Устройство для сканирования магнитных полей

 

Изобретение относится к области магнитных измерений с помощью феррозондовых приборов и может быть использовано в измерительной технике и неразрушающем контроле магнитными методами. Цель изобретения - снижение порога чувствительности . Устройство содержит последовательно соединенные матрицу 1 чувствительных элементов, включающую N феррозондов, мультиплексор 2, полосовой усилитель 3, квадратурный детектор 4. дифференциальный усилитель 5, аналого-цифровой преобразователь 6, электронную вычислительную машину 7, первый регистр 8 и цифроаналоговый преобразователь 9, последовательно соединенные второй регистр 10, аттенюатор 11, усилитель 12 мощности и демультиплексор 13, а также генератор 14 возбуждения и счетчик 15. Первый выход генератора 14 подключен к опорному входу детектора 4, а второй выход - к сигнальному входу аттенюатора 11. Вход регистра 10 подключен ко второму выходу ЭВМ 7, третий выход которой подключен ко входу счетчика 15, выход которого подключен к адресным входам мультиплексора 2 и демультиплексора 13, выходы которого подключены ко входам возбуждения соответствующих феррозондов матрицы 1. Выход ЦАП 9 подключен ко второму входу дифференциального усилителя 5. Предлагаемая совокупность признаков обеспечивает снижение порога чувствительности при измерении распределения магнитного поля на поверхности контролируемого образца приблизительно на порядок по сравнению с прототипом. 1 ил л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s G 01 R 33/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4768484/21 (22) 1 1, 12. 89 (46) 15.09.92. Бюл. М 34 (71) Курский политехнический инститчт (72) Д.M.Àëåêñàíäðoâ, В,Г,Букреев, С.А.Филист и В.А.Лепешкин (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1330539, кл. G 01 N 27/90, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКАНИРОВАНИЯ

МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ (57) Изобретение относится к области магнитных измерений с помощью феррозондовых приборов и может быть использовано в измерительной технике и неразрушающем контроле магнитными методами. Цель изобретения — снижение порога чувствительности. Устройство содержит последовательно соединенные матрицу 1 чувствительных элементов, включающую N феррозондов, мультиплексор 2, полосовой усилитель 3, квадратурный детектор 4, дифференциальный усилитель 5, аналого-цифровой преобразователь 6, электронную вычислительную

Изобретение относится к области магнитных измерений с помощью феррозондовых приборов и может быть использовано в измерительной технике и неразрушающем контроле магнитными методами, Цель изобретения — снижение порога чувствительности.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные матрицу 1 чувствительных элементов. включающую N феррозондов, мультиплексор 2. полосовой усилитель 3. деБЫ 1762282 А1 машину 7, первый регистр 8 и цифроаналоговый преобразователь 9, последовательно соединенные второй регистр 10, аттенюатор 11, усил1тель 12 мощности и демультиплексор 13, а также генератор 14 возбуждения и счетчик 15. Первый выход генератора 14 подключен к опорному входу детектора 4, а второй выход — к сигнальному входу аттенюатора 11. Вход регистра 10 подключен ко второму выходу ЭВМ 7, третий выход которой подключен ко входу счетчика 15, выход которого подключен к адресным входам мультиплексора 2 и демультиплексора 13, выходы которого подключены ко входам возбуждения соответствующих феррозондов матрицы . Выход ЦАП 9 подключен ко второму входу дифференциального усилителя 5. Предлагаемая совокупность признаков обеспечивает снижение порога чувствительности при измерении распределения магнитного поля на поверхности контролируемого образца приблизительно на порядок по сравнению с прототипом. 1 ил. тектор 4, дифференциальный усилитель 5, аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

6, электронную вычислительную машину (ЭВМ) 7, первый регистр 8 и цифроаналоговый преобразователь .(ЦАП) 9. выход которого соединен со вторым входом дифференциального усилителя 5, последовательно соединенные второй регистр 10. вход которого подключен к магистрали ЭВМ

6. аттенюатор 11 усилитель 12 мощности и демультиплексор 13, N выходов которого подключены к соответствующим входам матрицы 1 чувствительных элементов. гене1762282 ратор 14 возбуждения, первый выход которого подключен ко второму входу детектора

4, а второй выход — ко второму входу аттенюатора 11, и счетчик 15, вход которого подключен к магистрали ЭВМ 7, а выход — к адресным входам мультиплексора 2 и демультиплексора 13.

Работа устройства начинается с аддитивной коррекции неидентичности элементов матрицы чувствительных элементов.

Цель такой коррекции — сформировать в

ОЗУ ЭВМ 7 N-мерный массив А, элементы которого а формировали бы на выходе ЦАП

9 такое напряжение, при котором напряжение на выходе АЦП 6 было бы равно нулю (минимально по модулю) при отсутствии магнитного поля в зоне матрицы чувствительныхэлементов, Вначале ЭВМ 7подключает выход первого феррозонда — матрицы

1 через мультиплексор 2 к измерительному тракту, а его вход возбуждения — к выходу усилителя 12 через демультиплексор 13 (при этом счетчик 19 установлен в нуль, т.е, в исходное состояние).

Измерительный тракт включает полосовой усилитель 3, настроенный на вторую гармонику частоты возбуждающего напряжения, поступающего с первого выхода генератора 14 возбуждения, квадратурный детектор 4 и дифференциальный усилитель

5. Детектор 4 выполнен квадратурным, а в качестве опорных используются два напряжения удвоенной частоты, сдвинутых но фазе на четверть периода тока возбуждения, вырабатываемого генератором 14 возбуждения.

Демультиплексор 13 переключается синхронно с мультиплексором 16 и служит для коммутации обмоток возбуждения чувствительных элементов 1-1 — 1-N, После установки в нуль счетчика 15

ЭВМ 7 заносит в регистр 10 код. соответствующий коэффициенту ослабления аттенюатора 11, равному единице, при этом возбуждающее напряжение основной частоты поступает со второго выхода генератора 14 на усилитель 12 и после усиления — на обмотку возбуждения элемента 1-1. и реализует задержку, величина которой зависит от частоты возбуждения элементов 1-1 — 1-N матрицы 1 и при использовании элементов на пермаллоевых сердечниках (частота возбуждения 10 — 20 кГц) составляет, в среднем

0,5 мс, а затем подает на АЦП 6 импульс

"запуск" и ждет от него ответного сигнала

"конец преобразования", Получив ответный сигнал, ЭВМ 7 анализирует код, соответствующий входному напряжению АЦП 5, и если он не удовлетворяет критерию минимума, то в регистр 8 инкрементируется еди50 однако при этом синхронно с переключени

55 ем феррозондов матрицы 1 ЭВМ 7 заноси-, в регистр 8 соответствующие коды из мас

45 ница и процесс, описанный выше, повторяется. Если код соответствует критерию минимума, то полученный код регистра 8 заносится в массив А ОЗУ Э ВМ 7, а соответствующий ему код на выходе АЦП 6 заносится в массив ЛОЗУ ЭВМ 7. После этого ЭВМ

7 последовательно увеличивает содержимое счетчика 15, подключая остальные элементы матрицы 7 ко входу измерительного тракта и производя описанные выше действия, После формирования массивов А и Л процесс аддитивной коррекции заканчивают и начинают процесс мультипликативной коррекции. При этом чувствительные элементы матрицы 1 вносят в образцовое однородное магнитное поле и производят последовательный опрос чувствительных элементов матрицы 1 при синхронной записи в регистр 8 кодов, хранящихся в массиве

А, Таким образом формируют N-мерный массив отсчетов U, получаемый посредством считывания кодов с выхода АЦП 6. Затем, не меняя образцового магнитного поля, устанавливают коэффициент ослабления аттенюатора 11 равным 1,1. При синусоидальной форме волны возбуждения коэффициенты преобразования феррозондов связаны линейной зависимостью с величиной напряженности возбуждающего поля.

Изменив коэффициент ослабления аттенюатора 11 таким образом, чтобы напряженность магнитного поля возбуждения уменьшилась в 1,1 раза, повторяют вышеописанные действия, в результате чего получают в ОЗУ ЭВМ 7 N-мерный массив U .

После этого ЭВМ 7 вычисляет соответствующие коэффициенты g ослабления аттеню. атора 11 для каждого феррозонда пс формуле

9; =1,1(U" -д;)/(U; - д;), где р — i-й элемент массива G; 0 * — i-й элемент массива U*; Ui — i-й элемент массива U; 4 — i-й элемент массива Л, и разме щает их в N-мерный массив G.

Формированием массива G заканчива ется процесс мультипликативной коррек ции и устройство готово к проведеник измерений параметров магнитного поля т.е, к рабочему режиму, B рабочем режим процесс переключения элементов матриць

1 происходит аналогично другим режимам сива А, а в регистр 10 — соответствующи коды из массива G. В результате получаю1 массив отсчетов В, несущий информацик

17б2282

4 1

Составитель Г.Клитотехнис

Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Редактор

Заказ 3259 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 об измеряемой характеристике магнитного поля, Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет реализовать мультипликативный способ компенсации неидентичности элементов матрицы 1 и позволяет отстроиться от влияния чувствительных элементов матрицы 1 друг на друга, что позволяет достичь низкой пороговой чувствительности устройства.

Формула изобретения

Устройство для сканирования магнитных полей, содержащее счетчик и последовательно соединенные матрицу чувствительных элементов, мультиплексор, полосовой усилитель, детектор, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, электронную вычислительную машину, первый регистр и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к второму входу дифференциального усилителя, причем вход счетчика подключен к второму выходу электрснной вычислительной машины, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью снижения порога

5 чувствительности, в него введены последовательно соединенные второй регистр, аттенюатор, усилитель мощности и демультиплексор, а также генератор возбуждения, при этом чувствительные элементы в матри10 це выполнены в виде феррозондов, а детектор выполнен квадратурным, выход счетчика подключен к адресным входам мультиплексора и демультиплексора, выходы которого подключены к соответствую15 щим входам возбуждения феррозондов, опорных вход детектора подключен к первому выходу генератора возбуждения, второй выход которого подключен к второму входу аттенюатора, а вход второго регистра под20 ключен к третьему выходу электронной вычислительной машины.