Магнитометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

905890

r хт

»

r (6)) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20?3580 (21) 2926519/18-21 (51)М Кл з

С 01 В 33/02 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам нзобретеннй н открытий

1531 УДК 621. 317. 44 (088.8) Опубликовано 15g2>2. Бюллетень ¹ 6

Дата опубликования описания 15.02.82

B.Ï.ÊoðoòKHé, A.M.ÑåMåHaâ и ?0.С.Капра??( (t

?

) (Институт электроники АН Белорусской ССР! (?

° з л . 1.ь (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ИАГHHTOMETP

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено, в частности,для измерения магнитных полей.

Известен магнитометр, содержащий последовательно соединенные генератор, тонкопленочный магнитный датчик, детектор, включенный по схеме частотного дискриминатора, усилитель постоянного тока и регистрирующий прибор (1).

Недостатком такого технического решения является необходимость применения усилителя постоянного тока с большим коэффициентом усиления и большим динамическим диапазоном.

Это объясняется незначительной модуляцией магнитной проницаемости пленки измеряемым магнитным полем. Применение усилителя постоянного тока приводит к низкой точности измерений sa счет фликкер-шумов, переходящих на низких частотах в дрейф.

Наиболее близким к данному техническому решению является устройство, содержащее генератор с подключенными к его выходу двумя тонкопленочными датчиками с противоположно ориентированными осями легкого намагничивания (ОЛН), соединенными соответственно с двумя амплитудными детекторами, каждый из выходов которых подключен ко входу усилителя постоянного тока через разделительную цепочку, состоящую из последовательно соединенных ре- . зистора и конденсатора. Выход усилителя постоянного тока связан с регистрирующим прибором (2).

Недостатком этого устройства является низкая точность измерениЯ, обусловленная использованием усилителя постоянного тока вследствие присущих ему дрейфа нуля и большого уровня собственных шумов, обратнс? п пропорциональных частоте (1/f ). где f — «астота, n = 1, 2...k.

Цель изобретения — повышение точности измерений. что в магнитометр, содержащий генера» тор, к выходу которого подключены последовательно соединенные возбуждающие обмотки двух тонкопле25 ночных датчиков с противоположно ориентированными осями легкого намагничивания, два амплитудных детектора, измерительная обмотка каждого из тонкопленочных датчиков

30 подключена ко входу соотьетствующе905890 го амплитудного детектора, к выходу каждого иэ которых подключена разделительная цепочка, состоящая иэ последовательно соединенных резистора и конденсатора,и регистрирующий прибор, введены два варикапа, усилитель высокой частоты, балансный детектор и фазовращатель, причем катод первого варикапа соединен со входом первого ампЛитудного детектора, а анод второго варикапа соединен со входом амплитудного детектора, анод первого варикапа через реэистор второй разделительной цепочки подключен к выходу второго амплитудного детектора, а катод второго варикапа через резистор первой разделительной цепочки подключен к выходу первого амплитудного детектора, выход каждой разделительной цепочки подключен ко входу усилителя высокой частоты, выход, которого через баланс ный детектор соединен с регистрирующим прибором, а второй вход балансного детектора через фаэовращатель соединен с выходом генератора.

На чертеже изображена функциональная схема магнитометра.

Магнитометр содержит генератор

1 с подключенными к его выходу тонкопленочными датчиками 2 и 3 с противоположно ориентированными осями легкого намагничивания (ОЛН), каждый из которых имеет возбуждающую 4=1 н 4=2, измерительную обмотку 5=1, 5=2, амплитудные детекторы б и 7, на выходе детектора 6 включена разделительная цепочка, состоящая из последовательнО соединенных резистора 8 и конденсатора 9, а на выходе детектора 7 включена разделительная цепочка, состоящая иэ последовательно соединеннЫх резистора 10 и конденсатора 11, и регистрирующий прибор 12. В устройство введены дна нарикапа 13 и 14, усилитель 15 высокой частоты, балансный детектор 16 и фаэовращатель 17. При этом катод варикапа 13 связан со входом амплитудного детектора б, а анод варикапа 14 - с входом детектора 7. Анод варикапа 13 подключен к точке соедийения резистора 10 и конденсатора

11 на выходе детектора 7, а катод варикапа .L4 - к точке соединения резистора 8 и конденсатора 9 на выходе амплитудного детектора б. Выход каждой из разделительных цепочек подключен к входу усилителя

15 вЫсокой частоты, а выход усилителя 15 через барансный детектор

16, управляющий вход которого через фазовращатель 17 снязан с выходом генератора 1, подключен к регистрирующему прибору 12.

Магнитометр работает следующим образом.

Измеряемое магнитное поле, например синусоидальное, воздействует на тонкопленочные датчики 2 и 3 с противоположно ориентироночными осями легкого намагничивания (ОЛН) и изменяет их собственные индуктивности (магнитную проницаемость пленок), что приводиТ к модуляции высокочастотного напряжения генератора

1 на выходе датчиков 2 и 3. Промодулированное измеряемым полем высокочастотное напряжение, индуцируемое в измери ельной обмотке 5=1 датчика 2 детектируется амплитудным детектором б, а напряжение на

f5 выходе датчика 3 — детектором 7.

При этом постоянные составляющие выходного сигнала детекторов 6 и 7 имеют противоположные знаки, а переменные составляющие продетектиронанных напряжений синфаэны, так как.

ОЛН пленки одного иэ датчиков 2 и 3 располагаются по направлению измеряемого поля, а 0JIH второго — навстречу ему. Другими словами, при

УВеличении собственной индуктинности одного иэ датчиков 2 и 3 происходит уменьшение индуктивности другого. Постоянные составляющие продетектированных напряжений проходят через резисторы 8 и 10 и определяют рабочие точки нарикапов 13 и 14, относительно которых происходит изменение их емкостей под действием переменных составляющих выходных напряжений детекторов б и 7.

З5 Так как датчики 2 и 3 и варикапы

l3 и 14 образуют контур, представляющий собой четырехплечий мост, то условие равновесия этого моста можно записать в виде

40 (1 "1

CvfL с ч„ (1) где L < и L g - соответственно .индуктивности датчиков

2 и 3;

С и С вЂ” емкости варикапон 13

1 и 14 при нуленом измеряемом поле или условно принимаемом за нулевое.

50 В случае обеспечения условия баланса моста при нулевом измеряемом магнитном поле сигнал генератора 1 на выходе моста (входе усилителя 15 высокой частоты) отсутствует. При дей55 стнии измеряемого поля баланс моста нарушается. Это состояние аналитически записывается так

/ L„

c - c lg-4 ч . сч,+0 vc

60 где 5 Ь „ и дLg - соответствующие приращения индуктивностей датчиков 2 и 3; дС,(и дС,(— соответствующие приращения емкостей

65 варикапон 14 и 13.

905890

Как следует из выражения (2) изменение емкостей варикапов 13 и 14 синхронно с измененным магнитным полем усиливает разбаланс моста, следовательно, величину сигнала, который при малом измеряемом поле пропорционален величине последнего. Промодулированный измеряемый полем сигнал задающего генератора 1 с выхода моста поступает на вход усилителя 15 высокой частоты, с выхода которого поступает на вход балансного детектора 16. Для выполнения условия линейного детектирования на управляющий вход балансного детектора 16 с выхода генератора 1 через фазовращатель 17 подается опорное напряжение несущей частоты. Напряжение с выхода балансного детектора 16 поступает на регистрирующий прибор 12.

В предлагаемом магнитометре эа счет использования варикапов производится предварительное параметрическое усиление сигнала тонкопленочных датчиков, а следовательно обеспечивается увеличение отношения сигнал/шум на входе усилителя высокой частоты. 11рименение усилителя высокой ч стоты в свою очередь, устраняет дрейф нуля, присущий известному из-за наличия усилителя постоянного тока, а также свойственные ему фликкер-шумы. Магнитометр работает в широкой полосе частот, включая нулевые частоты (Π— 10 кГц). Большое отношение сигнал/шум позволяет использовать магнитометр не только для исследования различных магнитных явлений,но и в качестве магнитной ) активной антенны. формула изобретения

Магнитометр, содержащий генератор, к выходу которого подключены последовательно соединенные возбуждающие обмотки двух тонкопленочных датчиков с противоположно ориентированными осями легкого намагничи— вания, два амплитудных детектора, измерительная обмотка каждого иэ тонкопленочных датчиков подключена ко входу соответствующего амплитудного детектора, к выходу каждого иэ которых подключена разделительная цепочка, состоящая из последовательно соединенных резистора и конденсатора, и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены два варикапа, усилитель высокой частоты, балансный детектор и фаэовращатель, причем катод первого варикапа соединен со входом первого амплитудного детектора, а анод второго варикапа соеди20 нен со входом второго амплитудного детектора, анод первого варикапа через резистор второй разделительной цепочки подключен к выходу второго амплитудного детектора, а катод вто2 рого варикапа через резистор первой разделительной цепочки подключен к выходу первого амплитудного детектора, выход каждой разделительной цепочки подключен ко входу усилителя высокой частоты, выход которого через балансный детектор соединен с регистрирующим прибором, а второй вход балансного детектора через фазовращатель соединен с выходом генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 341072, кл. 32443, 1967.

2. Bader С.D., Renzi С.S, IEEE

Transaction of Magnetics VMAG — 10, 40 1974, М 3, р. 524 — 527.

Составитель Ю.Куликов

Редактор К.Эолощук Техред T. Маточка Корректор Г.Назарова

Закаэ 386/68 Тираж 718 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4