Феррозондовый магнитометр

 

(1,) 535529

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союа Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 26.08.74 (21) 2054922/25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15.11.76. Бюллетень № 42

Дата опубликования описания 10.11.76 (51) М. Кл. 6 01R 33/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 550.838(088.8) (72) Авторы изобретения

В. Д. Бадалов и Г. А. Сомов (71) Заявитель

Научно-производственное объединение «Геофи (54) ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано при измерении низкочастотных и инфранизкочастотных магнитных полей.

Для измерения низкочастотных и инфранизкочастотных магнитных полей используют индукционные магнитометры с индукционной

«воздушной» или магнитной рамкой, феррозондовые магнитометры, квантовые и сверхпроводящие магнитометры.

Создание индукционных магнитометров для измерения инфранизкочастотных магнитных полей (единицы и доли герц) затруднительно, так как габариты и масса таких устройств при требуемой чувствительности выходят за р а м к и до пусти мы х.

Квантовые и сверхпроводящие магнитометры черезвычайно сложны и дороги в производстве и эксплуатации.

Феррозондовые магнитометры отличаются сравнительной простотой и достаточной для многих применений чувствительностью. Однако при создании феррозондовых инфранизкочастотных и низкочастотных магнитометров существует трудноразрешимая проблема выделения слабого низкочастотного полезного сигнала на фоне сильного постоянного магнитного поля Земли. B известных устройствах эту проблему решают применением полосовых фильтров на заданный диапазон частот сигнала, включенных последовательно за синхронным детектором и параллельно между собой.

Однако построение магнитометра затруд5 нительно из-за недопустимо большой массы и габаритов полосовых фильтров на инфранпзких частотах.

Известны феррозондовые магнитометры для измерения переменных магнитных полей (2).

10 Они содержат феррозонд с обмоткой компенсации, охваченный цепью частотно-независимой отрицательной обратной связи, избирательный усилитель, синхронный детектор, фильтр верхних частот и регистратор.

С помощью фильтра верхних частот из выходного напряжения синхронного детектора выделяется переменная составляющая, пропорциональная напряженности измеряемого

20 переменного магнитного поля.

Постоянная составляющая выходного напряжения прикладывается к обмотке компеHсации феррозонда, в которой создает ток пропорциональный напряженности внешнего по25 стоянного магнитного поля. В результате в объеме феррозонда обмоткой компенсации создается постоянное магнитное поле, компенсирующее внешнее постоянное магнитное поле, действующее на феррозонд. Таким обра30 зом осуществляется отрицательная обратная

535529

3 связь по постоянной составляющей внешнего магнитного поля.

Недостатком рассматриваемого магнитометра является то, что в нем осуществление отрицательной обратной связи только по постоянному магнитному полю невозможно при измерении низкочастотных полей.

Цель изобретения — расширение частотного диапазона в область низких частот. Это достигается тем, что в предлагаемом магнитометре между выходом фильтра верхних частот и обмоткой компенсации феррозонда дополнительно включена цепь положительной обратной связи. Глубина положительной обратной связи равна глубине отрицательной обратной связи. При таком равенстве глубин обратных связей полезный сигнал оказывается не охваченным обратной связью вообще, а постоянная составляющая измеряемого магнитного поля оказывается скомпенсированной за счет глубокой отрицательной обратной связи и не перегружает измерительный канал.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого магнитометра, состоящего из генератора возбуждения 1, соединенного с четногармоническим феррозондом 2, который имеет две обмотки компенсации и подключен к избирательному усилителю 3, настроенному на частоту второй гармоники; синхронного детектора 4, подключенного к выходу избирательного усилителя 3 и соединенного с генератором 1; фильтра верхних частот 5, подключенного к выходу синхронного детектора

4; регистратора 6, подключенного к выходу фильтра верхних частот 5; регулятора глубины отрицательной обратной связи 7, соединенного с обмоткой компенсации феррозонда

2 и подключенного к выходу синхронного детектора 4; регулятора глубины положительной обратной связи 8, соединенного с дополнительной обмоткой компенсации феррозонда

2 и подключенного к выходу фильтра верхних частот 5.

Под действием внешнего как постоянного, так и переменного магнитного поля на измерительной обмотке феррозонда 2, возбуждаемого от генератора 1, появляется напряжение, на частоте второй гармоники промодулированное на амплитуде. Амплитуда несущей этого промодулированного сигнала пропорциональна напряженности внешнего постоянного магнитного поля, а амплитуда боковых частот пропорциональна напряженности внешнего переменного магнитного поля. Этот промодулированный сигнал усиливается избирательным усилителем 3 и детектируется синхронным детектором 4. В результате детектирования на выходе синхронного детектора 4 появляется сигнал, содержащий постоянную и переменную составляющие. Переменная составляющая, имеющая частоту измеряемого переменного магнитного поля и пропорциональная напряженности этого переменного поля, выделяется фильтром верхних частот 5 и подается на регистратор 6, проградуирован5

40 ныи в единицах поля.

Отрицательная обратная связь по постоянному полю в данном магнитометре осуществляется следующим образом.

Весь сигнал (постоянная и переменная составляющие) с выхода синхронного детектора 4 подается через частотно-независимый регулятор глубины отрицательной обратной связи 7 на обмотку компенсации феррозонда 2, в которой под действием возникающего в ней тока, появляется магнитное поле, пропорциональное внешнему и противоположно направленное. С выхода фильтра верхних частот выделенный полезный сигнал через регулятор глубины положительной обратной связи подводится к компенсационной обмотке, в которой под действием возникающего в ней тока появляется переменное магнитное поле, пропорциональное внешнему переменному полю, направленное с ним согласно и равное по величине переменному полю, создаваемому цепью отрицательной обратной связи.

Таким образом, в предлагаемом магнитометре осуществлена отрицательная обратная связь только по постоянному магнитному полю и устранена необходимость для этого в фильтре нижних частот в цепи отрицательной обратной связи. Устранение такого фильтра дает возможность существенно понизить граничную частоту измеряемого магнитного поля, так как в прототипе граничная частота определяется граничной частотой фильтра нижних частот, а на частотах ниже 0,1 Гц, такой фильтр приобретает недопустимые габариты.

Предлагаемый магнитометр позволит производить высокоточные измерения магнитных полей инфранизких частот, что в настоящее время является одной из актуальных задач во многих областях деятельности человека. напряженности магнитного

Формула изобретения

Феррозондовый магнитометр, содержащий феррозонд с обмоткой компенсации, охваченHblH цепью частотно-независимой отрицательной обратной связи, избирательный усилитель, синхронный детектор, фильтр верхних частот и регистратор, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона в область низких частот, между выходом фильтра верхних частот и обмоткой компенсации феррозонда дополнительно включена цепь положительной обратной связи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент Великобритании, Мю 1324306, кл.

G IN, опубл. 1973 г.

2. 10. В. Афанасьев и др. «Магнитометрические преобразователи, установки, приборы», Л., Энергия, 1972 г., стр. 200 (прототип), 535529

Составитель В. Одинцов

Техред М. Семенов

Редактор И, Шуонна

Корректор Л. Орлова

Типографии, пр. Сапунова, 2

Заказ 2357/20 Изд. Ма 1749 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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