Способ измерения компонент вектора магнитного поля
C с.,, ОПАС>АНЙЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советаымк
Социалистических
Респубпыы
«i>6585ll
К ЛВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву (5Ц М. Ка (22) Заявлено140776 {21) 2384905/18-21 с присоединением заявки №
G 01 R 33/02
Государственный комитет
СГОР по делам изобретений и открытий
{23) Приоритет (53) УДЫ 621. 317. . 4? 1. 2 (088 . 8) Опубликовано 2504.79. Б оллетеиь № 15
Дата опубликования описания 280479 (72) Авторы изобретения
Ю.В.Афанасьев и Ю.Н.Бобков (54 ) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПОНЕНТ ВЕКТОРА
МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения компонент вектора магнитного поля или циркуляции этого вектора в инфраниэкочастотном диапазоне, Известен способ измерения компонент вектора магнитного поля, заключающийся в том, что ферромагнитные сердечники периодически перемагничивают в продольном или поперечном (ортогональном) 10 направлении по отнсшению к измеряемой компоненте поля вспомогательным переменным полем и выделяют переменную составляющую магнитной индукции в продольном направлении, кратную частоте вспомогательного поля, по амплитуде которой судят о значении измеряемой компоненты постоянного или инфранизкочастотного магнитного поля (1). Однако иэ-за влияния шумов Баркгаузена известный способ не обеспечивает достаточно высокую точность измерений.
Известен также способ измерения компонент вектора магнитного поля, заключающийся в том, что ферромагнит- 5 ный сердечник насыщают в направлении, ортогональном компоненте измеряемого поля при одновременном наложении переменного поля и выделении переменной составляющей магнитной индукции в И продольном направлении (2). Однако из-эа нестабильности нуля и наличия наводок от переменного поля, имеюдего ту же частоту, что и полезный cèãíàë, известный способ не обеспечивает достаточно высокую точность измерений.
Целью изобретения является повышение точности измерений.
Достигается зто тем, что в известном способе, заключающемся в том, что фер1омагнитный сердечник насыщают в направлении ортогональном компоненте измеряемого поля при одновременном наложении переменного поля и выделении переменной составляющей магнитной индукции в продольном направлении, насыщение сердечника производят знакопеременными грямоугольными импульсами поля, частота следования которых по кра1 ",ей мере на порядок ниже частоты упомянутого переменного поля, а о значении продольной компоненты измеряемого поля судят по алгебраической сумме сигналов, соответствующих положительным и отрицательным импульсам поля насыщения.
На фиг,1 приведены варианты схем наложения полей на ферромагнитный сердечник в соответствии с предлагаемы способом измерения; на фиг.2 и 3
658511 пОказ аны эпюры па ясн яю цне прин 1ипы Мо дул яции продал ьн ой прон ица емос Ги; на фиг.4 изображена векторная диаграмма, поясняющая возникновение помехи, саэ,цав аемой полем насыщения; на фиг . 5 и б приведены функ циОналь ные Схемы измерительных устройств „реализующих предложенный способ.
Способ (см,фиг,1, а и б) зак.лючаЕтся в там, что ферромагнитный ceð Ф иска, насыща Я (с) в виде знакопеременных прлмоугольных импульсов Н о (t) =Н ч. Б1а. и я и а Е где Ня. — амплитуда импульса, Я - круговая частота. ЭТО ПОЛЕ СОЗдаЮТ С Г1ОМОЩЬГО КатуоГ<И 2, пропуская по ней ток соответстоую" щей формы. В том же направлении налагают поле Н<го (), например, сину- 20 соидальное и „(t) =H., эмап <<о <:, де Н вЂ” ампггитуда полл, <щ — круговая частота. 25 ПОле К<о(t ) с О эда1от с ПОмо1ць1о к атуш КИ 3,ПраГ "СКая 11О НЕй <.. . 1 Сонца1ЬНЫИ так. Частоту Я выбирают из расчета Я 0у1<й Поле 2; (1;) модулирует продольную проницаемость,()< ".<1у.. ПозтОму при наличии измеряемого постоянного полн и х в направлении х появляется составляющая магнитной индукции Вк(<-)= В „ з(п <В, где В . — амплитуда, являющаяся функциеи Н . Информацию,об этой составляющей, а сле%. авательна, и об измеряемой компоненте 11, постоянного или инфранизкочастотно" ro магнитного поля, можно пол,гчить< измеряя ЭДС навои"Ею 1-, 1 „Tvoi е 4 40 Ориентированной перпендикулярна катушкам 2 и 3. Принцип модуляции продольной г<раницаемости сердечника пс предлагаемом» способу (см.фиг.2) эаключаетсл в . 45 Следующем ° Эначенил Н 1.= В и Н,,= р выбирают из расчета, чтобы модуляция ПрОдОЛЬНОй ПраинцаЕМОСТИД =e9.=т(<(+pc() осуществлялась за пределами гис«ерезисной петли, т.е. на участках однозначной зависимости В(Н), где щум Баркгаузена отсутствует или сведен к минимуму. Весьма важным моментом при этом оказывается зависимость начальной фазы ПРОЦесса,,(,(,и (11)ф) от изменения знака поля насыщения — начальная фаза модулируемой продольной проницаемости изменяется. на 180а при смене знака поля насыщения. и эта означает, что при наличии компоненты М1 измеряемого поля фаза ЭДС, наводимой в 9) измерительной катуг<п<е 4, будет также периодичеаки изменяться на 180,.- Т.е. сигнал будет мадулираван по фазе с частотой.Q.. .Эта дополнительная модуляция как раз и позволяет отделить 85 полезный сигнал ат помех, создаваемых полем насыщения Н Я. (t) и переменным модулнрующим полем H<<(t) . Нз-эа несовершенства реальных измерительных устройств, например, изэа неортаганальнасти катушек 2 и 4, вектор 1 t) будет проектироваться на продольную ось Х (см.фиг.4) . При положительном импульсе поля насыщения проекция Н9; будет иметь один знак, а г1рн отрицательном — другой. Поэтому за полный период процесса <ГЯ(с) суммарная намагниченность сердечника оказывается равной нулю. При этом вь1ходная ЭДС, наводимая в катушке 4 за тат же период, ужс не будет модулиравана по фазе, T-aI< как со сменой знака поля насыщения изменяется не только знак г<раекции вектора 7Гй() на продольную ось, но и начальная фаза пРоДольной пРониЦаемасти, (,м (< Что касается наводки, создаваемой поЛЕМ Н (Г ) e НаПР IMeP e И Э За НЕОРТОГО нальности катушек 3 и 4, То ана также не бупет модулированной по фазе. Другой вариант способа (см.фиг.l, В 1< ) эаключаетс я в том, чта ферромагнитный сердечник 1, выполненный, наг<ример, в форме диска, насыщают в направлении < полем Н 1() в виде энакапеременных прямоугольных импульсов .(См.оиг,3, а) На. (l:)= Н Йр.и s(Iieet, где Н, — амплитуда поля, 9. — кругавал частота., Это поле создают с помощью катушки 2, пропуская г<о ней так саа етствующей формы. В направлении 1<, налага<от г.а: е Н, (t), например, синусаидальное Н,(:-) = Н уи(<.t, ов где Н „— амплитуда полл, <В- круговал частота. Поле Н<о(. ) создают с памощь1о катушки 3, пропуская па ней синусоидальны ток. Частоту Й. выбираем иэ условия Пале Н !o) мадулирует продольную г<роницаемость,@„„=,О„. При наличии измеряемого постоянного поля Н в Х н апра вл енин х палвл 1цотс я четные гармоники переменной. магнитной индукции В,<(<.): В, (о) = В уп 2и «1 t я 1< 2О Х где В п — амплитуда и-най четной гармоники, являющаяся функцией Н, 1 n=l,2,3... — номер четной гармоники, Информацию аб измеряемой компоненте Нх постоянного или инфраниэкачастотного магнитного полл можно полуп<ть, выделля иэ ЭДС, наводимой в измерительной катушке 4, ориентированной в направлении х и гнал п-ой чет— най гармоники переменной магнитной и ндук ции . 5 б Принцип модуляции продольной ПрОницаемости,б сердечника по второму варианту способа заключается в слe ДУюшем. ВИД =-ависимости В „, (Н ) существенньм образом зависит от величины поля в поперечном направлении Н, I (см.,фиг.35) и не зависит от знака этого поля. устанавливая амплитуду Н91поперечного насыщающего поля, соответствующую беэгистеризисной зависимости В „„ (Н„4 ), мы тем самым, как и в способе-йрототипе, уменьшаем шумы Баркгаузена при модуляции продольной проницаемости,б.я полем Н „,(+), накладываемым в продольном направлении, Амплитуду Нд, этого поля выбираем из расчета получения достаточной глубины модулиции О„, что соответствует условию Н О, (1 — 2 )Н„ О) где Н вЂ” псле насыщения сер-Б дечника в продольном направлении (см. фиг.З,в). Поскольку Л+ (Н,, ) — Функция четная, то основной частотой зависимости ,6, () будет 2 си(см.фиl .З,г ;,. что и обусловливает появление в спектре магнитной индукции B (1.) четных гармоник В () при наличии компонен2II V, ты Н измеряемого паля. Различие по частоте полезного сигнала и переменного поля H,() позволяет устранить наводки, создаваемые этим полем, Нз-эа несовершенства. реальных измерительных устройств, например, изза неортогональности катушек 2 и 4 (см.фиг.4, угол p), поперечное насыщающее поле будет создавать помеху. В выходном сигнале измерительной катушки 4 зта помеха обусловлена проекцией Нй. вектора Н„(1:) на продольную ось Х (см.фиг.4). Проекции НЯ., соответствующие положительному и отрицательному импульсам поля насыщения, равны го величине, но различны по знаку, а ЭДС в катушке 4 от этих проекций отличаются друг от друга по Фазе íà tr. Фаза же ЭДС измеряемой компоненты Н х не зависит от знака поля Hg(t), В соответствии с предложенным c!IOсобом о значении измеряемой компоненты поля судят по алгебраической сумме сигналов, соответствующих положительным и отрицательным импульсам поля насыщения. Таким образом, за счет насыщения сердечников в поперечном направлении энакопеременными прямоугольными импульсами поля, алгебраичсского суммирования сигналов соответствующих IIoложительньм и отрицательным импульсам поля насыщения, удается отделить полезный сигнал от помех, создаваемых полем насыщения и переменным модулирующим полем, и, тем самым, повыЬить точность измерения компонент вектора 58511 Формула изобретения 2Q "„д0 50 постоянного или инфраниэкочастотного магнитного поля. В качестве примера реализации первого варианта c!Ioc ба (см.фиг,5) приведена функциональная схема измерительного устройства. Первичный преобразователь 5-ферроэонд или магнитный усилитель, содержащий сердечник 1 и катушки 2,3 и 4, подключен к делителю частоты б, формирующего энакопеременные прямоугольные импульсы тока с частотой следования й., которые, npo-.åI HIlòíoãо поля. Делитель б синхрониэирован с генератором 7, вырабатывающим синусоидальный ток частоты ж, который, протекая по катушке 3, Обсспечивает модуляцию продольной магнитной проницаемости сердечника 1. Сигнал частоть. 1Q, HBBollëìoé в катушке 4, поступает на вход, избирательного усилителя S и з-а-тем — на синхронный детектор 9, ! IIII BIo .ийся от Генератора 7 ° Далее сигнал. Гоступает на фазовый дискриминатор 10, осуществляющнй вычитание сигналов (напряжений или токов),. соответствуют)их положительным и Отрицательным импульсам поля насыщения, фазовый дискримина=ор коммутируется напряжением частоты я, снимаемым с делителя б, и непосредствен !о сопряжен с регистрирующим прибором 11. В качестве примера реализации второго варианта способа (см.фиг,б) приведена функциональная схема измерительнorо устройства. Первичный преобразователь 5 — феррозонд или магнитный усилитель ° Блок б, управляющий работой устройства в целом и формирующий токи для первичного преобраэоBателЯ 5, неОбхОдимые pля сОзданиЯ поперечного насыщения поля Н ь (t ) и продольнОГО п»аременного пОлЯ Н щ ((, ) а Выходной сигнал с первичногo преобразоьателя 5 поступает на избирательный усилитель 7, выделяющий вторую гармонику магнитной ин;укции, Далее сигнал детектируется синхронным детектором Ь и пос упает на сумI:атор 9, который управляется частотой 5» с блока б. Сумматор 9 непосредственно сопряжен с регистрирующим устоойством 10. Предлагаемый способ измерения компОнент вектОра пОСТОяннОГО или инфра низкочастотногo магнитного поля поз-. волит -а 1,5 — 2 порядка снизить порог чувствительности измерительных устройств и тем самым ловы ить точность измерения магнитных величин. Способ измерения компонент i30!ilo р маГнитноГО поля, заключающийся В том, что ферромагнитный сердечник насыщают в направлении, ортогональном компоненте измеряемого поля при одновременном наложении переменного поля и выделении переменной составляющей магнитной индукции в продольном направлении, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения, насыщение сердечника производят знакопеременными прямоугольными импульсами поля, частота следования которых по крайней мере на порядок ниже частоты упомянутого переменного поля, а о 658511 значении продольной компоненты измерямого поля судят по алгебраической су(е си гн алов, соот вет ствующих положительным и отрицательным импульсам поля насыщения. Источники информации, принятые 5 во внимание при экспертизе 1. Афанасьев Ю.В, Феррозонды, Л „Энергия, 1969, с. 166. 2 . Мари Ж. Ни зкочастотные параметрические усилители с ортогональным и) магнитным управлением. Перевод под рец. В.В.Потемкина, М., Мир, 1967, с.232. ef a> (кц) 658511 0„ Н аНИН, Н, Нл Фиг.5 Фиг, b Составител Ы.Клыков Редактор E.Ãoí÷àp Техред О.Андрейко Корректор И.Муска Заказ 2050/41 Тираж 1089 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул,Проектная,4
