Феррозондовый магнитометр

 

Изобретение относится к области магнитных измерений, в частности к феррозондовым портативным магнитометрам. Предложенный феррозондовый магнитометр содержит три феррозонда с взаимно ортогональными магнитными осями и последовательно соединенными выходными обмотками и обмотками возбуждения, соединенными с соответствующими выходами коммутируемого блока возбуждения, последовательно соединенные усилительно-преобразовательный блок, подключенный к выходной обмотке первого феррозонда, первое пороговое устройство и элемент ИЛИ, последовательно соединенные интегратор, вход управления которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а третий - с выходом инвертора, и второе пороговое устройство, регистрирующий блок, блок управления, генератор, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входом управления усилительно-преобразовательного блока, частотным входом коммутируемого блока возбуждения и входом управления (синхронизации) блока управления, с первого по четвертый выходы которого соединены соответственно с первым по четвертый входами управления коммутируемого блока возбуждения, интегрирующий блок с линейными и квадратичным выходами, частотный вход которого соединен с четвертым выходом генератора, первый линейный выход - с вторым входом первого порогового устройства и с входом интегратора, второй - с информационным входом регистрирующего блока, квадратичный выход соединен с вторым входом второго порогового устройства, а первый и второй входы управления - соответственно с пятым и четвертым выходами блока управления, первый и пятый - через инвертор, выходы которого соединены соответственно с входами элемента И, выход которого соединен с входом обнуления интегратора, блок задания режима и логическое устройство, первый вход которого соединен с выходом второго порогового устройства, одиннадцатый, восьмой, пятый и второй входы соединены соответственно с первым по четвертый выходами блока управления, двенадцатый, девятый, шестой и третий входы соединены соответственно с первым по четвертый выходами блока задания режима, четвертый, седьмой и десятый входы - с выходом первого порогового устройства, а выход - с входом управления регистрирующего блока. В данном устройстве осуществляется измерение компонент и модуля вектора индукции магнитного поля с помощью измерительного канала, работающего в мультиплексном режиме, создаваемом последовательным переключением токов в обмотки возбуждения феррозондов. Малые аппаратурные затраты, малая потребляемая мощность и широкие функциональные возможности, что является техническим результатом, обеспечивают применение данного устройства для построения автономных магнитометров, используемых в навигационном, геофизическом и исследовательском оборудовании. 4 ил.

Изобретение относится к области магнитных измерений, в частности к портативным магнитоизмерительным приборам, предназначенным для измерений компонент и полного вектора индукции магнитного поля Земли.

Известно устройство для измерения вектора магнитной индукции (А.С. N 760002 по заявке N 2625147/18-21 от 08.06.78, М. Кл³ G 01 R 33/02), содержащее компонентные магнитометры с ортогонально ориентированными магнитными зондами, цифровой интегратор с линейным и квадратичным выходами, сумматор, преобразователь код - напряжение, регистрирующий прибор, генератор тактовых импульсов, компараторы напряжения по числу компонентных магнитометров, блок сравнения кодов и регистры.

В данном устройстве в процессе сравнения выходных напряжений компонентных магнитометров с линейно изменяемым напряжением преобразователя код-напряжение, подключенного к линейному выходу цифрового интегратора, формируются значения измеряемых компонент и модуля вектора индукции магнитного поля.

Недостатком данного устройства являются сложность, требующая больших аппаратурных затрат, и большая потребляемая мощность, обусловленная одновременным потреблением всех трех компонентных магнитометров и сложным электронным устройством.

Известно также устройство для измерения модуля вектора магнитной индукции (А. С. N 789944 по заявке N 2726724/18-21 от 19.02.79, М. Кл³ G 01 R 33/02), содержащее компонентные магнитометры с ортогонально ориентированными магнитными зондами, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и интегрирующий блок с линейным и квадратичным выходами, компараторы напряжения, подключенные к выходам компонентных магнитометров и линейному выходу интегрирующего блока, элементы памяти, входы которых подключены к квадратичному выходу интегрирующего блока, входы управления - к выходам соответствующих первых трех компараторов напряжения, а выходы через аналоговый сумматор подключены к четвертому компаратору напряжения, второй вход которого соединен с квадратичным выходом интегрирующего блока, а выход - с входом управления регистра, информационный вход которого соединен с линейным выходом интегрирующего блока, причем интегрирующий блок содержит последовательно соединенные счетчик импульсов, подключенный к выходу генератора, и первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), второй ЦАП (множительный), аналоговый вход которого соединен с выходом первого ЦАП, а цифровые входы подключены к выходам счетчика импульсов, являющиеся первым линейным (цифровым) выходом, выход первого ЦАП - вторым линейным (аналоговым) выходом, а выход второго ЦАП - квадратичным (аналоговым) выходом интегрирующего блока.

Устройство работает следующим образом.

В результате счета выходных импульсов генератора в интегрирующем блоке формируются линейно нарастающие и квадратичный сигналы, циклически повторяемые в процессе работы устройства. В моменты равенства выходных напряжений компонентных магнитометров с линейно нарастающим напряжением интегрирующего блока по сигналам компараторов производится запоминание квадрата мгновенного значения напряжения в соответствующем элементе памяти, затем эти значения суммируются в аналоговом сумматоре и сравниваются в дополнительном компараторе с квадратично нарастающим напряжением интегрирующего блока. В момент равенства этих напряжений по сигналу дополнительного компаратора производится запись в регистрирующий блок значения кода, формируемого на выходе счетчика интегрирующего блока. Это значение равно квадратному корню из суммы квадратов трех ортогональных составляющих (компонент) вектора магнитной индукции, т. е. модулю вектора магнитной индукции. В регистрирующем блоке осуществляется регистрация модуля вектора магнитной индукции.

Применение указанной структуры интегрирующего блока в данном устройстве позволяет заметное упрощение схемы по сравнению с предыдущим аналогом.

Недостатками данного устройства являются большие аппаратурные затраты, обусловленные количеством измерительных каналов магнитометра, и большая потребляемая мощность, вызванная одновременным потреблением токов в цепях возбуждения феррозондов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому и выбранное в качестве прототипа является феррозондовый магнитометр (А.С. N 1755219, МКИ⁵ G 01 R 33/02 по заявке N 4/28238/21 от 21.03.90. Феррозондовый магнитометр), содержащий три феррозонда с взаимно ортогональными магнитными осями, состоящие каждый из сердечника, обмотки возбуждения, соединенной с соответствующими выходами коммутируемого блока возбуждения и выходной обмотки, усилительно-преобразовательный блок, вход и выход обратной связи которого подключены к входному зажиму выходной обмотки первого феррозонда, выходной зажим которой соединен с входным зажимом выходной обмотки второго феррозонда, выходной зажим которой соединен с входным зажимом выходной обмотки третьего феррозонда, выходной зажим которой подключен к общему проводу, регистрирующий блок, блок управления и генератор, первый выход которого соединен с входом управления усилительно-преобразовательного блока, второй - с частотным входом коммутируемого блока возбуждения, а третий - с входом управления (синхронизации) блока управления, с первого по третий выходы управления которого соединены соответственно с первым по третий входами управления коммутируемого блока возбуждения, а выход сигнала признака окончания переходного процесса - с входом управления регистрирующего блока, информационный вход которого соединен с выходом усилительно-преобразовательного блока.

Устройство работает следующим образом.

Генератор вырабатывает на втором выходе напряжение частотой, равной частоте возбуждения феррозондов, которое через коммутируемый блок возбуждения поступает поочередно в обмотки возбуждения соответствующих феррозондов. Переключение обмоток возбуждения и формирование сигналов возбуждения осуществляются коммутируемым блоком возбуждения, управляемого блоком управления. Последовательность возбуждения феррозондов определяется последовательностью появления сигналов на соответствующих выходах блока управления.

Измеряемая индукция магнитного поля, воздействуя одновременно на три феррозонда, вызывает появление напряжения полезного сигнала второй гармоники на выходной обмотке того феррозонда, на обмотку возбуждения которого в данное время подано напряжение. Поскольку выходные обмотки феррозондов включены последовательно, на вход усилительно-преобразовательного блока в данное время поступает напряжение полезного сигнала второй гармоники, амплитуда которого определяется составляющей вектора индукции магнитного поля, измеряемой соответствующим феррозондом. В усилительно-преобразовательном блоке напряжение усиливается на переменном токе, детектируется, усиливается на постоянном токе, а затем подается на выход усилительно-преобразовательного блока и выход обратной связи, создавая ток обратной связи в выходных обмотках феррозондов. С выхода усилительно-преобразовательного блока напряжение, пропорциональное соответствующей составляющей вектора индукции магнитного поля, поступает в регистрирующий блок. С помощью обратной связи в возбужденном в данный момент феррозонде создается магнитное поле, компенсирующее соответствующую составляющую измеряемого магнитного поля.

Управление фазочувствительным демодулятором усилительно-преобразовательного блока осуществляется импульсами напряжения, подаваемого с первого выхода генератора на вход управления усилительно-преобразовательного блока, а с помощью импульсов напряжения, подаваемого с третьего выхода генератора на вход управления блока управления, осуществляется синхронизация работы последнего и коммутируемого блока возбуждения.

После окончания переходного процесса, вызванного переключением обмоток возбуждения и воздействием внешнего поля на феррозонды, регистрирующий блок по выходному сигналу (признака окончания переходного процесса) блока управления фиксирует установившиеся значения напряжения на выходе усилительно-преобразовательного блока, пропорциональные соответствующим составляющим измеряемого поля.

Мультиплексный режим работы измерительного канала и цепей возбуждения феррозондов обеспечивает простоту схемной реализации устройства и малую потребляемую мощность.

Недостатком данного устройства является низкая функциональная возможность, обусловленная отсутствием измерения модуля вектора индукции магнитного поля, а также отсутствие возможности формирования цифровых кодов составляющих вектора индукции магнитного поля.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого технического решения, является расширение функциональных возможностей феррозондового магнитометра, т.е. обеспечение выполнения операции формирования цифровых кодов модуля и компонент вектора индукции магнитного поля при малых дополнительных аппаратурных затратах.

Указанный результат достигается тем, что в феррозондовый магнитометр, содержащий три феррозонда с взаимно ортогональными магнитными осями, состоящие каждый из сердечника, обмотки возбуждения, соединенной с соответствующими выходами коммутируемого блока возбуждения и выходной обмотки, усилительно-преобразовательный блок, его вход и выход обратной связи подключены к входному зажиму выходной обмотки первого феррозонда, выходной зажим которой соединен с входным зажимом выходной обмотки второго феррозонда, выходной зажим которой соединен с входным зажимом выходной обмотки третьего феррозонда, выходной зажим которой подключен к общему проводу, регистрирующий блок, блок управления и генератор, первый выход которого соединен с входом управления усилительно-преобразовательного блока, второй - с частотным входом коммутируемого блока возбуждения, а третий - с входом управления блока управления, с первого по третий выходы управления которого соединены соответственно с первым по третий входами упражнения коммутируемого блока возбуждения, и имеющий также выход сигнала признака окончания переходного процесса, дополнительно введены подключенное к выходу усилительно-преобразовательного блока первое пороговое устройство, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с четвертым выходом управления блока управления и четвертым входом управления коммутируемого блока возбуждения, последовательно соединенные интегратор и второе пороговое устройство, интегрирующий блок с линейными и квадратичным выходами, частотный вход которого соединен с четвертым выходом генератора, первый линейный выход соединен с вторым входом первого порогового устройства и с входом интегратора, второй (цифровой) линейный выход соединен с информационным входом регистрирующего блока, квадратичный выход соединен со вторым входом второго порогового устройства, а первый и второй входы управления соединены соответственно с пятым и четвертым выходами блока управления, первый выход которою подключен к первому входу элемента И, а пятый через инвертор подключен к третьему входу элемента ИЛИ и ко второму входу элемента И, выход которого соединен с входом установки в "нуль" интегратора, вход режима работы которого подключен к выходу элемента ИЛИ, блок задания режима и логическое устройство (4И, ИЛИ), первый вход которого соединен с выходом второго порогового устройства, одиннадцатый, восьмой, пятый и второй входы соединены соответственно с первым по четвертый выходами блока управления, двенадцатый, девятый, шестой и третий входы соединены соответственно с первым по четвертый выходами блока задания режимов, четвертый, седьмой и десятый входы соединены с выходом первого порогового устройства, а выход соединен с входом управления регистрирующего блока.

На фиг. 1 показана структурная схема феррозондового магнитометра, на фиг. 2 представлены временные диаграммы работы, а на фиг. 3 и 4 соответственно представлены структурные схемы интегрирующего блока и интегратора.

Феррозондовый магнитометр содержит три феррозонда 1, 2, 3 (ФЗ_x, ФЗ_y, ФЗ_z) с взаимно ортогональными магнитными осями, состоящие каждый из сердечника 4, 5, 6, обмотки возбуждения 7 (W_вx), 8 (W_ву), 9 (W_вz), соединенной с соответствующими выходами коммутируемого блока возбуждения 16 и выходной (измерительной) обмотки 10 (W_иx), 11 (W_иy), 12 (W_иz), последовательно соединенные усилительно-преобразовательный блок 13, первое пороговое устройство 18 и элемент ИЛИ 19, причем вход усилительно-преобразовательного блока 13 и его выход обратной связи подключены к входному зажиму выходной обмотки 10 первого феррозонда 1, выходной зажим которой соединен с входным зажимом выходной обмотки 11 второго феррозонда 2, выходной зажим которой соединен с входным зажимом выходной обмотки 12 третьего феррозонда 3, выходной зажим которой подключен к общему проводу, последовательно соединенные интегратор 20, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 19, и второе пороговое устройство 21, регистрирующий блок 14, блок управления 17, генератор 15, первый выход которого соединен с входом управления усилительно-преобразовательного блока 13, второй - с частотным входом коммутируемого блока возбуждения 16, а третий - с входом управления блока управления 17, с первого по четвертый выходы управления которого соединены соответственно с первого по четвертый входами управления коммутируемого блока возбуждения 16, интегрирующий блок 22 с линейными и квадратичным выходами, частотный вход которого соединен с четвертым выходом генератора 15, первый линейный выход соединен со вторым входом первого порогового устройства 18 и с входом интегратора 20, второй цифровой линейный выход соединен с информационным входом регистрирующего блока 14, квадратичный выход соединен со вторым входом второго порогового устройства 21, а первый и второй входы управления соединены соответственно с пятым и четвертым выходами блока управления 17, первый выход которого подключен к первому входу элемента И 23, а пятый через инвертор 26 подключен к третьему входу элемента ИЛИ 19 и ко второму входу элемента И 23, выход которого соединен с входом установки в "нуль" интегратора 20, вход режима работы которого подключен к выходу элемента ИЛИ 19, блок задания режима 24 и логическое устройство 25 (4И, ИЛИ), первый вход которого соединен с выходом второго порогового устройства 21, одиннадцатый, восьмой, пятый и второй входы соединены соответственно с первого по четвертый выходами блока управления 17, двенадцатый, девятый, шестой и третий входы соединены соответственно с первого по четвертый выходами блока задания режима 24, четвертый, седьмой и десятый входы соединены с выходом первого порогового устройства 18, а выход соединен с входом управления регистрирующего блока 14.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Генератор 15 вырабатывает напряжение U_fв частотой f_в, равной частоте возбуждения феррозондов 1 - 3, которое подается на частотный вход коммутируемого блока возбуждения 16. В последнем осуществляется последовательное переключение обмоток возбуждения 7 - 9 феррозондов 1 - 3 и формирование импульсов сигналов возбуждения по мощности и форме. Управление коммутацией коммутируемого блока возбуждения 16 осуществляется выходными сигналами управления U_С1, U_С2, U_С3, U_С4 блока управления 17. Последовательность возбуждения феррозондов 1 - 3 определяется последовательностью появления управляющих сигналов U_С1, U_С2, U_С3, соответственно на первом, втором и третьем выходах блока управления 17. При появлении управляющего сигнала U_С4 на четвертом выходе блока управления 17 с помощью коммутируемого блока возбуждения осуществляется отключение подачи напряжения возбуждения во все обмотки возбуждения 7-9 феррозондов 1-3. Таким образом напряжение U_fв, пройдя через коммутируемый блок возбуждения 16, возбуждает поочередно феррозонды 1, 2, 3. Так, на отрезке времени (t₂ - t₁) возбуждается феррозонд 1 (ФЗ_x), на отрезке (t₃ - t₂) - феррозонд 2 (ФЗ_y), на отрезке (t₄ - t₃) - феррозонд 3 (ФЗ_z), а на отрезке (t₅ - t₄) обмотки возбуждения 7-9 всех феррозондов 1-3 находятся в отключенном (обесточенном) состоянии (фиг.2).

Измеряемая индукция магнитного поля, воздействуя одновременно на три феррозонда 1-3, вызывает появление напряжения полезного сигнала частотой 2f_в на выходной обмотке того феррозонда, на обмотку возбуждения которого в данное время подано напряжение возбуждения U_fв. Поскольку выходные обмотки феррозондов 1-3 включены последовательно, на вход усилительно-преобразовательного блока 13 на интервале (t₂-t₁) поступает напряжение второй гармоники (частотой 2f_в), амплитуда которого определяется первой составляющей (В_X) вектора индукции магнитного поля Т, на интервале (t₃ - t₂) - второй составляющей (B_Y), на интервале (t₄ - t₃) - третьей составляющей (B_z), на интервале (t₅ - t₄) - отсутствием полезного сигнала, т.е. нулевым значением и т. д.

В усилительно-преобразовательном блоке 13 напряжение усиливается на переменном токе, детектируется, усиливается на постоянном токе, а затем подается на основной выход и выход обратной связи усилительно-преобразовательного блока 13, создавая ток обратной связи в выходных обмотках 10-12 феррозондов 1-3. С выхода усилительно-преобразовательного блока 13 напряжение U₁₃, равное на соответствующих интервалах времени напряжениям U_X, U_Y, U_z, пропорциональным соответствующим составляющим В_X, B_Y, B_Z вектора индукцию поступает на первый вход первого порогового устройства 18. С помощью обратной связи в возбужденном в данный момент феррозонде создается магнитное поле, компенсирующее соответствующую составляющую измеряемого внешнего магнитного поля.

Управление фазочувствительным демодулятором усилительно-преобразовательного блока 13 осуществляется импульсами напряжения, подаваемого с первого выхода генератора 15 на вход управления усилительно-преобразовательного блока 13, а с помощью импульсов напряжения, подаваемого с третьего выхода генератора 15 на вход управления блока управления 17, осуществляется синхронизация работы последнего и коммутируемого блока возбуждения 16.

После окончания переходного процесса в моменты времени t'₁, t'₂,...,t'_i, (i= 1,2, . . .,4), вызванного переключением обмоток возбуждения 7 - 9 и воздействием внешнего поля на феррозонды 1 - 3, на пятом выходе блока управления 17 появляются импульсы напряжения Ut'_i (фиг. 2), являющиеся сигналами признака окончания переходного процесса.

В результате счета импульсов напряжения U_fсч в интегрирующем блоке 22, подаваемых на вход последнего с четвертого выхода генератора 15, формируются линейно нарастающие аналоговый U_л на первом линейном выходе, цифровой N_л - на втором линейном выходе и квадратичный аналоговый U_к - на квадратичном выходе интегрирующего блока 22 сигналы, циклически повторяемые в процессе работы устройства. Причем формирование линейно нарастающих сигналов осуществляется во всех четырех повторяемых циклах и начинается после окончания переходного процесса в усилительно-преобразовательном блоке 13, т.е. в момент появления сигнала признака окончания переходного процесса Ut'_i, подаваемого с пятого выхода блока управления 17 на первый вход управления интегрирующего блока 22. Формирование квадратичного сигнала U_к осуществляется только в каждом четвертом цикле при наличии сигнала управления U_С4 на втором входе управления интегрирующего блока 22, подаваемого с четвертого выхода управления блока управления 17, и также начинается в момент появления сигнала Ut'_i признака окончания переходного процесса (фиг. 2).

Интегратором 20 осуществляется интегрирование в первых трех циклах (i = 1, 2, 3) выходного линейно нарастающего напряжения U_л интегрирующего блока 22, причем процесс интегрирования начинается с предварительного обнуления интегратора 20 в первом цикле при подаче выходного сигнала U₂₃ элемента И на вход установки в "0" (УО) интегратора 20. Формирование логических потенциалов напряжения U₂₃ осуществляется подачей выходных сигналов U_C1 и Ut'_i блока управления 17 соответственно на первый и через инвертор 26 на второй входы элемента И, т.е. Следовательно, обнуление (предварительная подготовка) интегратора 20 осуществляется в первом цикле до окончания переходного процесса в усилительно-преобразовательном блоке 13. При подаче на вход управления интегратора 20 потенциала, соответствующего логическому нулю, формируемого на выходе элемента ИЛИ 19, интегратор 20 находится в режиме интегрирования и, наоборот, при логической единице интегратор находится в режиме хранения. Сигнал управления режимом U₁₉ интегратора 20, формируемый элементом ИЛИ, определяется следующим логическим выражением: U₁₉ = U₁₈∨U_C4∨U₂₆, (2) где U₁₈, U₂₆ - выходные сигналы соответственно первого порогового устройства 18 и инвертора 26.

В момент равенства выходного напряжения усилительно-преобразовательного блока 13 с выходным линейно нарастающим напряжением U_л интегрирующего блока 22 первое пороговое устройство 18 вырабатывает управляющий сигнал U₁₈ в виде логической единицы, проходящей через элемент ИЛИ 19 на выход управления интегратора 20, переводящий его в режим хранения. Таким образом в первых трех циклах преобразования интегратор 20 на интервале (t'₁ - t₁) обнуляется, на интервалах (t''₁ - t'₁), (t''₂ - t'₂), (t''₃ - t'₃) находится в режиме интегрирования, а на интервалах (t'₂ - t''₁), (t'₃ - t''₂) и в течение всего четвертого цикла (t₅ - t₄) - в режиме хранения информации и т.д.

В четвертом цикле преобразования в момент равенства выходного напряжения (U₂₀) интегратора 20 с выходным квадратичным напряжением U_к интегрирующего блока 22 второе пороговое устройство 21 вырабатывает управляющий сигнал U₂₁ в виде логической единицы.

Устройство работает в режимах измерения компонент В_X, B_Y, B_Z и в режиме измерения модуля T вектора индукции магнитного поля. Результатом измерения являются соответствующие этим величинам коды N_X, N_Y, N_Z и N_T. Задание режимов работы осуществляется блоком задания режимов 24, выполняемого, например, в виде клавишного пульта управления или в виде автоматического формирователя сигналов. Так, при задании напряжения U_P1 в виде потенциала логической единицы на первом выходе блока задания режима 24 осуществляется измерение компоненты В_X, напряжения U_P2 на втором выходе - измерение компоненты B_Y, напряжения U_P3 на третьем выходе - измерение компоненты B_Z и напряжения U_P4 на четвертом выходе - измерение модуля T вектора индукции магнитного поля. При этом результат измерения (N_X, N_Y, N_Z, N_T) в выбранном режиме записывается в регистрирующий блок 14 по выходному сигналу логического устройства 25. При измерении компонент В_X, B_Y, B_Z в регистрирующий блок 14 осуществляется запись выходного кода (N_Л = N_X, N_Y, N_Z), формируемого на цифровом линейном выходе интегрирующего блока 22 соответственно в моменты срабатывания t''₁, t''₂, t''₃ первого порогового устройства 18. Сигналы управления записью в регистрирующий блок 14, формируемые на выходе логического устройства 25, определяются следующим выражением: U₂₅(t''_i)= U_pi(t''_i)U_ci(t''_i)U₁₈(t''_i) при i=1, 2, 3. (3) При измерении модуля Т в регистрирующий блок 14 осуществляется запись выходного кода (N_л = N_т), формируемого также на линейном выходе интегрирующего блока 22 в момент срабатывания t''₄ второго порогового устройства 21. Сигнал управления записью в регистрирующий блок 14 на выходе логического устройства 25 в данном случае формируется в соответствии с выражением U₂₅(t''₄)= U_p4(t''₄)U_c4(t''₄)U₂₁(t''₄). (4) Напряжение U₂₀, хранимое в четвертом цикле в интеграторе 20, накопленное за три предыдущих цикла преобразования, определяется следующим выражением: где α - масштаб преобразования интегратора 20, определяемый его постоянной времени. Причем
U_л(t) = кτ, (6)
где к - масштаб преобразования интегрирующего блока 22 на линейном выходе. Причем на интервалах преобразования

С учетом выражения (7) выражение (5) принимает следующий вид:

Проинтегрировав выражение (8), получим

где
Выбрав масштаб преобразования интегрирующего блока 22 по квадратичному выходу равным β, имеем
U_к(t) = β[U_л(t)]². (10)
Тогда в момент срабатывания t''₄ порогового устройства 21 в четвертом цикле преобразования получим следующее равенство:
β[U_л(t)]² = β(U²_x+U²_y+U²_z). (11)
Следовательно, соответствующий квадратичному значению в момент t''₄ кодовый эквивалент N_л(t''₄) на линейном выходе интегрирующего блока 22, записываемый в регистрирующий блок 14, равен корню квадратному из суммы квадратов компонент, а следовательно, модулю вектора индукции магнитного поля.

Интегрирующий блок (фиг.3), описанный в аналоге (А.С. N 789944 М. Кл.³ G 01 R 33/02 по заявке N 2726724/18-21 от 19.02.79), содержит счетчик импульсов (Сч), первый ЦАП и второй множительный ЦАП.

Выходы счетчика импульсов и первого ЦАП являются линейными, соответственно цифровым (N_л) и аналоговым (U_л) выходами, а выход второго ЦАП - квадратичным выходом (U_к).

Запуск счетчика импульсов осуществляется выходным сигналом (Ut'_i) блока управления 17, а запуск второго ЦАП - сигналом U_c4, подаваемым с четвертого выхода управления блока управления 17 на вход управления второго ЦАП. При достижении на выходе счетчика максимального значения кода в момент прихода следующего импульса счета U_fсч происходит его обнуление из-за переполнения и весь цикл работы повторяется снова.

Возможный и широко известный вариант реализации интегратора 20 (фиг. 4) содержит аналоговый интегрирующий операционный усилитель (ОУ) с резистором R и конденсатором С. С помощью управляемых переключателей П1 и П2 осуществляются режимы интегрирования, хранения и установки в нуль интегратора 20. Обнуление интегратора осуществляется замыканием ключа К переключателя П2 управляющим сигналом U₂₃. В режиме интегрирования напряжения U_л ключи К1 и К2 переключателя П1, управляемого напряжением U₁₉, находятся соответственно в замкнутом и разомкнутом положениях, а ключ К переключателя П2 - в разомкнутом. В режиме хранения информации наоборот, ключи К1 и К2 переключателя П1 находятся соответственно в разомкнутом и замкнутом положениях, также при разомкнутом положении ключа К переключателя П2.

Таким образом, предлагаемое устройство, сочетающее в себе положительные качества аналогов и прототипа, реализуемо, обладает широкими функциональными возможностями и малой потребляемой мощностью при малых аппаратурных затратах и, следовательно, может найти применение при построении портативного магнитоизмерительного прибора или конструктивно-функционального модуля в виде микросхемы.

Формула изобретения

Феррозондовый магнитометр, содержащий три феррозонда с взаимно ортогональными магнитными осями, состоящие каждый из сердечника, обмотки возбуждения, соединенной с соответствующими выходами коммутируемого блока возбуждения и выходной обмотки, усилительно-преобразовательный блок, вход и выход обратной связи которого подключены к входному зажиму выходной обмотки первого феррозонда, выходной зажим которой соединен с входным зажимом выходной обмотки второго феррозонда, выходной зажим которой соединен с входным зажимом выходной обмотки третьего феррозонда, выходной зажим которой подключен к общему проводу, регистрирующий блок, блок управления и генератор, первый выход которого соединен с входом управления усилительно-преобразовательного блока, второй - с частотным входом коммутируемого блока возбуждения, а третий - с входом управления блока управления, с первого по третий выходы управления которого соединены соответственно с первым по третий входами управления коммутируемого блока возбуждения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены подключенное к выходу усилительно-преобразовательного блока первое пороговое устройство, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с четвертым выходом управления блока управления и четвертым входом управления коммутируемого блока возбуждения, последовательно соединенные интегратор и второе пороговое устройство, интегрирующий блок с линейными и квадратичным выходами,
частотный вход которого соединен с четвертым выходом генератора, первый линейный выход соединен с вторым входом первого порогового устройства и входом интегратора, второй линейный выход - с информационным входом регистрирующего блока, квадратичный выход - с вторым входом второго порогового устройства, а первый и второй входы управления соединены соответственно с пятым и четвертым выходами блока управления, первый выход которого подключен к первому входу элемента И, а пятый через инвертор подключен к третьему входу элемента ИЛИ и к второму входу элемента И, выход которого соединен с входом установки в "0" интегратора, вход режима работы которого подключен к выходу элемента ИЛИ, блок задания режима и логическое устройство, первый вход которого соединен с выходом второго порогового устройства, одиннадцатый, восьмой, пятый и второй входы соединены соответственно с первым по четвертый выходами блока управления, двенадцатый, девятый, шестой и третий входы - соответственно с первым по четвертый выходами блока задания режимов, четвертый, седьмой и десятый входы - с выходом первого порогового устройства, а выход - с входом управления регистрирующего блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4