Дифференциальный датчик магнитного поля

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к asr. саид-вуСоюз Советскик

Социалистических

Республик (22) Заявлено 26.1077(21) 2537632/18-21 с присоединением заявки Hо— (23) Приоритет

Опубликовано 15,03.80. Бюллетень М 10

Дата опубликования от1исания 1Ö0380 (51) Кл.2

G 01 К 33/09

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений н открытий (5З) УД1(621. 317. 44 (088, В) (72) Авторы изобретения

В.И. Акулин, Г.Б. Волобуев, В..М. Головин и 3. A. Мельников (71) ЗаяВИтЕЛЬ Воронежский политехниЧеский институт (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОМУ ДАТЧИК

МАГНИТНОГО ПОЛЯ

У»

Изобретение относится к области магнитометрии и предназначено для регистрации и измерения слабых переменных магнитных полей в широком диапазоне частот. Оно может быть использовано в геологии, геофизике, технике радиосвязи и других областях науки и техники, где требуются регистрация и измерение как низкочастотных, так и высокочастотных магнитных полей.

Известен дифференциальный датчик, служащий для измерения магнитного поля, в основу работы которого поло- 1 жен принцип модуляции магнитного потока сигнала вспомогательным полем возбуждения (1).

Такое устройство позволяет производить измерения только в постоянных и медленно меняюшихся магнитных полях.

Известно также устройство, содержащее два параллельно расположенных пермаллоевых стержня с распределенными по их длине обмотками возбуждения, соединенными последовательно и встречно, а также измерительную обмотку, охватывающую оба стержня(2).

Недостатком этого датчика является малый частотный диапазон измерений.

С целью расширения частотного диапазона измерений в дифференциальный датчик магнитного поля, содержащий два параллельных ферромагнитных стержня с возбуждающими обмотками, c:oåäèненными последовательно и встречно, и измерительную обмотку, охватывающую оба стержня, введены два управляемых диода, источник постоянного напряжения, конденсатор и модулирующая обмотка, выполненная в виде двух согласно включенных секций, расположенных на двух ферромагнитных стержнях, к выводам которой подключены два управляемых диода, соединенные последовательно и встречно, при этом общая точка соединения управляемых диодов и средняя точка модулируюней обмотки подключены к источнику постоянного напряжения, параллельно которому подсоединен конденсатор.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого датчика; на фиг. 2 — распределение токов в мод) лирующей обмотке; на фиг. 3 — зависимость изменения емкостей управля.—

721782 мых диодов от величины приложенных напряжений.

Дифференциальный датчик магнитного поля состоит из двух ферритовых стержней 1 и 2, на которых размещены возбуждающие обмотки 3 и 4, сое- 5 диненные последовательно и встречно.

Оба стержня в центральной части охвачены измерительной обмоткой 5, в месте расположения которой размещена также модулирующая обмотка, coc- )Q тоящая из двух согласно включенных секций б и 7. К выводам модулирующей обмотки подключены управляемые диоды 8 и 9, соединенные последовательно и встречно, причем общая точка соединения упранляемых диодов и средняя точка модулирующей обмотки соединены с источником 10 постоянного напряжения, параллельно которому подсоединен конденсатор 11. Датчик помешают в измеряемое поле и воз. — 2О буждают высокочастотныи током.

Работа устройства заключается в следующем. Высокочастотный ток, протекающий в обмотках 3 и 4, создает магнитные потоки возбуждения

Ф в ферритовых стержнях 1 и 2. При этом в секциях б и 7 модулирующей обмотки возникают ЭДС, фазы которых отличаются на 180с ; эти ЭДС вызывают н модулируюшей обмотке токи встреч-ДО ного направления, замыкающиеся через управляемые диоды 8, 9 и конденсатор 11, имеюший малое емкостное cgпротивление на частоте возбуждения (направление токов в секциях: моду" лирующей обмотхи на фиг. 2 показано сплошными стрелками). Поскольку управляемые диоды 8 и 9 включены встречно, напряжение U,,приложенное к их обкладкам, вызывает синфаэное изменение емкостей обоих управляемых диодов. Типовые зависимости емкостей упранляемых диодов от величины приложенного напряжения и характер изменения этих емкостей при воздействии управляющих напряжений U и фиксированного напряжения UD создаваемого источником 10, показаны на фиг. 3.

В отсутствие внешнего поля сигнала ЭДС в измерительной обмотке 5 равна нулю, так как магнитные потоки 5О возбуждения и магнитные потоки, обусловленные реакцией модулирующей обмотки, в стержнях 1 и 2 равны по величине и имеют противоположные направления (т.е. суммарный поток, Я пронизывающий измерительную обмотку 5, равен нулю). Включение источника 10 постоянного напряжения в модулирующую обмотку позволяет осушествлять модуляцию емкости управляемых диодов на линейном участке характеристики C=f(U) и, следовательно, заметно сузить спектр гармонических составляющих с частотами, крат ными частоте возбуждения, которые при нарушении электрической или магнитной симметрии датчика могут проникать в измерительную обмотку 5.

Пусть внешнее поле сигнала отлично от нуля, а его вектор параллелен магнитной оси датчика, В этом случае магнитный поток Ф, концентрируясь в стержнях 1 и 2, возбуждает в секциях модулируюшей обмотки противофазные ЭДС сигнала относительно одноименных обкладок диодов 8, 9 (см. фиг. 2 и фиг. 3) . Тогда в каждой секции возникает ток, промодулированный частотой возбуждения, причем направление токов в обоих секциях — согласное. Эти токи возбуждают н стержнях

1 и 2 магнитные потоки одинакового направления и, следовательно, в измерительной обмотке 5 появляется ЭДС пропорциональная измеряемому полю.

С некоторыми допущениями выражение для этой ЭДС может быть представлено в виде

Е(С)-М - Н Н соь(щ 1а-с)t

"сьсь 6 где > — частота измеряемого поля сигс нала;

< в — частота возбуждения, С

Н вЂ” напряженность поля сигнала

Н - напряженность поля возбуждения, m — глубина модуляции емкости варикапов;

К вЂ” размерный коэффициент пропорциональности, зависящий от магнитных свойств и конфигурации стержней, а также от соотношения чисел витков обмоток датчика.

Формула изобретения

Дифференциальный датчик магнитного поля, содержащий два параллельных ферромагнитных стержня с возбуждающими бобмотками, соеди .енными последовательно и встречно, и измерительную обмотку, охватывающую оба стержня, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерений, в него введены два управляемых диода, источник постоянного напряжения, конденсатор и модулирующая обмотка, выполненная в виде двух согласно включенных секций, расположенных на двух ферромагнитных стержнях, к выводам которой подключены два управляемых диода, соединенные последовательно и встречно, при этом общая точка соединения управляемых диодов и средняя точка модулирующей обмотки подключены к источнику постоянного напряжения, параллельно которому подсоединен конденсатор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 334530, кл. G 01 R 33/02, 25.09.70.

2. Афанасьев Ю.В. Феррозонды, Л., Энергия, 1969, с. б.

Составитель Ф. Тарнопольская

Редактор Н. Каменская Техред M.Êóçüìà Корректор И, Муска

Заказ 125/38 Тираж 1019 Подпи си ое

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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