Способ измерения напряженности магнитного поля и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к магнитным измерениям с помощью магнитомодуляционных приборов и может быть использовано в простых измерителях средней точности. Цель изобретения - повышение точности измерения напряженности магнитного поля и уменьшение энергопотребления. Способ заключается в возбуждении обмотки феррозонда периодически изменяющимся током, форма импульса которого имеет короткий передний и затянутый задний фронты, выделении полезного сигнала из выходного сигнала феррозонда, ограничениеего поам/ плитуде и интегрировании. Устройство для осуществления способа содержит последовательно соединенные первый резистор 5, усилитель 4, первый конденсатор 7, феррозонд 8, фильтр 9 высокой частоты, амплитудный ограничитель 12, интегратор 16 и индикатор 21, а также второй резистор 3, подключенный между выходом усилителя и его вторым входом, третий резистор 6, подключенный между выходом усилителя и его первым входом, второй конденсатор 2, подключенный между вторым входом усилителя и свободным выводом первого резистора 5, и резистор 20 обратной связи, подключенный между выходом интегратора и вторым входом феррозонда. Благодаря предложенной совокупности признаков уменьшается влияние флуктуации параметров петли гистерезиса сердечника феррозонда, длительности фронтов импульсов и их амплитуды, а также величины порогов амплитудного ограничителя на точность измерений до 40% по сравнению с прототипом, при этом энергопотребление уменьшается в 2 раза. 2 с. п. ф-лы. 2 ил. 20 (S С vi VI ел о О со Фиг. 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sIis G 01 R 33/02

ГОСУДАРСТВЕ HHblй КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (У

С:

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4730667/21 (22) 15,08.89 (46) 15.11,92. Бюл. ¹ 42 (71) Свердловский научно-исследовательский технологический институт Научно-производственного объединения "Корпус" (72) А. Г. Цыпуштанов (56) Афанасьев Ю. В. Феррозонды, Л,: Энергия, 1969, с, 115. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к магнитным измерениям с помощью магнитомодуляционных приборов и может быть использовано в простых измерителях средней точности.

Цель изобретения — повышение точности измерения напряженности магнитного поля и уменьшение энергопотребления. Способ заключается в возбуждении обмотки феррозонда периодически изменяющимся током, форма импульса которого имеет короткий передний и затянутый задний фронты, выделении полезного сигнала из выходного сигнала феррозонда, ограничение его по ам. Ы, 17?5693 А1 плитуде и интегрировании. Устройство для осуществления способа содержит последовательно соединенные первый резистор 5, усилитель 4, первый конденсатор 7, феррозонд 8, фильтр 9 высокой частоты. амплитудный ограничитель 12, интегратор 16 и индикатор 21, а также второй резистор 3, подключенный между выходом усилителя и его вторым входом, третий резистор 6, подключенный между выходом усилителя и его первым входом, второй конденсатор 2, подключенный между вторым входом усилителя и свободным выводом первого резистора

5, и резистор 20 обратной связи. подключенный между выходом интегратора и вторым входом феррозонда. Благодаря предложенной совокупности признаков уменьшается влияние флуктуаций параметров петли гистерезиса сердечника ферроэонда, длительности фронтов импульсов и их амплитуды, а также величины порогов амплитудного ограничителя на точность измерений до 40% по сравнению с прототипом, при этом энергопотребление уменьшается в 2 раза. 2 с. и, ф-лы. 2 ил. _#_

1775693

Изобретение относится к магнитным измерениям с помогцыо магнитомодуляционных приборов и может быть использовано в простых измерителях средней

ТОЧ НОСТИ.

Цель изобретения — повышение точности измерения напряженности магнитного поля и уменьшение энергопотребления.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства для осуществления способа; нв фиг. 2 изображена петля гистереэиса сердечника феррозонда, 26 — изменение индукции сердечника во времени, 2в — зависимость поля возбуждения от времени, 2г— зависимость напряжения после амплитудного ограничения от времени.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Периодически изменяющееся магнитное поле, созданное током протекающим через обмотку феррозонда и имеющим форму раэнополярных импульсов с коротким передним и затянутым задним фронтом (см. фиг. 2в) перемагничивает сердечник феррозонда по предельной петле гистерезиса(см. фиг. 2а). В течение времени t1 — t3 внешне измеряемое поле Hp =-О, в интервале времени t3- t5 внешнее поле не равно нулю(Ho О).

В обьеме сердечника феррозонда внешнее поле суммируется с полем, созданным током возбуждения в обмотке феррозонда.

В интервале времени t1 — t3 сердечник

"феррозонда Перемагничивается последовательно по участкам петли гистерезиса (см, фиг, 2а) в следующей последовательности 4 — 6 — 1 — 2. а индукция "В" изменяется в соответствии с фиг. 26. В результате изменения индукции "В" в обмотке феррозонда появляется ЭДС. которая после частотной фильтрации имеет вид, показанный на фиг.

2г.

Как видно из фиг. 2 в момент времени t1 (короткий передний фронт) сердечник феррозонда перемагничивается по участку петли гистереэиса 2- 4 (фиг. 2а) в течение очень короткого времени (порядка микросекунды), Это соответствует быстрому изменению индукции "В" (фиг. 26). Сигнал с обмотки после частотной фильтрации имеет форму импульса "а", с малой длительностью (порядка микросекунды) и большой амплитудой (см: фиг. 2г). Далее в интервале времени t1 — т2. происходит перемагничивание сердечника ферроэонда по участку петли гистерезиса 4 — б затянутым задним фронтом. Это соответствует изменению индукции, показанному на фиг. 26. временной интервал t1 — tz. Сигнал с обмотки ферроэонда имеет форму импульса "6" с малой амплитудой и большой длительностью (порядка

55 десятка микросекунд) (см. фиг. 2, интервал

t1 - т2).

Сигналы "в", "г" с обмотки феррозонда после частотной фильтрации в интервале tz — t4 аналогичным импульсом в интервале t1 — tz. но имеет другую полярность, После амплитудного ограничения (уровни И1 и И2 на фиг, 2г) проводится интегрирование сигнала. Интеграл за период t1 — t4 будет равен нулю, так как площади импульсов "а", "6", "в", "г" равны. а импульсы "а", "г" и "б", "в" разнополярны. Таким образом. нулевому внешнему полю Hp = 0 соответствует нулевой уровень на выходе интегратора. После появления внешнего поля Hp "0 в момент времени t3 сердечника феррозонда будет перемагничиваться по участку 3 — 4 — 5 — 1 в интервале времени t4 — ts. В момент времени t4 сердечник феррозонда перемагничивается по участку петли гистерезиса 3 — 4.

Поскольку этот участок характеризуется меньшим изменением индукции по сравнению с участком 2 — 4, то импульс "д" в момент времени (см. фиг. 2г) будет меньше по амплитуде импульса "а", а длительность его практически не изменяется.

При перемагничивании сердечника ферроэонда по участку 4 — 5 в интервале времени t4 — ts на выходе фильтра высокой частоты сформируется импульс "е" (см. фиг, 2г) характеризующийся малой амплитудой по сравнению с импульсами "б", "г", В момент времени ts сердечник перемагничивается по участку петли гистерезиса 5, 1, соответствующий большему изменению индукции по сравнению с участком 6 — 1.. В результате на выходе фильтра высокой частоты формируется импульс "3", имеющий большую амплитуду по сравнению с импульсами "а", "в".

При перемагничивании сердечника феррозонда 1-3 на выходе фильтра высокой частоты появляется импульс "ж", имеющий большую амплитуду по сравнению с импульсами "б", "г". После амплитудного ограничения по уровням 01, U2 (см. фиг. 2г), и последующего интегрирования на выходе интегратора появится напряжение, не равное нулю и пропорциональное внешнему полю Но, что позволяет.использовать его для измерения напряженности внешнего магнитного поля.

Изменение параметров петли гистереэиса сердечника ферроэонда, длительностей фронтов импульсов и их амплитуды не влияют на выходной сигнал, так как эти изменения приводят к симметричному изменению импульсов (см, фиг. 2г) обоих полярностей. Изменение порогов 01 и U2 также не приводит к изменению выходного сигнала, так как поро и выбраны таким образом, что импуль1775693

20

30

45

50 сы "б", "г", "е", "ж", проходят через амплитудный ограничитель без изменений, а изменение уровней ограничений "а", "в", "д", "э" не приводит практически к ошибке, так как длительность этих импульсов в 50 — 100 раз короче.

Устройство для осуществления способа в соответствии с фиг. 1 содержит генератор возбуждения 1, предназначенный для генерации тока возбуждения и состоящий из операционного усилителя 4 типа К157УД1, резисторов 3, 5, 6 и конденсаторов 2, 7 который подключен к одноэлементному феррозонду 8. Фильтр 9 высокой частоты, предназначенный для частотной фильтрации выходного напряжения ферроэонда и выполняется на конденсаторе 10 и резисторе

11, выход которого подключен к амплитудному ограничителю 12, предназначенному для ограничения по амплитуде импульсов с выхода ФВЧ 9 и состоящему из резистора 13 и кремниевых диодов 14, 15, который подсоединен к интегратору 16, предназначенному для интегрирования сигнала с выхода амплитудного ограничителя 12 и выполненному на резисторе 17, конденсатора 18 и операционном усилителе 19 типа К157УД1, а выход интегратора 16 подключен к индикатору

21, предназначенному для индикации показаний устройства и резистору обратной связи 20, через который вводится ток компенсации в обмотку феррозонда.

Генератор возбуждения 1 вырабатывает ток в виде периодических разнополярных импульсов с коротким передним и затянутым задним фронтом, который протекая через обмотку феррозонда 8, перемагничивает era сеолечник. Сигнал с феррозонда поступает на ФВЧ 9 и далее на амплитудный ограничитель 12. В качестве диодов 14, 15 используются кремниевые диоды. Сигнал с выхода амплитудного ограничителя поступает на интегратор 16, выход которого соединен с резистором обратной связи 20, через который и вводится ток компенсации в обмотку феррозонда 8 таким образом, чтобы скомпенсировать внешнее магнитное поле в обьеме феррозонда. При зтам напряжение на входе интегратора 16 близко к нулю. Напряжение на выходе интегратора 16, пропорционально току, протекаемому через резистор обратной связи 20, поступает на блок индикации 21.

Параметры конденсатора 7 выбираются таким образом, чтобы длительность переднего фронта импульса возбуждения была короче в 50 — 100 раз длительности заднего (затянутого) фронта.

Использование изобретения позволит получить высокую точность измерения (0,37) и низкое энергопотребление (на возбуждение расходуется 5 от общей энергии потребления).

Формула изобретения

1. Способ измерения напряженности магнитного поля, включающий возбуждение обмотки феррозонда периодически изменяющимся током, выделение полезного сигнала, его ограничение и интегрирование, отличающийся тем, что. с целью повышения точности измерения и уменьшения энергопотребления, ток возбуждения формируют в виде импульса с коротким передним и затянутым задним фронтом, а ограничение полезного сигнала осуществляют сверху.

2. Устройство для измерения напряженности магнитного поля, содержащее последовательно соединенные генератор возбуждения и феррозонд, а также последовательно соединенные нелинейный элемент, интегратор и индикатор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и уменьшения энергопотребления, в него введены фильтр высокой частоты и резистор обратной связи, подключенный между выходом интегратора и вторым входом феррозонда, выход которого через фильтр высокой частоты подключен к входу нелинейного элемента, при этом нелинейный элемент выполнен в виде амплитудного ограничителя, а генера1ар возбуждения выполнен в виде последовательно соединенных первого резистора, усилителя и первого конденсатора, а также второго, третьего резисторов и в1орого конденсатора, подключенного между свободным выводом первого резистора и вторым входом усилителя, выход которого через второй резистор подключен к второму, а через третий резистор — к первому вхолам усилителя.

1? 75693

Составитель Г.Клитотехнис

Техред М.Моргентал - Корректор Н.Король

Редактор Т.Иванова

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4033 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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