Феррозондовый магнитометр

 

Союз Советски к

Соцкапкстическил

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 789927

Ф

- 1 (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено07.01.77 (2l )2437551/18-21 с присоединением заявки № ., (23)Приоритет (52)М. Кл.

Я 01 R 33/02

Йю) дщстаэклмй камлтат

СССР

Опубликовано 23.12.80. Бюллетень ¹ 47 аа делам нзабратенкй к еткрктнй (53) УДК 621.317.

° 44(088. S) Дата опубликования описания 30.12.80 (72) Авторы изобретения

P. С. Бабаев, В. В. Голованов, А. Г. Сметанин и Б. А. Шамурин (71) Заявитель (54) ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к магнитным измерениям с использованием ферроэондов с выходом на основной частоте и может найти применение в качестве средства измерения преимущественно слабого постоянного или медленно меняющего- 5 ся магнитного поля при геофизических и навигационных измерениях, в частности для целей ориентации подвижных обьектов.

Известен магнитометр, содержащий феррозонд, источник прямоугольного тока в цепи возбуждения феррозонда и интегратор в цепи сигнальной обмотки, а также регулятор (переменный резистор)

15 и измеритель тока, подключенные между источником прямоугольного тока и обмоткой возбуждения, усилитель, пороговый блок и регистратор, последовательно включенные после интегратора (1).

Однако данное устройство пригодно для точных измерений только в диапаВ зоне сильных полей.

Цель изобретения — повышение точности измерения слабых полей.

Указанная цель достигается тем, что феррозондовый магнитометр, содержащий ферроэонд, источник прямоугольного тока, подключенный, к обмотке возбуждения, и интегратор, подключенный к сигнальной обмотке, снабжен также источником постоянного тока, а ферроэонд выполнен на кольцевом сердечнике и снабжен обмоткой подмагничивания, соединенной с источником постоянного тока, причем обмотка подмагничивания равномерно распределена по сердечнику, сигнальная обмотка расположена на участке сердечника по оси.чувствительности феррозонда, а обмотка всзбуждения охватывает тело сердечника в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности.

Кроме того, сигнальная обмотка и обмотка возбуждения выполнены яа магнитных каркасах, подвижных в плоскости сердечника относительно его геометрического центра.

789927 4 принятых на фиг. 3 обозначений, могут быть записаны в виде

На фиг. 1 приведена электрическая схема магнитометра, а также показано взаимное расположение обмоток феррозонда на кольцевом сердечнике, на фиг. 2 — направление действия магнит5 ных потоков в кольцевом сердечнике, на фиг, 3 — основные кривые, поясняющие принцип перемагничивания сердечника вспомогательными полями.

Магнитометр включает ферроэонд на кольцевом сердечнике 1 с входа 2 дпя цодкпючения источника постоянного тока подмагничивания и входа 3 дпя подключения источника прямоугопьного тока возбуждения, интегратор 4, выпопненный по наиболее распространенной схеме усилителя с частотно-зависимой обратной связью и подключенный входом к сигнальному выходу 5 феррозонда. Выход 6 интегратора является выходом магнитометра. На фиг. 1 показаны также временная диаграмма 7 тока на входе 3 и временная диаграмма S ЭДС на выходе

6 магнитометра. На фиг. 2, поясняющей работу феррозонда в составе магнитометра, показаны сердечники 1 с осью а-а чув,ствительности, совпадающей с осью обмотки возбуждения и направпения дей— ствия потоков фо — измеряемого, фв — воз- 30 буждения и ф — подмагничивания. ПоП токи Ф и Ф распределяются по противолежащим участкам 9 и 10 сердечника 1, как по параллельным магнитным цепям.

Поток Ф подмагничивания действует по замкнутому магнитному контуру сердечника. Так как при измерении слабых магнитных полей обычно справедливо соотйо- шение Ф «Ф, то магнитное состояние материала сердечника определяется дей40 ствием потоков Ф и Фп. Если в выбранный момент времени направление потоков Фо и Фп в участке 9 совпадает, то в тот же момент времени в участке 10 оно встречное, следствием чего является различное магнитное состояние материала данных участков.

На фиг. 3 приведена .кривая зависимости проницаемости ц материала сердеч50 ника от индукции В магнитного поля, а также показаны временные диаграммы изменения индукции поля возбуждения в участках 9 и 10 сердечника 1, смещенные относитепьиовременной оси на нели55 тину ноля подмагничивания с индукцией В, и результирующие временные диаграммы проницаемости,ц, и,ц2 материала участков 9 и 10. Поспедние, с учетом

A1=Pо АО Х(Ф3 "2 Ро hP Х«+) где Х(+) — единичная, знакопеременная во времени функция il.

При таком законе изменения проницаемостей материала участков 9 и 10 сердечника 1, магнитная проводимость материала сердечника по замкнутому контуру (дпя потока ф подмагничивания) равно как и магнитная проводимость тепа сердечника в направлении оси а-а (дпя потоков Фа возбуждения и Ф„измеряемого) остаются неизменными в любом иэ попупериодов возбуждения (дпя любого значения функции Х(+)).

Однако распределение потоков Ф и в фь по у асткам 9 и 10 сердечника 1, как по параппепьным магнитным полям, неодинаково дпя любого из моментов времени, а определяется соотношением магнитных проводимостей материала данных участков.

Нетрудно также убедиться, что под действием знакопеременного потока Ф возбуждения в сердечнике образуется постоянный раэмагничивающий кольцевой поток, направленный навстречупотокуФ

5 подмагничивания, что несущественно отражается на работе феррозонда и магнитометра (этот поток действует по закону Х (Ь)=1 и постоянен ввиду посто2 янства во времени данной функции) ° Напротив, под действием постоянного измеряемого магнитного потока Ф, в замкнутой магнитной цепи сердечника появляется знакопеременный поток Ф вида

А,0 ф =фо „б x(+)

Ир

Этот поток выявляется в виде ЭДС е, наводимой на выводах 5 сигнальной обмотки

de» М d (+> е =-а — =-we

dt о А о dt, где 3× число витков сигнальной обмотки.

Последующее интегрирование ЭДС е

4 посредством интегратора 4 позволяет устранить частотные искажения данного сигнала иэ-за дифференциального вида закона электромагнитной индукции

e,== --К Je„(+)aa = Vwe " z(.+) о А о где 2 — ЭДС на выходе интегратора, а

К вЂ” его постоянная.

Таким образом, выходная ЭДС магнитометра изменяется также по прямоугольному во времени закону, а ее амппиту759927

Формула изобретения

2 2

5 да и фаза (полярность) определяются величиной и направлением измеряемого поля. ЭДС е> легко преобразовать при необходимости в постоянное напряжение с величиной и знаком, соответствующими величине и направлению измеряемого поля, известными средствами, например с помощью синхронного детектора, управляемого непосредственно источником тока вслбуждения.

Г1оставленная цель (высокая точность измерения слабого магнитного поля) достигается лишь при конкретном исполнении обмоток феррозонда. Обмотка под. магничивания 2 должна быть равномерно распределена по кольцевому сердечнику

1, чем исключается появление на сердечнике полюсов намагничивания. Электромагнитная развязка цепей возбуждения и сигнальной обеспечивается лишь при ортогональном расположении плоскостей соответствующих обмоток. Однако для достижения качественной развязки упомянутых цепей, с учетом возможных магнитных аномалий свойств материала 25 по контуру сердечника, целесообразно размещение обмоток возбуждения и сигнальной на подвижных каркасах. Регулировкой положения данных каркасов по отношению к сердечнику (поворотом cep- yp дечника) и друг другу достигается нулевой сигнал на выходе магнитометра при нулевом измеряемом поле.

Устройство обеспечивает точное измерение слабых полей, что достигается видоизмененным размещением обмоток возбуждения и сигнальной на кольцевом сердечнике, введением обмотки подмагничивания и нового (источник постоянного тока) структурного узла.

Размещением обмоток сигнальной и возбуждения на подвижных каркасах достигается необходимая для точных измерений электромагнитная развязка входной (воэбуждения) и выходной (сигнальной) цепей феррозонда.

1. Феррозондовый магнитометр, содержащий феррозонд, источник прямоуголь ного тока, подключенный к обмотке возбуждения, и интегратор, подключенный к сигнальной обмотке, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерения слабых полей, он снабжен источником постоянного тока, а феррозанд выполнен на кольцевом сердечнике и снабжен обмоткой подмагничивания, соединенной с источником постоянного тока, причем обмотка подмагничивания равномерно распределена по сердечнику, сигнальная обмотка расположена на участке сердечника по оси чувствительности ферроэонда, а обмотка возбуждения охватывает тело сердечника в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности.

2. Ферроэондовый магнитометр по и. 1, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что сигнальная обмотка и обмотка возбуждения выполнены на немагнитных каркасах, подвижных в плоскости сердечника отно:ительно его геометрического центра.

Источники инфор мании, прш ятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

hh 525902, кл. G 01 К 33/02, 1977.

789927

Составитель Е. Данилина

Редактор В. Данко Техред Н.Ковалева

Корректор,Я. llltlPQUl0

Подписное филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 9035/47 Тираж 1019

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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