Градиентометр

 

Изобретение может быть использовано для измерения величины и определения знака градиента одновременно двух компонент полного вектора магнитной индукции постоянного и низкочастотного магнитного поля. Градиентометр содержит четьфе канала измерения индукции магнитного поля, каждый из которых включает один из усилителей 1.3, 1.4, 2.3, 2.4 напряжения , .синхронных детекторов 1.5, 1.6, 2.5, 2.6, низкочастотных усилителей 1.7, 1.8, 2.7, 2.8 и формирователей . 1.9, 1.10, 2.9, 2.10 импульсов , элементы ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 1.11,2.11, элементы 2И 1.12, 1.13, 2.12,2.13, RS-триггеры 1.14, 1.15, 2.14, 2.15, генератор 3 низкочастотных модулирующих линейно изменяющихся колебаний, генератор 4 возбуяадения, формирователь 5 импульсов сброса , дешифратор 6 и блок 7 индикации. Градиентометр имеет повьш1енную точность измерения и расширенные функциональные возможности. 9 ил. с «

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК I) 4 С 01 R 33/022

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ в, Г

1Г

1I . l1

1, I

1(2

Гг

1f

II

II

11

IL

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3942671/24-21 (22) 16.08.85 (46) 30.07.88. Бюл. - 28 (72) В.В.Польской и M.Â.×åðíüïïåâ (53) 621.317.44(088.8) (56) Автбрское свидетельство СССР

У 1215074, кл. G 01 К 33/02. (54) ГРАДИЕНТОМЕТР (57) Изобретение может быть использовано для измерения величины и определения знака градиента одновременно двух компонент полного вектора магнитной индукции постоянного и низкочастотного магнитного поля.

Градиентометр содержит четыре канала измерения индукции магнитного поля, „„Я0„„1413565 А1 каждый иэ которых включает один из усилителей 1.3, 1.4, 2,3, 2.4 напряжения, синхронных детекторов 1.5

1.6, 2.5, 2.6, низкочастотных усилителей 1.7, 1.8, 2.7, 2.8 и формирователей. 1.9, 1.10, 2.9„ 2,10 импульсов, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

1.11, 2.11, элементы 2И 1.12, 1.13, 2.12, 2.13, RS-триггеры 1.14, !.15, 2 ° 14, 2.15, генератор 3 низкочастотных модулирующих линейно изменяющихся колебаний, генератор 4 возбуждения, формирователь 5 импульсов сброса, дешифратор 6 и блок 7 индикации.

Градиентометр имеет повышенную точность измерения и расширенные функциональные возможности. 9 ил.

1413565

Изобретение относится к магнитометрии и предназначено для измерения величины и определения знака пространственной производной (гради5 ента) одновременно двух компонент полного вектора магнитной индукции постоянного и низкочастотного магнитного поля, а также определения квадранта или направления местопо- 10 ложения источника возмущения магнитного поля.

Цель изобретения — повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей путем изме рения направления местоположения источника возмущения магнитного поля и индукции одновременно в двух взаимно ортогональных направлениях.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства, на фиг.2 расположение датчиков при измерениях; фиг. 3 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит че- 25 тыре феррозондовых датчика 1.1, 1.2, 2,1. 2,2, четыре усилителя 1.3, 1.4, 2.3,. 2.4 напряжения, четыре синхронных детектора 1.5, 1.6. 2.5, 2.6, четыре низкочастотных усилителя 1.7,,30

1.8, 2.7, 2.8, четыре формирователя

1.9, 1.10, 2.9, 2.10 импульсов, два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1.11и 2.119 четыре элемента 2И 1.12, 1.13, 2.12, 2.13, четыре RS-триггера 1. 14, 1. 15, 2. 14, 2,15, генератор 3 низкочастотных модулирующих линейно изменяющихся колебаний, генератор 4 возбуждения, формирователь 5 импульсов сброса, дешифратор 6 и блок 7 индикации.

Феррозондовые датчики включают в свой состав следующие обмотки: измерительные 1.16, 1.17, 2.16, 2.17, возбуждения 1. 18, 1. 19, 2. 18, 2. 19, модулирунпцие 1.20, 1.21, 2.20, 2 ° 21 °

Отрезки, соединяющие феррозондовые датчики 1.1 и 1.2, а также 2.1 и 2.2 (фиг. 2) являются базами.. Базы датчиков взаимно ортогональны и, пересекаясь, образуют симметричный крест (на фиг. 2 показано положение "креста" в прямоугольной системе координат XOY и принятая нумерация квадрантов). Попарно расположенные датчики 1 1 1,2 и 2.1, 2.2 (фиг. 2) и обведенные на фиг. 1 штрихпунктирными контурами электронные схемы образуют независимые измерители градиен- " тов неоднородного магнитного поля в двух взаимно ортогональных направлениях, Генераторы 3 и 4, формирователь 5, дешифратор 6 и блок 7 явля ются общими для этих двух измерителей. В каждом из двух градиентометрических измерителей для получения информации о величине и знаке измеряемого неоднородного магнитного поля в цифровом виде используется способ времяимпульсной модуляции низкочастотной сгибающей несущей частоты, позволяющий преобразовать измеряемую аналоговую величину в пропорциональный временной интервал.

Рассмотрим работу анализируемого объекта на примере работы одного иэ идентичных по устройству и принципу действия градиентометрических измерителей на датчиках 1.1 и 1 ° 2.

На разнесенные в пространстве датчики 1.1 и 1.2 действует неоднородное внешнее магнитное поле, соответственно В„ и Й, (фиг. 3а, б). С помощью генератора 4 возбуждения и обмоток 1.18 и 1.19 возбуждения фер розондовые датчики возбуждаются с частотой F. С генератора 4 также выдаются сигналы с частотой 2F для управления синхронными детекторами

1.5 и 1.6. С помощью специального модулирующего генератора 3 и модули! рующих обмоток 1.20 и 1.21 в объемах феррозондовых датчиков 1.1 и 1.2 создаются переменные линейно изменяющиеся во времени магнитные поля

В(e) (фиг. За, б), модулирующие измеряемые магнитные поля В1 и В . С

f измерительных обмоток 1.16 и 1.17 датчиков на входы усилителей 1.3 и

1.4 напряжения поступает сигнал частотой 2F (фиг. Зв, r), пропорциональный величине измеряемого в объеме каждого датчика неоднородного магнитного поля. С выхода каждого усилителя

1.3 (1.4) напряжения сигнал поступает на синхронный детектор 1.5 (1.6) и через низкочастотный усилитель 1.7 (1.8) на вход формирователя прямоугольных импульсов 1.9 (1.10). Формирователи 1.9 и 1.10 вырабатывают импульсные сигналы (фиг. Зд, е) при переходе действующих на датчики полей

B 1 + B(t) и В „ + B(t) через нулевые значения. Разность длительности этих сигналов (фиг. Зж) ДТ = Т вЂ” Т.

1 1

= — (4Т1 + 4 Т ) пропорциональна раз-" ности величин. магнитной индукции по1413565 лей  — В в точках расположения

1 феррозондон 1.1 и 1.2.

Импульсы положительной полярности с длительностями Т и Т, (фиг. 3 д,е) поступающие с выходов формирователей

1,9 и 1.10, подвергаются дальнейшей обработке в знакочувствительном вычитающем функциональном узле, который формирует импульсы д Т, и d Т 2 разности длительностей (фиг, Зж) и определяет знак разности.

В процессе измерений в знакочувствительном функциональном узле возможны следующие соотношения длительностей Т и Т импульсов положительной

7 полярности: — Т„(Т,, 20

7Т

Т,, — Т

1 — Т

Рассмотрим случай, когда Т 1 (Т„ °

Для этого воспользуемся временными 25 диаграммами (фиг. 4) и таблицей истинности (фиг. 5), описывающей все возможные комбинации сигналов Б„ и

U с выходов формирователей 1.9 и

1.1О (фиг. 1) и возникающие при этом 30 комбинации на выходах других логи.ческих элементов. За " 1" принят положительный потенциал импульсов с формирователей 1.9, 1.10 и 5 или положительный уровень логической единицы элементов ИСКЛЮЧАКП ЕЕ ИЛИ 1.11, 2И 1 ° 12, t.13 и RS-триггеров 1.14, 1.15 ° Из таблицы (фиг. 5) видно, что с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

I1. 11 на первый вход блока 7 индикации поступает два импульса (фиг. 4, U3), 40

ДТ1 и 8T@ несущие информацию о величине измеряемого градиента. На вход "2 " дешифратора 6 поступает единичный сигнал (фиг. 4, U q) с прямого выхода RS-триггера 1.15.

Задний фронт этого сигнала формируется в момент прихода импульса US (фиг. 4) на установочный R-вход триггера 1.15 с формирователя 5 (фиг. 1). Импульс U (фиг. Зз) формируется в момент перехода из положительной полуплоскости в отрицательную сигнала a(1 ) с генератора низко-, частотных линейно изменяющихся модулирующих колебаний (фиг. За, 6).

Рассмотрим случай, когда Т, 7Т,.

Работа схемы происходит в соответствии с временными диаграммами, изображенными на фиг. 6, и таблицей истинности на фиг, 7. При этом с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1.11 на вход блока 7 индикации поступают два импульса дТ, и (1Т1 (фиг. 6, БЗ), сумма длительностей которых равна разности длительностей Т, и

Т, импульсов U1 и U g (фиг. 6) .

На вход 2 дешифратора 6 с прямого выхода RS-триггера 1 .14 поступает единичный сигнал (фиг. 6, Ug), констатирующий соотношение Т Т . Зад1 1 ний фронт этого сигнала формируется в момент прихода импульса U (фиг.Зз) на установочный вход RS-триггера

1.14 с формирователя 5.

Случай равенства временных интервалов Т1 и Т, (измеряемый градиент равен нулю) и работу знакочувствительного вычитающего узла отражают временные диаграммы на фиг. 8 и таблица на фиг. 9. В рассматриваемом случае на выходе элемента 1.11 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (фиг. 8, U ) нет импульсов разности временных интервалов Т, и Т,. На прямых выходах RSI триггеров 1.14 и 1,15 (фиг. 1) нуле1 вые потенциалы — нет информации о знаке разности.

Следовательно, выходные сигналы

Ug, U6, U> (фиг. 1) знакочувствительного функционального узла на элементах первого градиентометрического измерителя несут информацию о величине измеряемого градиента и устраняют неоднозначность определения положения источника возбуждения магнитного поля относительно датчиков

1.1 и 1.2. Информация о величине измеряемого градиента содержится в сигнале Ug и заключена в величине разности длительностей Т1 — Т !

= Id Т, + Д Т (импульсов U u U (фиг. 4д, е, ж) . При этом единичный сигнал U 6 с прямого выхода RS òðèã, гера 1.14 указывает, что в точках

1 расположения датчиков индукция измеряемых полей удовлетворяет услоI вию В 7 В„, т.е. датчик 1.1, измеряющий поле В „, расположен ближе к источнику возмущения магнитного поля. Если единичный сигнал поступает с прямого выхода триггера 1.15, то индукция измеряемых полей удовлетворяет условию В, 7 В 1, т.е. источник ! ,возмущения расположен со стороны датчика 1.2, измеряющего поле В1.

Отсутствие единичных сигналов U g, 1413565

15

25

35

Ц, Б указывает, что измеряемый градиент имеет нулевое значение, а источник возмущения расположен в плоскости, перпендикулярной к линии базы датчиков и проходящей через ее середину.

Аналогично работает второй грациентометрический измеритель с феррозондами 2,1, 2.2 и электронной схемой. Прямые выходы триггеров

2.14 и 2.15 соединены соответственно с входами "2 " и "2 " дешифратора 6.

Таким образом, информация о положении источника возмущений магнитного поля по результатам градиентометрических измерений в двух взаимно ортогональных направлениях содер>кится в поступающих на дешифратор

6 сигналах с RS-триггеров 1. 14, 1. 15, 2.14, 2.15. При расположении датчиков устройства в соответствии с фиг. 2 с выхода дешифратора 6 снимается информация о положении источника возмущения магнитного поля в соответствии с шестнадцатью теоретически возможными комбинациями сигналов. с четырех триггеров, из которых физический смысл имеют только девять комбинаций, Остальных сочетаний на входе дешифратора 6 быть не может, так как "1" не может появиться на обоих выходах любого из двух градиентометрических измерителей.

Формула изобретения

Градиентометр, содержащий два канала измерения индукции магнитного поля, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных

:с измерительной обмоткой феррозондового датчика усилителя напряжения, синхронного детектора, низкочастотного усилителя и формирователя импульсов, генератор возбуждения, генератор низкочастотных линейно изменяющихся модулирующих колебаний, формирователь импульса сброса, два элемента 2И, два RS-триггера, блок индикации, при этом феррозондовый датчик каждого из каналов выполнен в виде сердечника с обмотками возбуждения измерительной и модули40

55 рующей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей путем определения местоположения источника возмущения магнитного поля и измерения одновременно в двух взаимно ортогональных направлениях, в него дополнительно введены еще два канала измерения индукции магнитного поля, два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два элемента 2И, два RS-триггера, а также дешифратор, в каждом из каналов измерения индукции магнитного поля выход формирователя импульсов соединен с S-входом RS-триггера через элемент 2И, выходы формирователя каждого из каналов измерения ин— дукции магнитного поля также подключены к входам соответствующих элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с вторыми входами элементов

2И первого и второго каналов измерения индукции магнитного поля и первым входом блока индикации, выхо-; ды формирователей третьего и четвертого каналов измерения индукции магнитного поля подключены к входам второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с вторыми входами элементов 2И третьего и четвертого каналов и с вторым входом блока индикации, генератор возбуждения подключен к второму входу четырех синхронных детекторов и к обмоткам возбуждения четырех феррозондовых датчиков, выход генератора низкочастотных модулирующих колебаний подключен к модулирующим обмоткам четырез феррозондовых датчиков и через формирователь импульса сброса к R-входам четырех RS-триггеров, прямые выходы RS-триггеров подключены к входам дешифратора, выходы которого параллельно соединены с соответствующими входами блока индикации, феррозондовые датчики геометрически расположены в вершинах квадрата, при этом датчики первого и второго каналов измерения индукции маг" нитного поля расположены по одной диагонали, а третьего и четвертого каналов — по другой диагонали квадрата.

Иу

Ю о

Ut е 0! 413565

Фиг,5

Ug З б

Оу

Ив

Фиг.б Рог. 7

1413565

Составитель Л.Устинова

Техред М.Дидык Корректор Н.Король

Редактор Т.Лаэоренко

Заказ 3780/49

Тираж 772

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4