Цифровой феррозондовый магнитометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ к

1" н1>72 1 783

Союз Советских

Соцналнстнческнх

Республнк(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 04.1177(21) 2539027/18-21 (51)М. Кл.2 а 01 В 3 /02 с присоединением заявки ето

Z осударственный комитет

СССР но делам изобретений н открытии (23) Приоритет (53) УДК б 21. 31 .44 (088.8) Опубликовано 150 380 Бюллетень Ио 10

Дата опубликования описания 180380 (72) Авторы изобретен и я

В.И. Андреев, В.В. кувыкин, Э.К. Шахов и В.М. Шляндин (71) Заявитель

Пензенско и политехнический институт (5 4 ) ЦИФРОВОИ ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к области зле ктрои э мерит ел ьн ой т ехни ки .

Известен цифровой ферроэондовый широтно-импульсный магнитометр, содержащий ферроэонд, генератор, усилитель, сумматор, усилитель-ограничитель, формирователь импульсов, детектор ск важности, измеритель временного интервала, причем выход ферроэонда соединен со входом усилителя, выход которого подключен к одному входу сумматора, а другой вход сумматора соединен с выходом генератора. Выход сумматора подключен ко входу усилителя-ограничителя, выход 15 которого соединен со входом формирователя импульсов; выход формирова-. теля импульсов подключен ко входу детектора скважности и ко входу из— мерителя временного интервала; выход 20 детектора скважности соединен с обмоткой обратной связи феррозонда; обмотка возбуждения феррозонда соединена с генератором (1) .

Недостат ками такого цифрового феррозондового магнитометра являются нелинейность функции преобразования прямой цепи и низкая помехозащищенность.

Целью изобретения является повышение точности измерения и помехозащиценности.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой феррозондовый магнитометр, содержащий феррозонд, последовательно соединенные сумматор, усилитель-ограничитель, формирователь импульсов, детектор скважности, вход которого подключен к первому входу измерителя временного интервала, выход детектора скважности соединен с обмоткой обратной связи феррозонда, введены два интегрирующих дискретизатора, выполненные на основе интеграторов с запоминанием и с им— .пульсной обратной связью, ключ, формирователь напряжения возбуждения, последовательно соединенные генератор опорной частоты, блок делителей частоты, блок управления и формирователь тр«угольных импульсов, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход феррозонда подключен к первому входу первого интегрирующего дискретиэатора, второй вход которого соединен со вторым выхоцом блока управления, выход первого интегрирующего дискретиэатора через ключ, второй вход которого соединен

721783 с третьим выходом блока управления, подклкчен ко входу второго интегрирукще го ди с крети з атора, второй вход которого при соеди н ен к первому выходу блока управления и ко второму входу формирователя импульсов; выход второго интегрирукщего дискретизатора соединен со вторым входом сумматора, выход генератора опорной частоты подклкчен ко второму входу измерителя временного интервала; второй выход блока делителей частоты лодклкчен ко входу формирователя напряжени я воз буждени я, выход которо го соединен с обмоткой возбуждения ферроэонда.

На фиг. 1 изображена схема пред- 15 лагаемого цифрового ферроэондового магнитометра; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства.

В состав магнитометра (фиг. 1) входят феррозонд 1, два интегрирую- 20 щих дискретиэатора 2, 3, выполненных на основе интеграторов с запоминанием и с импульсной обратной связьк, клкч 4, сумматор 5, усилительограничитель 6, формирователь им- 2$ пульсов 7, детектор 8 скважности, форMHроват ель н алряжени я вoз буждения 9, генератор 10 опорной частоты, блок делителей 11 частоты, блок управления 12, формирователь треугольных импульсов 13, измеритель временного интервала 14, причем выход феррозонда 1 лодклкчен ко входу пер- вого интегрирукщего дискретизатора

2,. вход управления которого соединен с блоком управления 12, а выход первого интегрирукщего дискретиэавЂ.ора 2 ерез клкч 4, управляющий вход котсрого соединен с блоком управления, лодклкчен ко входу второго интегрирукщего дискретизатора 3, вход управления которого присоединен к блоку управления 12 и к улравлякщему входу формирователя импульсов 7; выход второго интегрирукщего дискретизатора 3 соединен с одним входом сумматора 5, другой вход которого подклкчен к выходу формирователя 13 треугольных импульсов, вход последнего присоединен к блоку управления

12. Выход генератора опорной часто- Я) ты 10 соединен со входом блока делигелей частоты 11 и с вторым входом измерителя 14 временного интервала, первый вход которого подклкчен к выходу формирователя импульсов 7 и ко у5 входу детектора скважности 8; выход детектора скважности 8 соединен с обмоткой компенсации феррозонда 1.

Вход формирователя импульсов 7 подклкчен к выходу усилителя-ограничителя 6, вход которого соединен с выходом сумматора 5. .Нервый выход блока делителей частоты 11 соединен с блоком управления 12, а второй выход подклкчен ко входу формировагеля напряжения возбуждения 9, вы- б5 ход которого соединен с обмот кой воз— буждения феррозонда 1. устройство работает следукщим образом.

В обмотку возбуждения феррозонда подается напряжение возбуждения частоты f, поступающее от генератора 10 через делитель 11 и формирователь напряжения возбуждения 9.

С выхода ферроэонда на вход первого интегрирующего дискретизатора 2 поступает сигнал Uz„ (t), спектр которого содержит четные и нечетные гармоники, Информацию об измеряемом поле

Во несет вторая гармоника (фиг. 2а).

На управляющий вход первого интегрирукщего дискретизатора 2 подаются от блока управления 12 короткие импульсы с частотой следования.4f (фиг. 26). За каждый такт работы интегрирукщего дискретизатора, равный

dt4, происходит интегрирование

t входной величины и напряжения обратной связи. В конце такта работы напряжение на выходе интегрирукщего дискретизатора будет равно т (- (1 пТ ьы. и сf u,(р C)u „„,(r) (n-» где U — напряжение на выходе первого интегрирукщего дискретизатора в течение n-ro такТа;

R )„и Й1С вЂ” соответственно постоян1 ные . времени прямой цели и цели обратной связи;

М /А длительность такта; л = 1,2,3 ... — номера тактов .

Если RpC = Т и R С = R>C то

Т (n- пТ

Как видно из выражения (2) и временных диаграмм 26, в, на выходе первого интегрирукщего дискретизатора 2 образуется двухполярный прямоугольный сигнал, амплитуда которого пропорциональна среднему значеник

U>„(t) за время Т=1 4j . Далее напряжение Б, х (л) подается через клкч

ЬЫ х

4 на вход второго интегрирукщего дискретиаатора 3, длительность так— та работы которого Т = 3 ° Т (фиг. 2д), причем начала тактов работы первого и второго интегрирукщих дискретизаторов 2, 3 совпадакт . Клкч 4 з амыкается и размыкается таким образом (временная диаграмма Zr), что в течение каждого нечетного такта работы второго интегрирукщего дискретизатора 3 на его вход подактся импульсы U,„ (п) с нечетными номерами, ЬЫХ а в течение каждого четного — соответственно импульсы (),„„(л ) с четными номерами. Из временной диаграммы 2в видно, что импульсыБ „с нечет8Ь, ными номерами имект положи тельнук, 721783 отношению ко второй гармонике.

Пренебрегая высшими гармониками, запишем выходной сигнал ферроэонда в виде суммы и „()=О 5|. t u ..21 ь!" (2соt+ Z )+ U Sin5mt где U U — амплитуда нечетных гармони к .

Подст ави в выр ажени е (4 ) в выражение (2), а (2) в (3), определим амплитуду прямоугольных импульсов на выходе второго интегрирующего дискретизатора 3 т, т

Г Г1 г

О | — — I {Т ) (О Рпс01+(,) sinku)t y !

Al

2. s)n (Q,uJt + — ) т U .s>8 SUJt) 6t +

Г|\ Т вЂ” (Ц вЂ” (О з|лОЭ1 U sin2uit U ь!я(2.иИ+ )

9Г

|т| foal к ь Z

+ О sin5 t Jd.13д.1. (57

С учетом того, что среднее значение второй гармоники пропорцион ально измеряемому полю Во, а Т =1/4 и

Со Т = 2М ЕТ =+(g, при Т.(= ЭТ, после несложных преобразований имеем лв

О,,И)- (6)

Таким образом, как видно из выражени я (6 ), результ ат преобразования не содержит помехи.

Далее U i„ - суммируется в сумГ11 маторе 5 с треугольным напряжением с формирователя 13, изменяющимся по линейному закону (временная диаграмма 2ж). Суммарный сигнал (временная диаграмма 2з) поступает на усилительограничитель 6. .Выходной сигнал усилителя-ограничителя б (временная диаграмма 2и) подается на формироФормула изобретения

40 Цифровой феррозондовый магнитометр, содержащий ферроэонд, последовательно соединенные суы оратор, уск— литель-ограничитель, формировате.»= импульсов, детектор скважкости, 45 вход которого подключен к первому входу измерителя временного интервала, выход детектора скважности соединен с обмоткой обратной связи ферроэонда, отличающийся

5Q тем, что, с целью повышения точности измерения и помехозащищекности, в него введены два интегрирующих дискретизатора, выполненные на основе интеграторов с запоминанием к с импульсной обратной связью, ключ, формирователь напряжения возбуждения, последовательно соединекные генератор опорной частоты, блок делителей частоты, блок управления и формирователь треугольных импульсов, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход ферроэонда подключен к первому входу первого интегрирующего дискретк: -:— тора, второй вход которого саедк|| к с вторым выходом блока управления, а импульсы с четными номерами — отрицательную полярности. Следовательно, на выходе второго интегрирующего дискретизатора 3 (временная диаграмма 2е) напряжение будет двухполярным и пропорционально интегралу от суммы соответствующих импульсов. Таким образом, можно записать

11) 1Ц . Л)

u „= — / (U, 0,„}At< (3) а о где U | — напряжение н а выходе второго интегрирующего дискретизатора 3 в течение первого такта.

Далее процесс преобразования повторяется.

Выходной сигнал феррозонда представляет собой сумму четных и нечетных гармоник. Нечетные гармоники являются помехой. Кроме того, помехой является квадратурная составляющая U«(t) = U

| ке

sin (2.wt + /2 ) по ватель импульсов 7, с помощью ко=орого формируется интервал времени от качала отсчета до момента пере— хода через нуль напряжения на выходе усилителя-ограничителя б (момент равенства нулю сум| | () „C<3 и трзугол =-ного напряжения) . Таким образом, можно записать функцию преобразования прямой цепи как

4В

10 тн т где Утк — амплитуда треугольного н апр яжени я;

Кт — коэффициент, определяющий

t5 скорость к ар аст акия и с|| ав да треугольного напряжения.

C выхода формирователя имт-.ул" сов

7 через детектор 8 сигнал, про |oрциональкый интервалу времени, подается на ферроэонд 1, и непосредственно на измеритель 14.

Из выражения (7) видно, что в î".— личие от прототипа функция преoбра25 зования прямой цепи является ликс. .":— ной. Функция преобразования э ам

Т" 4Во

710 К (C ) i8„

17(| К тн т

ЗО или, если обозначить коэффициент передачи прямой цепи череэ

1 AU .К то можно записать

35 | ° |. Во

tt+К с.к,) 721783

Й/2. 1

Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Заказ 125/38

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная,4 выход первого и н т е грирующего ди с кретизатора через клк ч, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления, подключен ко входу второго интегрирующего дискретизатора, второй вход которого присоединен к первому выходу блока управления и к второму входу формирователя импульсов; выход второго интегрирующего дискретизатора соединен со вторым входом сумматора, выход генератора опорной частоты подключен ко второму входу измерителя временного интервала, второй выход блока делителей частоты подключен ко вхоооу формирователя напряжения возбуждения, выход которого соединен с обмоткой возбуждения феррозонда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Семенов Н.М. и др. Особенности построения цифровых феррозондовых магнитометров время-импульсного типа, Труды ВНИИЭП, Р 24, 1975.