Способ измерения переменной магнит-ной индукции и устройство для егоосуществления

 

ОПИСЛНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социапистнмескик Республик

<и>822093

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 230,77 9 (21) 2801091/18-21 (51),М. Кл.

С 01 R 33/02 с присоединением заявки HP (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (5З) УАК б21. 317.. .44(088.8) Опубликовано 1504.81. Бюллетень HP 14

Дата опубликования описания 150481 (72) Автор изобретения

В.A. Прищепо (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится. к измерительной технике и может быть исполь. эовано для измерения магнитной индукции переменного поля, исследования магнитной восприимчивости материалов, частотного зондирования при геофизической разведке, поверки мер магнитной индукции, градуировки магнитометров, измерения остаточной намагниченности горных пород и других измерениях в условиях промышленных помех.

Известен способ измерения перемен ных магнитных полей, основанный на 15 измерении вторичных ЭДС и ЭДС комбинационных частот, образованных частотой тока возбуждений феррозонда и измеряемого поля, по которым судят о параметрах магнитного поля. 20

Устройство, реализующее данный,спо-соб, содержит феррозонд,генератор возбуждения ферроэонда и анализатор спектра с ручной настройкой на требуемые частоты или панорамный с преобразованием частотного спектра феррозонда во временной интервал для наблюдения на экране амплитудных и частотных параметров выходного сигнала ферроэонда (11 . ЗО

Недостатками известных способа и устройства измерения переменной магнитной индукции являются: низкая точность измерения, обусловленная влиянием постоянного и переменного. внешних магнитных помех и нейлинейной г характеристикой преобразования феррозонда от величины измеряемой переменной магнитной индукции, ограниченный частотный диапазон измерения ЭДС комбинационных частот, находящихся в окрестностях ЭДС четных гармоник возбуждения .ферроэонда, вызванный недостаточной избирательностью по соседнему каналу анализатора спектра.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, основанный на преоб-. разовании магнитной индукции каналом магнитометра в выходное синфазное напряжение, демодуляции его опорным синфаэным напряжением, преобразовании и нормировании в постепенное напряжение и его регистрации.

Устройство для осуществления данного способа содержит генератор низкой частоты, подключенный к катушке магнитной индукции и к управляющему входу второго синхронного детектора, магнитометр, включающий феррозонд с генератором частоты, избирательный

822093 усилитель, первый синхронный детектор, микроамперметр и фильтр нижних частот, второй синхронный детектор, регистратор. Первый выход генератора частоты связан с феррозондом, а второй - с управляющим входом первого синхронного детектора. Выход феррозонда через избирательный усилитель, сигнальный вход и выход первого синхронного детектора, микроамперметр и фильтр нижних частот подключен к обмотке отрицательной обратной связи феррозонда, образуя замкнутую цепь.

Выход первого синхронного детектора через фильтр верхних частот, сигнальный вход и выход второго синхронного детектора связан с регистратором (2 .

Недостатком этого технического решения для измерения переменной магнитной индукции является низкая точность и ограниченный частотный диапазон. 20

Цель изобретения — повышение точности измерения переменной магнитной индукции и расширение частотного диапазона в инфранизкочастотную область.

Указанная цель достигается тем, что в способе измерения„переменной магнитной индукции, заключающемся в преобразовании магнитной индукции в выходное синфаэное напряжение, демодуляции его опорным синфаэным напряжением, преобразовании и нормировании в постоянное напряжение, выходное синфазное напряжение суммируют с выходными постЬянными напряжениями, демодулируют синфазным и противо- фазным опорным напряжением, линейно ннвертируют, после преобразования и нормирования сумму выходных постоянных напряжений преобразуют в постоянную магнитную индукцию и суммируют ос измеряемой переменной. 40

Способ осуществлен с помощью уст— ройства, содержащего генератор низких частот, подключенный к катушке магнитной индукции и к первому вхо; ду первого синхронного детектора, 45 последовательно соединенные блок компенсации магнитной индукции, пер- вичный преобразовательный и электронный, блок магнитометра, выход которого соединен со входом первичного преобра- go зователя и со вторым входом первого синхронного детектора, и регистрат р, и снабженного двумя интегратор и, инвертором, суммирующим усилит ем и вторым синхронным детектором, 55 подключенным первым входом через инвертор к выходу генератора низкой . частоты, вторым входом - к выходу электронного блока магнитометра, а выходом - через первый интегратор со своим третьим входом, выходы интегра- 60 торов подключены к входам регистратора и суммирующего усилителя, выход первого синхронного детектора через второй интегратор связан со своим третьим входом, а выход суммирующего 65 усилителя подключен ко второму входу первичного преобразователя.

На фиг. 1 изображена структурйая схема устройства; на фиг. 2 — диаграмма, поясняющая принцип работы устройства.

Устройство содержит (см. фиг. 1) генератор 1 низких частот, подключенный к катушке магнитной .индукции 2, к управляющему входу синхронного детектора 3 и к входу инвертора 4. Первичный преобразователь 5 выходом подключен к входу электронного блока 6 магнитометра, выход которого подключен к входу первичного преобразователя 5 и к первым сигнальным входам синхронных детекторов 3 и 7. Выход инвертора 4 подключен к управляющему входу синхронного детектора 7. Выходы синхронных детекторов 3 и 7 подключены соответственно к входам интеграторов 8 и 9. Выход интегратора

8 подключен к второму сигнальному входу синхронного детектора 3 и к вторым входам регистратора 10 и суммирующего усилителя 11. Выход интегратора 9 подключен к второму сигнальному входу синхронного детекто ра 7 и к первым входам регистратора

10 и суммирующего усилителя 11, выход которого соединен с входом первичного преобразователя 5, к которо-, му подключен блок 12 компенсации магнитной индукции.

Способ реализуется с помощью устройства следующим образом.

На первичный преобразователь 5 воздействуют сигналы магнитной иидукцни поля Земли и промышленных помех. Эта суммарная магнитная индукция компенсируется до нуля на момент времени разового наблюдения с помощью блока

12 компенсации магнитной индукции.

В дальнейшем на первичный преобразователь 5 воздействуют вариации магнитной индукции этих сигналов относительно скомпенсированного уровня. С помощью катушки магнитной индукции

2, по которой протекает ток генератора 1 низких частот, создается переменная магнитная индукция, которая также воздействует на первичный преобразователь 5 и на выходе электрон-. ного блока 6 магнитометра возникнет синфаэное току генератора 1 низких частот выходное напряжение магнито- метра, к которому добавляется напряжение помех. По цепи с выхода электронного блока 6 на вход первичного преобразователя 5 осуществляется отрицательная обратная связь по постоянной и переменной магнитной индукции. Выходное синфазное напряжение . с помехами с выхода электронного блока 6 суммируют с выходными постоянными напряжениями интеграторов 8 и

9 на первых и вторых сигнальных входах синхронных детекторов 3 и 7 и демодулируют синфазным и противо822093 фазным напряжением генератора 1 низких частот и инвертора,4 соответственно, при этом на выходе одного синхронного детектора (допустим синхронного детектора 3) возникают положительные полупериоды синфазного напряжения, а на выходе другого - отрицательные. Интеграторы 8 и 9 инвертируют и преобразуют полупериоды синфаэного сигнала в постоянные на,пряжейия U и Uzр, которые подаются на вторые сигнальные входы синхронных детекторов 3 и 7 в противофазе положительным и отрицательным полу.периодом сигнала магнитометра в моменты времени от t до t< и от до t (см. фиг. 2). Рост выходных напряжений U+р и О р интеграторов

8 и 9 происходит до величин, при которых площади прямоугольников, основанием которых являются интервалы времени с, t и t t> полупериодов 20 синфазного напряжения, будут равны площадям положительного и отрицательного полупериодов напряжения в эти же интервалы времени (площади заштрихованы). Средние значения несинфазных напряжений (помех), проходящих через синхронные детекторы 3 и 7 на входы интеграторов 8 и 9 равны нулю, при этом будут равны нулю напряжения помех на выходах этих интеграторов. Регистратор 10 измеряет разность выходных напряжений О+ р и Utz интеграторов 8 и 9. Изменение нулевого уровня электронного блока б магнитометра из положения о1 в положение

О" t» приводит к изменению напряжений Н р и Н р интеграторов 8 и 9, но разность между ними остается прежней Up „, Следует. иметь в виду, что и постоянные интегрирования интеграторов 8 и 9, и коэффициенты обратной 40 связи с выходов интеграторов 8 и 9 на входы синхронных детекторов 3 и 7 должны быть равны. При этих условиях привязка выходных напряжений интеграторов 8 и 9 к средним значениям син- 45 фазного выходного напряжения магнитометра не зависит от внешних магнитФормула изобретения

1. Способ измерения переменной магнитной индукции, заключающий в преобразовании магнитной индукции в выходное синфазное напряжение, демодуляции его опорным синфазным напряжением, преобразовании и нормировании в постоянное напряжение, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона в инфранизкочастотную область, выходное синфазное напряжение суммируют с внходными постоянными напряжениями, демодулируют синфаэ ным и противофазным опорным напряже. нием, линейно инвертируют, после преобразования и нормирования сумму выходных постоянных напряжений преобразуют в постоянную магнитную иидук50

55 ных помех, магнитных шумов первичного преобразователя 5 и шумов электроники, не синхронных с частотой генератора 1 низких частот. Нормирование информативного параметра сигнала, заключающееся в подборе соотношений сопротивлений с выхода электронного блока 6 на первые сигнальные входы синхронных детекторов 3 и 7 и с выходов интеграторов 8 и 9 на их вторые сигнальные входы, позволяет измерять средние, амплитудные и действующие значения синусоидальной магнитной индукции. Кроме того, устройство позволяет измерять амплитуду магнитной индукции, изменяющейся в виде периодической последовательности импульсов или миандра. Подключение к, выходам интеграторов 8 и 9 сумчирующего усилителя 11, выход которого соединяется с входом первичного преобразователя 5, приводит к стабилизации режима измерения магнитомет ра благодаря отрицательной обратной связи по магнитной индукции,,которая осуществляется путем преобразования выходного тока суммирующего усилителя 11 в магнитную индукцию на входе первичного преобразователя 5 посредством обмотки обратной связи. Приведенная диаграмма на фиг. 2 справедлива при отсутствии суммирующего усилителя 11 с его связями в устройстве.: Наличие суммирующего усилителя 11 с коэффициентом передачи много больше единицы позволяет при отрицательной обратной связи с его выхода на вход первичного преобразователя 5 скомпенсировать постоянную составляющую напряжения 00„ на выхо— де электронного блока б, при этом временная ось Ot займет положеннеО„Т или в окрестности этой оси, определяемой коэффициентом передачи суммирующего усилителя 11 Наличие этой отрицательной обратной связи не позволяет медленным вариациям магнитной индукции поля Земли или промышленных помех вывести магнитометр при работе на чувствительном пределе измерений из диапазона измерений.

Интеграторы 8 и 9, построенные на операционных усилителях, позволяют получить постоянные времени интегрирования несколько тысяч секунд. В связи с этим частотный диапазон измерения переменной магнитной индукции может быть снабжен до сотых долей герца.

Таким образом, способ и устройство для его реализации обеспечивают повышение точности измерения переменной магнитной индукции и расширение частотного диапазона в инфранизкочастотную область.

822093 о

Фз авиа 2

Составитель Е. Данилина

Редактор М. Недолуженко Техред Т Маточка Корректор M. Вигула

Заказ 1842/70 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ 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 цию и суммируют с измеряемой переменной.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее генератор. низких частот; подключенный к катушке магнитной индукции и к первому

5 входу первого синхронного детектора, последовательно соединенные блок ком- . пенсации магнитной индукции, первичный преобразователь и электронный блок магнитометра, выход которого соединен со входом первичного преобразователя и со вторым входом первого синхронного детектора, и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, оно снабжено двумя интеграторами, инвертором, суммирующим усилителем и вторым синхронным, детектором,, подключенным первым входом через инвертор к выходу генератора низкой частоты, вторым входом — к выходу электронного блока магнитометра, выходом — через первый интегратор со

cBQHM,òðåòüèì входом, .выходы интеграторов подключены к входам регистратора и суммирующего .усилителя, выход первого синхронного детектора через второй интегратор связан со.своим третьим входом, а выход суммирую- . щего усилителя подключен ко второму входу первичного преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское, свидетельство СССР

Р 457944, кл . G 01 Р 33/02, 1974. 2. Афанасьев Ю.В., Студенцов Н.В. и др. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. Л., "Энергия", 1972, с. 200-201.