Градиентометр

 

:;с

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 60б146

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 260974(21) 2064713/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (43) Опубликовано 0505.78.Бюллетень ¹17 (51) М. Кл.

G 01 Н 33/02

Гвоударотнвпный ковктвт

Ооввта Мнннотров СССР ко квакв каоорвтвннй к открытой (53) УЛК 621.317.44 (088.8) (45) Дата опубликования описания 18.01 76 (72) вторы изобретения

В.С.Постников, Э.А.Мельников, Е.Ю.Кушарский и Н.А.Костров

Pl) Заявитель

Воронежский политехнический институт (54) ГРАДИЕНТОМЕТР

Прибор предназначен для измерения неоднородностей магнитного поля в широком диапазоне внешних условий, при размещении прибора как на неподвижных, так и на подвижных объектах, может 5 быть использован в геофизике, магнитобиологии для поиска и обнаружения ферромагнитных тел. .Известен феррозондовый градиентометр, содержащий два магниточувстви- 10 тельных полузонда, генератор возбуждения, усилительно-преобразовательную схему и индикатор, у которого погрешности измерения компенсируются ручной регулировкой коэффициентов преобразова-l5 ния полузондов (11.

Однако этот прибор недостаточно точен и чувствителен.

Известен также градиентометр, со« держащий два параллельных магнитомо- 3) дуляционных датчика, обмотка возбуждения каждого из которых через соответствующий усилитель мощности связана с выходом задающего генератора,обмотка смещения — с выходом управляемо- 5 го источника гостоянного смещения, приемная обмотка-со входом блока разделения частот, а также последовательно соединенные компенсирующие обмотки, синхронный детектор, входы которого связаны с выходом усилителя мощности и блока разделения частот, а выход со входом разностного блока j2j.

Этот прибор также недостаточно точен и чувствителен.

Цель изобретения — повышение точности измерения и чувствительности градиентометра — достигается тем, что в него введены дополнительный идентич-. ный магнитомодуляционный датчик, расположенный параллельно основным, последовательно соединенные контрольные обмотки, установленные на основных и дополнительном датчиках, последова- тельно соединенные задающий генератор и усилитель мощности контрольного сигнала, своими выходами подключенный к контрольным обмоткам, блок компенсации, выход которого соединен с компенсирующими обмотками, а вход — с выходом синхронного детектора дополнительного датчика, три блока выделения рабочих частот компенсации, три синхронных детектора выравнивания flo числу магнитомодуляционных датчиков и два дополнительных разностных блока, входы которых попарно соединены с выходами синхронных детекторов выравнивания. Первые входы последних подключены к выходам соответствующих блоков

606146 разделения частот, вторые входы — через соответствующие блоки выделения рабочих частот компенсации ко второму выходу задающего генератора контрольного сигнала, вторые входы каждого бло- 5 ка выделения рабочих частот компенсации — ко второму выходу соответствующего задающего генератора, причем выходы дополнительных разностных блоков соединены со входами управляемого ис- р точника постоянного смещения основных магнитомодуляционных датчиков.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Ферритовые магнитомодуляционные па- 15 раметрические датчики 1-3 со строго параллельными магнитными осями, пространственно разнесенные друг от друга, состоят из пар неперемагничивающихся ферритоных стержней 4-6, магнитоснязанных между собой перемагничивающими ся кольцами — модуляторами 7-9. На кольцах-модуляторах расположены обмотки постоянного тока 10-12 и обмотки возбуждения 13-15, по которым протекает переменный ток. Обмотки постоянно-, 25

ro тока соединены с управляемыми источниками постоянного тока .16-18.. Обмотки возбуждения соединены с усилителями мощности переменного тока 1921. На датчиках 1-3 расположены основ- 30 ные приемные обмотки 22-24 . На датчи.ках 1 и 3 расположены последовательно включенные обмотки компенсации постоянного геомагнитного поля 25, 26, соединенные с блоком компенсации 27. Кро- 35 ме этого, на всех датчиках расположены соединенные последовательно обмотки контрольного сигнала 28-30, подключенные к усилителям мощности контрольного сигнала 31. 40

Выходы приемных обмоток датчиков соединены с блоками разделения частот

32-.34, которые соединены с синхронными детекторами 35-37, а также с синхронными детекторами выравнивания 38-40.45

Усилители мощности 19-21, 31 связаны с высокостабильными задающими генераторами 41-44, которые, в свою очередь, связаны с блоками выделения рабочих частот компенсации 45-47, а последниес синхронными детекторами выравнивания 38-40. Детекторы выравнинанйя соединены с разностно-управляющими блоками 48 и 49, которые,в свою очередь, связаны с управляемыми источниками постоянного тока 16, 18. Выходы синхронных детекторов 35 и 37 соединены с основным разностным блоком 50. выход синхронного детектора 36 снязан с бло ком 27 компенсации геомагнитного поля.

Рассмотрим работу градиентометра.

При.рассмотрении работы градиентометра в режиме измерения градиента будем считать, что нсе датчики идентичны по своему коэффициенту преобразо- 65 вания и что постоянное геомагнитное поле в датчиках 1 и 3 скомпенсиронано.

Градиент измеряется посредством датчиков 1 и 3. Геомагнитное поле в них скомпенсировано до разности между геомагнитными полями в месте расположения датчиков 1 и 3 и в месте расположения компенсационного датчика 2.

Модуляторы датчиков 1 и 3 возбуждают- . ся токами с частотами Ы1 и жЬ, обеспечиваемыми усилителями мощности 19 и 21, которые усиливают сигнал высоко-, стабильных генераторов 44 и 43. Сигналы с рабочих обмоток 22 и 24 датчиков поступают в блоки разделения частот

32, 34, где на выходах, связанных с синхронными детекторами 35 и 37, выделяются частоты н полосах EOg + дю ш - дж, где дм- полоса частот принимаемых сигналов.

В качестве опорного сигнала синхронных детекторов используются напряжения с дополнительных выходов усилителей мощности 19 и 21 с частотами сО1 и ыэ. Сигналы с детекторов 35 и 37 поступают в разностный блок 50, на выходе которого выделяется напряжение, пропорциональное градиенту.

Для компенсации геомагнитного поля используется датчик 2. Обмотка возбуждения 14 модулятора датчика 2 питается от усилителя мощности 20, усиливающего напряжение высокостабильного генератора 42, вырабатывающего напряжение с частотой . Выходной сигнал, пропорциональный напряженности геомагнитного поля в месте расположения датчика 2, с приемной обмотки

23 поступает в блок разделения частот

33, где на одном из выходов выделяется сигнал с частотой Ш . Этот сигнал поступает на детектор 36, в котором в качестве опорного сигнала использует ся напряжение с соответствующего выхода усилителя мощности 20. С детектора сигнал поступает через блок компенсации 27 н обмотки компенсации 25, 26 датчиков 1 и 3, включенные последовательно.

Коэффициент передачи блока 27 выбирают таким образом, чтобы поле,возбуждаемое им в датчиках 1 и 3, было равно полю, возбуждаемому н датчике 2 полем

Н, и направлено навстречу полям,созданаемым н датчиках 1 и 3 полями Н и НЗ (Н1, Н, НЭ вЂ” напРЯженности магнитного поля н месте расположения датчиков 1, 2, 3 соответственно).

Флюктуации выходного тока блока 27 не приводят к появлению помех на выходе разностного блока 50, так как они одинаковы и обоих датчиках 1 и 3, поскольку компенсационные обмотки включены последовательно и через них протекает один и тот же ток компенсации, а выходной сигнал градиентометра равен разности напряжений на выходах датчи606146

Формула изобретения

Градиентометр, содержащий два параллельных магнитомодуляционных датчика, обмотка возбуждения каждого из ко-. торых через соответствующий усилитель мощности связана с выходом задающего генератора, обмотка смещения — c выходом управляемого источника постоянного смещения, приемная обмотка — со входом блока разделения частот, а также последовательно соединенные компенсирующие обмотки, синхронный детектор, входы которого связаны с выходом усили. теля мощности и блока разделения частот, а выход — са входом разностного блока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и чувствительности, в него введены дополнительный идентичный магнитомодуляционный датчик, расположенный параллельно основным, последовательно соединенные контрольные обмотки, установленные на основных и дополнительном датчиках, последовательно соединенные задающий генератор и усилитель мощнос-. ти контрольного сигнала, выходами подключенный к контрольным обмоткам, блок компенсации, выход которого соединен с компенсирующими обмотками, а вход с выходом синхронного детектора дополнительного датчика, три блока выделе-. ния рабочих частот компенсации, три синхронных детектора выравнивания по числу магнитомодуляционных датчиков и два дополнительных раэнсстных блока, входы которых соединены с выходами синхронных детекторов выравнивания, первые входы последних подключены к ков 1 и 3. Таким образом, флюктуации тока компенсации на выходе, разностного блока 50 взаимно уничтожаются.

Для выравнивания коэффициентов передачи датчиков используются соединенные последовательно обмотки контрольного сигнала 28-30, запитываемые от усилителя мощности 31, усиливающего сигнал высокостабильного генератора контрольного сигнала 44 с частотой ж„, 10

Ток контрольного сигнала, протекающий по обмоткам 28-30, создает в магнитопроводах датчиков 1-3 одинаковые пере.менные магнитные поля с частотой < .

Блоки 32-34 выделяют сигналы комби15 национных частот, поступающих с рабочих обмоток датчиков 1-3. В зависимости от выбранных режимов работы этими частотами могут быть:

3 к 20

2) Ш г 4)к я2+ к Шз + g

Выделенные комбинационнйе частоты поступают на синхронные детекторы 3840. В качестве опорных напряжений в них используются те же комбинационные частоты, получаемые .путем смешивания в блоках 45-47 частот возбуждения датчиков от генераторов 41-43,и частоты контрольного сигнала от генератора 44.

В качестве опорного коэффициента преобразования используется коэффициент преобразования тракта датчика 2.

Преобразованный контрольный сигнал этого датчика поступает с детектора 39 на разностно-управляющие блоКи 48 и 49.

На блок 48 поступает также контроль- 35 ный сигнал датчика 1, снимаемый с синхронного детектора 38„ на блок 49 контрольный сигнал датчика 3 с синхронного детектора 40.

На выходах разностно-управляющих 40 блоков появляются напряжения, пропорциональные .разности напряжений конт— рольных сигналов: с датчиков 1 и 2 на выходе блока 48, с датчиков 2 и 3 на выходе блока 49. Если коэффициенты преобразования соответствующей пары датчиков одинаковы, то равна нулю разность напряжений контрольных сигналов и, соответственно равно нулю выходное напряжение разностно-управляющего бло50 ка.

Если коэффициенты преобразования пары датчиков разные, на выходе соответствующего разностно-управляющего блока появляется напряжение, пропорциональное разности коэффициента преобразования соответствующей пары датчиков.

Напряжения с разностно-управляющих блоков управляют величиной постоянного тока смещечия источников 16 и 18.

Выходные напряжения блоков 48 и 49 через управляемые источники постоянного смещения изменяют постоянные токи в обмотках 10 и 15, выравнивания тем самым коэффициент преобразования датчи.65 ков 1 и 3 относительно коэффициента преобразования датчика 2.

Аналогичный эффект может быть получен,если воздействовать напряжением разностно-управляющих блоков не на смещение,модуляторов,а на выходное напряжение усилителей мощности 19,21.При этом смещение остается фиксированным, а усилители мощности 19,21 должны допускать управление выходным напряженйем.

Источник 17 является автономным и служит для установки коэффициента пре- образования датчика 2 в заданных пределах.

Данный градиентометр не чувствителен к ориентации относительно постоянного геомагнитного поля, поскольку компенсация последнего в градиентометре происходит автоматически. Нечувствителен он и к временным вариациям геомагнитного поля.

Благодаря большой широкополосности датчиков этот градиентометр может быть использован для измерения градиентов не только постоянных, но и переменных магнитных полей с частотами до 1000Гц

606146 выходам соответствующих блоков разделения частот, вторые входы-через соответствующие блоки выделения рабочих частот компенсации ко второму выходу задающего генератора контрольного сигнала, вторые входы каждого блока выделения рабочих частот компенсации — ко второму выходу соответствующего задающего генератора, причем выходы дополнительных разностных блоков соединены со входами управляемого источника постоянного смещения основных магнитомодуляционных датчиков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

373678, G 0173/00 1973 °

2. Авторское свидетельство СССР

9 368560, G. 01 R 33/00, 1972.

Составитель Е.Данилина

Техред Э.мужик Корректор С.Гарасиняк

Редактор Б.Федотов

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Эакаэ 2465/43 Тираж 1112 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам иэобретений н открытий

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