Цифровой феррозондовый магнитометр
СО(03 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) (511 4 (01 R 33/02
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4170603/24-21 (22) 30.12.86 (46) 15.11.88. Еюл. Р 42 (71} Краснодарский филиал Научноисследовательского института морской геофизики Всесоюзного морского научно-производственного геолого-геофизического объединения по разведке нефти и газа Союзморгео" (72) Е.M.Штеренгарц, А.С.Загурский и Н.Д.Пустовалов (53) 621.317.44 (088.8) (56) Афанасьев 10,3. Феррозонды. — Л.:
Энергия, 1969, с.121-127 °
Семенов Н.M. Яковлев Н.И. Цифровые феррозондовые магнитометры, Л.: Знергия, 1978, с.132-148. (54) ЦИФРОВОЙ ФЕРРОЗОНДОВЬЙ 11АГНИТОМЕТР ("i} Изобретение касается измерения г"араметров магнитных полей, например, Земли и может быть использовано в системах автоматического контроля и регулирования. Цифровой феррозондовый магнитометр содержит генератор 1 возбуждения, феррозонд 2 с обмоткой 3 возбуждения и двумя измерительными обмотками 4 и 5, цифроаналоговый преобразователь 17, цифровой регистр 18 индикации, реверсивный и-разрядный счетчик 15, элемент 14 задержки, триггер 12, элемент ИЛИ 13, блок 7 суммирования сигналов, формирователь
10 генератор 11 тактовых импульсов, (и-1)-канальнь|й коммутатор 16, амплитудный детектор 9. Работа магнитометра основана на принципе экстремального регулирования с поиском экстремума (с уравновешиванием измеряемого сигнала) по направлению изменения огибающей амплитуды сигнала разбаланса блока 7 суммирования сигналов. Цифровой ферроэондовый магнитометр имеет повышенную точность измерений. 2 ил °
1437811
Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения параметров магнитных полей, например Земли и может быть испольв
5 зовано в системах автоматического контроля и регулирования.
Бель изобретения — повьппение точности измерейия.
На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг,2 — диаграммы,, поясняющие его работу, Цифровой феррозондовый магнитометр содержит генератор 1 возбуждения, феррозонд 2 снабженный обмоткой 3 возбуждения и двумя измерительными обмотками 4 H 5, электронный переключатель 6, блок 7 суммирования сигналов, избирательньж усилитель 8 амплитудный детектор 9,, формировагель
10, генератор 11 такт.",в61х импульсов, триггер 12. элемент ИЛИ 13, элемент
14 задержки, п-разрядный реверсивный счетчик 15в (и- 1)-канальный коммутатор 16„- цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 17 и цифровой регистр 18 индикации..
Магнитометр работает следующим образом.
С первого выхода генератора 1 30 возбуждения сигнал с частотой fs поступает на обмотку возбуждения 3 феррозонда 2 и периодически насьпцает его магнитопровод, С второго выхода генератора 1 возбуждения сигнал с частотой 2f поступает на вход опор35 ного сигнала ЦАП 17.
Феррозонд снабжен двумя идентичными измерительными обмотками 4 и 5, намотанньгми на сердечник бифлярно и
40 имеющими между собой тесную индуктивную связь, Начало обмотки 4 и конец обмотки 5 подключены к общей шине магнитометра, а другие их концы подключены к входам электронного переключателя 6. С измерительной обмотки
4 или 5 (в зависимости от положения переключателя 6) сигнал 0 переменного тока с частотой 2Е и амплитудой, пропорциональной величине магнитного поля, воздействующего на феррозонд 2, 50 поступает на первый вход блока 7 суммирования сигналов, На второй вход которого с выхода ЦАП 17 поступает компенсирующий сигнал U „ с частотой
2fg. Амплитуда компенсирующего сигна-55 ла U зависит от значения кода на цифровых входах, поступающего с соответствуюпих выходов реверсивног0 счетчика 15 через коммутатор 16. Р блоке 7 суммирования сигналы Ug u
U$7, поступающие на его входы, вычитаются и с выхода этого блока сигнал разбаланса через избирательный усилитель 8, настроенный на частоту 2f ., поступает ня вход амплитурног ретек-,îðà 9. Ня выходе детектора 9 напряжение Ц =аответствует модулю напряжения разбаланса на выходе избирательного ус.илителя 8 —,Пдf, причем модуль (Ug1зависит от напряжения компенсаци;. 0,7по кричой fU f =
=Г(У 7)U =сопя, показанной на фиг.2, ривая "8 т("„)Цг=сопз име мин мум (экстремум) в точке 0, соответствующей полной компенсации измеряемого сигнала U, сигналом 0 7 в блоке 7 суммирования. 8 момент компенсации измеряемого сигнала код И, ня цифровых входах ЦйП 17 соответствует (с погрешностью квантования,10 <7 компенсирующего сигнала U „амплитуде измеряемого сигнала. Бо значению этого кода
N q в момент равновесия сигналов Ц в и 077 судят î -..íà÷åíèè измеряемой величины. (од с цифровых входов ПАП 17 поступает в цифровой регистр 18 индикации. Состояние (единичное или нулевое) триггера 12 задает режим работы реверсивного счетчика 15 — суммирование или вычитание импульсов, поступающих на его счетный вход с выхода элемента ИЛИ 13 через элемент
14 задержки.
Управление работой магнитометра осуществляется импульсами, последовательно подаваемыми с первого, второго и третьего выходов генератора 1i тактовых импульсов на вторые входы элемента ИЛИ 13 и формирователя 10, а также ня вход синхронизации цифрового регистра 18 индикации, Если в момент включения питания магнитометра значения измеряемого Ц и компенсирующего U, сигналов, например, таковы, что амйлитуда напряп.ения разбаланса блока суммирования сигналов 7 соответствует точке "б" на кривой lUgf=f(U,)П =сопя (фиг.2), а триггер 12 находится в нулевом состоянии, при котором реверсивный счетчик 15 работает в режиме вычитания, то с первого выхода генератора
11 тактовых импульсов импульс U через элемент ИЛИ 13 поступ".åò на счетньп7 вход счетчика 15 и уменьшает его выходной код ня 1. В результате
143781 f этого компенсирующее напряжение U скачкообразно уменьшается на одинквант аП„и на выходе детектора 9 возрастает амплитуда напряжения П (точка "а" на кРивой fUgf=(U<„)U<=
=const. Блок 10 служит для формирования единичного сигнала только при положительном приращении амплитуды выходного сигнала детектора 9 (при положительном приращении 1U f), 3атем с второго выхода генератора 11 тактовых импульсов импульс U „ поступает на второй вход формирователя 10 и разрешает годачу единичного сигнала U на вход триггера. 12 и на счетный вход реверсивного счетчика 15 через элемент ИЛИ 13 и элемент 14 задержки, При этом триггер 12 меняет свое состояние, а единичный сигнал поступающий через элемент ИЛИ
13 в Реверсивный счетчик 15, увеличивает его код на единицу и возвращает значение сигнала разбаланса в предыдущее состояние, соответствующее точке "б". После этого импульс U,с третьегo выхода генератора 11 тактовых импульсов поступает на вход синхронизации регистра 18 индикации, где отсчитываются показания входного кода.
В следующем такте работы генерато( ра 11 тактовых имг.ульсов импульс с первого его выхода через элемент
ИЛИ 13 и элемент 14 задержки поступает нг счетный вход реверсивного счетч:*.êà l5 и увеличивает его код на единицу, напряжение разбалапса принимает зпачение, соответствующее точке
"в". Это вызывает отрицательный перепад амплитуды напряжения U на выходе
9 детектора 9, вследствие чего в формирователе 10 не происходит 4 .. Рмирование единичного сигнала. Таки образом, последующие тактовые импульсы, 1
U„, с первого выхода генератора 11 тактовых импульсгв через элемент
И1И IЗ и элемент 14 задержки поступают на вход реверсивного счетчи :.а 15, увеличивают его выходной код и уменьшают амплитуду напряжения разбаланса на выходе блока 7 суммирования до значения, соответствующего точке "г, которое является самым близким к сос; тo ÿí ïî равновесия (точке 0)), При удалении амплитуды сигнала разбаланса на выходе блока 7 суммирования от точки г в любом направлении и;оисходит увеличение амплитуды
45 сигнала разбаланса, а значит, увеличение амплитуды напряжения U на вы9 ходе детектора 9, что вызывает формирование единичного сигнала U< в фор" мирователе 10. Этот единичный сигнал поступает на вход триггера 12 и изменяет его состояние, через элемент
ИЛИ 13 и элемент 14 задержки он поступает на вход реверсивного счетчика
15 и изменяет его код, что влечет за собой изменения компенсирующего напряжения U„ в таком направлении, чтобь| амплитуда сигнала разбалa«ca на гыходе блока 7 суммирования снова
1t il соответствовала точке г
Таким образом, работа устройства основана »а принципе экстремального регулирования с поиском экстремума (с уравновешиванием измеряемого сигнала) по направлению изменения огибающей амплитуды сигнала раэбаланса блока 7 суммирования.
Под воздействием измеряемого маг" нитного поля фаза выходного сигнала ферроэонда 2 (фаза сигнала в обмото ках 4 и 5) может меняться на 180
Введенные в феррозонд 2 вторая изме" рите IbHBR обмотка, идентичная первой (которые включены встречно), и пе» реключа тель 6, подключающий эти об мотки к входу блока 7 суммирования, дают возможность изменять фазу выходного сигнала Феррозонда в блоке 7 а суммирования на 180 . Причем. положение переключателя 6 в процессе уравновешивания изменяется сигналами, снимаемыми с n — го (старшего) разряда реверсивного счетчика 15, остальные разряды которого подключаются к цифровым входам ПАП 17 через (n-f)-канальный коммутатор 16. Коммутатор 16 может быть выполнен, например, на логических элементах 2И-KIH и преду . смотрен для того, чтобы в момент замещения единиц младших разрядов единицей и-го (старшего) разряда, и наоборот (G 1....1 . 10....0), сохраня" лась плавность изменения напряжения компенсации U ä, Входы коммутатора 1б соединены с входами счетчика 15 согласно логической функции Ь =а „ а.+
+а „а;, где Ь; — логический сигнал на выходе i-го канала (на выходе
i-го элемента 2И-ИЛИ); а; и а - выходные сигналы соответствующих раэрядов реверсивного счетчика 15.
В этом случае при единичном значении п-го (старшего) разряда на цифровые входы KH 17 ",=:,Bаетсн Грлмой! «00 е при нулевом значении и-го разряда инверсный код, 13 pe=-ультате чего при изменении положе 113В перекл!Ячятел-. 6
{при изменении фазы измер!!емОГО сигняля) ям!Тл!".Туда ко!!!(е((сируип(его r:rc: нала происходит чсрез нулевое з гачение, что обеспечивает устсйч!И(ость г роцесса следящего ypaBHOBemивапич. !!о окончании процесса у13авновем(!". ваниs; логическое з!!ячен!Ie B-го {стя!3-.
mer o) рязр((дя peBepcHBИОГО счет!!икя
15 указывает положен!(е перекл!Очятеля б, а следовательно. указывает (га-зу {знак !!.Язы) Выходного сигнала феррозонда 2, код ня цифро!3ых входах сooTBetcTBует амплитуде этОГО сиГнала.
Фор((улаиз обре теннв
Ьифровой феррозондОвый маГнито метр „содержащий (13eppaçoír(„снабженн!п(измерительной обмоткой. Я также обмоткой возбуждения „cQPo IHeHE(oI! первым Выходом гене!!Ятоэа Возбуждения В избиратет(ьный чтст4Л((те3!ь, !((!((3роаналогов! и п.eобра"= 3ватель: цифровой регис:р индикации. цифровые
Входы KOTopl3õ сООтветственно соедин! пы между собой реверс!!В!!ь! ".- п-р-..çð!Bä ный счетчик. злемент =-адержки„триггер зл мeH"т I:IJÙ.,!е(3В1,"."! (3хрд !10 оРОГО СОЕДИНЕН С ВХОДОМ T-PrHII.(.ePß! выход через злемент задержки " с первы(! BH{lцом и-рязр> д !!3 О; !3евс,ного счетчика„о: л и я 9 m u с л тем, что це3!ьк! повн!ле(:3;!1 точности измерения, сн дополнительно снабжен блоком суммированин сигналов, формирователем, ГeHepaTopoII тактовых импульсов, {и-1) — !(я!(яльным коммутато",:о.!! амплитудп(!..- Лете«торо!!! Bтсрой измерl(тельной Обмоткой, .злектро:!!Iым г:ере«3!!с!ятелем, причем к первому и второму Входa::l злектронпо го перекл!очя телл присоединены соо Be Tc T!3ен(!о
I(Рр 3яя и В торя л пяряллРль. :о 3 с 3 р е "I l!О
Вклк!ченные измерительные обмотки, ВЬ!ХОД ЗЛЕКТРОННОГΠ—.Р Р ЕКЛЮЧЯ 3 Е.I(r Ч Ерез сумматор, уз кон,зло !.н! !Й усилит л „И e>i«J!r(Т yДНЬ." .! ДРТЕ OP !!РИСОСДИНРН
«:B>:ñ, ...» "..,!Ор(п!(3овате!!л,, Ыход которо:. 3 (ерез триггер с(3ед!..;Нeн с вторым входо(" и-раз(3!!диого реверси!Iia! о ! ЧРТЧИКЯ i:P:IÌOlr ВЬIХОД П Гo (BBPßÄB
-.,: Котоpopо ссади!!ен с упра!зл!Яюцим ВХО до ВлекTpo !i!!o ГО пере !(Г!!О 1: тe„ii;, R.
1 pB зряды = с сс I " ве тс тв "»!Î !"!ми
\
В;»"" ям!! { и" 1, канально ГО (OII!1%rTятовя . д Зя входа к»-I äo ГО кяняля:o тОрО ГО
CО ЦИ!!ЕН(! Coo BPTCTBP IНО C ПРЛ!(Ы,! (ЫХОд я 1"!1-1, p." !,! В а О:, д 0 В
О„%:ъв»»,В :;0! 0 Чэ !ч(» (Я Я Гва»(РУ» входя всех каналов — c пр ;!!!и и;.:иВР!»cllll! В;.,*,õo((oõ ка lai(oB с п--,î ряз3 3
=:Г рндя реверсивного с:(ет !!3кя, Второ.:ныхэд "eíeватора возбуждения сс eg(IHe(I c вхо;Ом ОпорнОГО напряжения цифроаналогового преобразсвателл, ::.5ХОД КОТО-3O(О СОРДИНЕН (ВТОРЫМ ЯХОi" o:.! Оум;"!ятор8 В!(ходы ГР Hep я то(за т=. тс:-:ь!х !(м!1 "л";..ОOB сое инень! с: тор;;, ..Хсдо(!»фор::!!!3ователв., Вторы; входом -. :Хо,ОМ 3И(ЬР 0;30 ГО P e Иr "PЯ И!. .ЛИ ° Я ЦИЦ °
1437811
Г,, I Lf;
1, 1(i lll ll (!!!! !,.1 !!1,!
1 ill!!111!
1 !1! 11 lii (! (1il ii ll!
11 !!! 1
Т ГТ / +1 1 ц) у((! 1 !(ill! !!
1, 1 ll
I ll l1 l I ) ((, >», ( дХ
1! 1 !! (!
Составитель В.Шульгин
:Редактор Л.Пчелинская Техред Л.Сердюкова Корректор А,Обручар
Заказ 5890/46
Тираж 772
Подписное
БИЖПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
l(3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4.
