактор Е, Караулова Техред Н.Ковалева Корректор Г,Назарона

Заказ 2657/27 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,4 измерения, ойо снабжено модулятором) первый вход которого соединен с выходом дополнительного синхронного детектора, второй вход — с выходом генератора переменной ЭДС, а выход с входом усилителя, при этом выход генератора переменной ЭДС соединен со входом фазоврашат ля, первый вход дополнительного синхронного детектора подключен к выходу ферромодуляционного преобразователя, a,âòoðîé вход— к выходу удвоителя частоты, второй вход ферромодуляционного преобразователя подключен к выходу основного синхронного детектора, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5 1, Афанасьев tO ° B. Феррозонды, Л., Энергия, 1969, с,9-18.

2, Авторское свидетельство СССР

М 139090, кл. G 01 R 3/00, 1960 (патент),