Устройство для измерения индукции переменного магнитного поля

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения напряженности переменного магнитного поля с высокой чувствительностью в широком диапазоне частот. Технический результат заключается в том, что устройство снабжено дополнительной катушкой обратной связи, располагаемой параллельно измерительной, причем выход усилителя нагружен на последовательное соединение катушки обратной связи с первым резистором, а выходное напряжение с него через апериодическое звено, содержащее второй и третий резисторы и дополнительно введенный конденсатор, подключено к инвертирующему входу усилителя. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для создания прибора для экологического мониторинга магнитной компоненты электромагнитного загрязнения.

Известны: микровеберметр [1] , содержащий измерительную катушку, располагаемую в среде переменного магнитного поля, с интегрирующим усилителем; устройство для измерения индукции переменного магнитного поля [2] , где для измерения использован индукционный датчик, сигнал с которого поступает на входы усилителей с различными коэффициентами усиления с функцией интегрирования; устройство для измерения напряженности переменного магнитного поля [3] , содержащее двухсекционный индукционный преобразователь, четыре апериодических звена первого порядка, сумматор и блок представления информации. Недостатком указанных устройств является неустойчивость работы в низкочастотной области и дрейф нуля из-за использования интегратора, подключаемого к выходу индукционного датчика, и недостаточная чувствительность из-за необходимости ограничивать коэффициент усиления интегратора.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является измеритель индукции переменного магнитного поля [4] , содержащий приемную катушку, нагруженную на инвертирующий усилитель, резистор в цепи отрицательной обратной связи усилителя, резистивный делитель в цепи положительной обратной связи усилителя. Недостатком указанного устройства является неустойчивость работы его из-за наличия положительной обратной связи усилителя и неравномерность АЧХ.

В основу изобретения положена задача обеспечения устойчивости при высокой чувствительности и расширения АЧХ в области низких частот для измерения индукции переменного магнитного поля.

Поставленная задача решается тем, что устройство для измерения напряженности переменного магнитного поля, содержащее измерительную катушку, подключенную ко входу усилителя, снабжено дополнительной катушкой обратной связи, располагаемой параллельно измерительной, в частности поверх нее, причем выход усилителя нагружен на последовательное соединение катушки обратной связи и резистора, а выходное напряжение с последнего через апериодическое звено подключено к инвертирующему входу усилителя.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения индукции переменного магнитного поля.

Устройство содержит измерительную катушку 1, соединенную со входом усилителя 2, выход которого подключен к последовательному соединению катушки отрицательной обратной связи 3 и сопротивления нагрузки 4, нагруженного на апериодическое звено первого порядка 5-7. Выход апериодического звена 5-7 подключен ко второму входу усилителя 2. Апериодическое звено состоит из резисторов 5,7 и конденсатора 6.

Измеряемое магнитное поле индуцирует ЭДС в измерительной катушке 1, определяемую выражением: где Φ- полный магнитный поток (потокосцепление), охватываемый витками измерительной катушки 1 (см. чертеж); N₁ - число витков измерительной катушки 1; S - площадь поперечного сечения измерительной катушки 1; B - индукция измеряемого магнитного поля.

ЭДС усиливается усилителем 2 и подается на катушку отрицательной обратной связи 3, намотанной на одном ферромагнитном сердечнике с катушкой 1 (поверх нее). Ток через катушку 3 создает магнитное поле, направленное противоположно внешнему (измеряемому) магнитному полю, создавая в катушке 1 ЭДС индукции, направленную противоположно e_i: где M_L - взаимоиндуктивность катушек 1 и 3; I - ток через катушку 3, и таким образом компенсирует внешнее магнитное поле, обеспечивая отрицательную обратную связь. То есть e₁= e₂ или

Интегрируя последнее, находим ток через катушку 3 и сопротивление 4, который определяется выражением:

Напряжение, пропорциональное измеряемой индукции магнитного поля В, с со противления нагрузки 4, через апериодическое звено первого порядка 5-7 подается на инвертирующий вход усилителя 2, обеспечивая отрицательную обратную связь по постоянному току. Параметры апериодического звена определяют нижнюю граничную частоту полосы пропускания. Сопротивление 7 необходимо для исключения возбуждения схемы на начальном отрезке полосы пропускания устройства.

Таким образом, измеряемое переменное магнитное поле действительно компенсируется в пространстве измерительной катушки с помощью поля, образуемого дополнительной катушкой до виртуального нуля, значение которого определяется внутренним коэффициентом усиления усилителя, что позволяет обеспечить высокую чувствительность устройства. Устранение дрейфа нуля усилителя и, следовательно, повышение устойчивости его обеспечивается 100% обратной связью по постоянному току с помощью апериодического звена, параметры которого определяют нижнюю граничную частоту полосы пропускания.

Литература
1. Авторское свидетельство СССР N 1187116, кл. G 01 R 33/02, 1985 г.

2. Авторское свидетельство РФ N 2108593, кл. G 01 R 33/00, 1998 г.

3. Авторское свидетельство СССР N 1576877, кл. G 01 R 33/02, 1990 г.

4. Авторское свидетельство СССР N 1624372, кл. G 01 R 33/00, 1991 г.

Формула изобретения

Устройство для измерения индукции переменного магнитного поля, содержащее измерительную катушку, соединенную со входом усилителя, и три резистора, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительной катушкой обратной связи, располагаемой параллельно измерительной, причем выход усилителя нагружен на последовательное соединение катушки обратной связи с первым резистором, а выходное напряжение с него через апериодическое звено, содержащее второй и третий резисторы и дополнительно введенный конденсатор, подключено к инвертирующему входу усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1