Измеритель магнитного поля

 

Изобретение относится к измерителям напряженности магнитного поля. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей измерителей магнитного поля за счет формирования выходных сигналов, пропорциональных прогнозируемому значению измеряемой величины. Устройство состоит изv магнитомодуляционного датчика 1 с обмотками компенсации, измерительной и автокомпенсационной, блока питания (возбуждения) 2, блока выделения полезного сигнала 3, накапливающего интегратора 4, блока интегрирования 5, многовходовых сумматоров 6 и 7. Блок интегрирования 5 состоит из отдельных интеграторов, соединенных последовательно в цепь, выходы которых соединены с соответствующими входами многовходовых сумматоров 6 и 7. Выход сумматора 7 является выходом устройства. В процессе взаимосвязанной работы блоков 1-6 происходит компенсация измеряемой величины сигналом сумматора 6. При этом на выходах блока формируются сигналы, пропорциональные измеряемой величине нее производным . По этим величинам многовходовый сумматор 7 восстанавливает прогнозируемое значение измеряемого магнитного поля. 1 ил. в (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИН щ) 5 G 01 R 33/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А STOPCNOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изоБРетениям и ОтнРытиям

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4478341/21 (22) 02.06.88 (46) 23.01 ° 91. Бюл, 11 3 (72) С.В.Черный и А.В.Хаэьмин (53) 621.317.44(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 789933, кл. G 01 R 33/02, 1980 ° (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ (57) Изобретение относится к иэмерителяи напржкенности магнитного поля.

Цель изобретения — расширение функциональнык возмоя ностей измерителей магнитного поля эа счет формирования выходных сигналов, пропорциональных прогнозируемому значению измеряемой величины. Устройство состоит иэ " магнитомодуляционного датчика 1 с обмотками компенсации, измерительной и автокомпенсационной, блока питания, SU„„1622 1 А 1

2 (возбуждения) 2, блока выделения полез ного сигнала 3, накапливающего интегратора 4, блока интегрирования

5, игоговходовых сумиаторов 6 и 7.

Блок интегрирования 5 состоит нз отдельных интеграторов, соединенных последовательно в цепь, выходы которых соединены с соответствуюпими входаии многовходовых сумматоров 6 и 7.

Выход сумматора 7 является в .ходом устройства. В процессе взаимосвязанной работы блоков 1-6 происходит компенсация измеряемой величины снгналои сумматора 6. При этом на выходах блока формируются сигналы, пропорциональные измеряемой величине н ее производньи. По этим величинам многовходовый сумматор 7 восстанавливает прогнозируемое значение измеряемого магнитного поля, 1 ил.! 622861 (2) + ° ° ° + КЬVÈ °

М 1 1 и 3 9

° ° ° + К 11 У 11 1 У

-- V V

dV1

dt (3) 35

d (1}

Ч Ч

dt u tl P

d (a} ч11 z dtz Vn Уи 1

Изобретение относится к измерению слабых магнитных полей и может быть использовано для прогнозирования их изменения.

Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей магнитометра путем обеспечения ïðîгноэирования изменения измеряемого магнитного поля.

На чертеже изображена структурная схема измерителя.

Измеритель для измерения магнитного поля и его производных содержит датчик 1 магнитного поля, блок 2 питания, блок 3 выделения полезного сигнала, накапливающий интегратор

4, блок 5 интегрирования и многовходовые сумматоры 6 и 7.Выход системы питания (возбуждения) датчика 1 магнитного поля соединен с входом блока 3 выделения полезного сигнала,вы-1 ход которого соединен с входом накапливающего интегратора 4, выход накапливающего интегратора 4 соединен с входом блока 5 интегрирования, а также с соответствующими входами каждого из многовходовых сумматоров

6 и 7. Блок интегрирования состоит из последовательно соединенных интеграторов, число которых равно числу учитываемых при прогнозировании производных. Выходы блока 5 интегрирования соединены с соответствующими входами миоговходового сумматора 6, выход которого соединен с автокомпенсационной обмоткой датчика 1 магнитного поля. Выходы блока 5 соединены с соответствующими входами сумматора 7, выход которого является выходом устройства.

Измеритель работает следующим образом.

Напряже»ность магнитного поля преобразуется датчиком 1 в электрический сигнал, из которого в блоке 3 выделения полезного сигнала выделяется составляющая, пропорциональная величине напряжен»ости измеряемого поля, В соответствии с фу»кантональной схемой устройства работа блоков 1-3 описывается соотноше»нем

К. — коэффициент передачи компенсационной катушки;

H(t) — напряженность измеряемого магнитного поля;

Н < — поле компенсации.

Выходное напряжение сумматора 6 описывается соотношением

1} — К}У1 + KzV + <эЧз +

Поле компенсации с учетом выражений (1) и (2) определяется как

20 где К, — коэффициенты передачи по входам сумматора 6;

У; — напряжения на входах блока 6.

В силу того, что интеграторы блока 5 соединены последовательно, производная по времени от выходного напряжения каждого последующего интИгра. тора равна выходному напряжению каж.дого предыдущего интегратора, т.е.

Ч; V; . Следовательно, в силу схемы соединения блоков 4-6 справедливо соотношение Ч 1}

4 .

1 где U - выходное напряжение блока 4.

Для интегратора 4 справедливо

1

40 (0) 1! 11. (4)

dt

Выражая выходные напряжения всех интеграторов блоков 5 и 4 через Ч„ (напряжение последнего. интегратора блока 5), исходя из соотношений (3), 45 получаем

55 где

U> = к(н() — н,);

Н„КЧ ц — выходное напряжение блока 3

1 1 выходное напряжение блока 6; д 11-1 (1l-1}

Ч - — — V

2 dt 11-1 И в i

Ч V

d (n}

4,} 11 11 11 ..

5 162286

Выражая выходное напряжение блока 3 через Ч, путем подстановки в выражение (1) величины U и выражая

U> через производные от сигнала Ч„, получаем

U>KH(t) -КК„КЧ, +КЧ, + (n) (h ()

И

Выражая Оэчереэ U4 с учетом соотношения (4), получаем

u - кн(r.) — кк„(к,ч„+ к,v„ (n) (n <) 15 (i) + "+Kh.," +КVn) (5) Выражая U4÷åðåç Vh с учетои соотношений (3), получаем

Применяя к уравнению (6) поеобра25 эование Лапласа при нулевых начальных условиях, имеем

)) п

Б Ч (Я) КН($) — KK„(K, S

+K,S" +K,S" + ° "+ 30

+ Kz, S + K„7VS(S) где S — - оператор дифференцирования.

Выражая Чв($) через Н($), получаем 35 х Н($) - W(S)H(S) °

45

dпч (n-s)

50 Ча Я) Н(г) Н (t); и к

Ч„(s) Ы($) H($) (s) = sw(s) н($).

1 d (n) - — — — — — н() - н () кк

h К (7) 55

С учетом этих выражений соотношение (8) принимает вид ч „(s) - s w(s) H(s);

Ч ($) Бчъ 1 W(S) H(S) и

V ($) S W(S) H(S) KH(t) — KK< (K V + К Ч „" + (h+e) (п) (i) + ... + к„, ч „+ KÄvÄ7 . (6) К

V (S) ------------иh $ +Ккк(К, $" +К $" + °,;+K„J

Учитывая описанную выше взаимосвязь Ч, н Ч,„ и выражая Ч; (S) через

Н($), получаем

К

w($)

$лбs +KK rK SÌ+К Sn.1+ +К 3 >

К 1 2 )S

1 6

Из системы уравнений (7) следует, )что измеритель представляет собрй динамическую систему, устойчивость которой обеспечивается выбором чисЛен- 1 ных значений величин КК„, K — Хя.

Укаэанные величины определяют также вид амплитудно-частотной характеристики устройсгва. В пределах диапазона частот, где амплитудно-частотная характеристика предполагаемого устройства, определяемая передаточной функцией W(S) меняется незначительно, а его фазочастотная характеристика близка к нулю, запаздыванием, которое вносится при обработке входного сигнала, можно пренебречь.

Поэтому в этом диапазоне частот выходное напряжение последнего интегратора блока 5 пропорционально входному сигналу Н. Выходные напряжения предыдущих интеграторов в этом случае пропорциональны проиэводныи от

Н пр времени.

Для прогнозирования величины Н используется следующее соотношение

Сп-(Ч Со 1ч

ht

С, - (8)

1 представляющее собой ряд Тейлора для величины H(t + P с) и реализуемое многовходовыи сумиатором 7.

Если выразить Ч; через H(t) при упомянутом выше условии пренебрежения инерциональностью измерителя, то

U„— — H(t); как к

d (ч) Ч -- — — — Н(с) Н (t) КК dt

П К э

1 Г (1 ()t

U — -- Н(с) + Н вЂ” —, + в к 1.,) 1622861

1г)Дс (ni Дс 1

---1с

2! и

H(t + Дс)

----- †-- °

Кп Кк

Таким образом, выходной сигнал сумматора (7) с определенной точностью воспроизводит прогнозируемое значение H(t + Дс) измеряемой величины H(t).

Измеритель магнитного поля, содержащий последовательно соединенные датчик магнитного поля с автокомпенсационной обмоткой, блок выделения полезного сигнала и накапливающий

Составитель В.Величкин

РедактоР Н.ЛазаРенко ТехРед п.0лийц ц< Корректор Л.Бескид

Заказ 110 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101

Формула изобретения

15 интегратор, отличающийся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей путем обеспечения прогнозирования измене-. ния измеряемого магнитного поля, дополнительно введены блок интегрирования и два многовходоиах сумматора, причем выходы блока интегрирования соединены с соответствующими входами кагкдого из многовхоцовых сум-,— маторов, выход накапливающего интегратора соединен с входом блока интегрирования и соответствующим входом каждого из многовходовых сумматоров, выход одного нз многовходовых

1 сумматоров соединен с автокомгенсационной обмоткой датчика магнитного поля, а выход другого соединен с выходом измерителя.