Устройство для измерения параметровпеременного магнитного поля

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ЫЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскии

Социалистическик

Республик ()834630 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 20.08.79 (21) 2814130/18-21 (51) М. Кл. з с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

G 01 R 33/02

f4cJJ4lpcIINllblN комитот

СССР (53) УДК 621.317..44 (088.8) во делом изооретеиий и открытий

Опубликовано 30.05.81. Бюллетень № 20

Дата опубликования описания 05.06.81 (72) Л втор изобретеиия

Ю. В. Афанасьев (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к измерениям повышенной точности переменных магнитных полей и предназначено для изучения магнитной восприимчивости веществ, а также для поиска объектов негеологического происхождения и в метрологической практике для проверки магнитометров переменных магнитных полей.

Известно устройство — установка для поверки магнитометров переменных полей, . содержащее генератор переменного напряжения звуковой частоты, катушку, включен- тв ную последовательно с образцовым сопротивлением, регистрирующие устройства в виде автономных селективных вольтметров, подключенных соответственно к образцовому сопротивлению и выходу поверяемого магнитометра, первичный преобразователь (дат чик) которого установлен внутри катушки (1).

Недостатком известного устройства является низкая точность измерений, обусловленная слабой помехозащищенностью селективных вольтметров, которые не связаны синхронно с генератором переменного напряжения звуковой частоты и наряду с полезными сигналами регистрируют помехи, уровень которых и определяет погрешность измерений, особенно при поверке высокочувствительных,магнитометров. Кроме того, при проведении поверок на разных частотах вслед за перестройкой генератора переменного напряжения необходимо перестраивать по частоте и селективные вольтметры, чта требует не только затрат времени, но и определенных навыков, так как поиск слабого полезного сигнала на выходе магнитометра производится на фоне упомянутых помех.

На поверяемые магнитометры могут оказывать также заметное влияние и постоянные магнитные поля, например, магнитное поле

Земли, компенсация которого в известном устройстве не предусмотрена.

Наиболее близкое к предлагаемому устройство содержит магнитометр с направленным датчиком, генератор переменного напряжения звуковой частоты, катушку, расположенную соосно датчику, подключенную к генератору, усилительно-преобразовательный каскад, выполняющий функцию синхронного детектора, коммутируюиищий вход которого соединен с отдельным выходом генератора, регистрирующее устройство и элементы цепи обратной связи по магнитному полю (2).

834630

За чателем рода работ, при этом масштабный блок механически сопряжен с аттенюато; ром напряжения, вход масштабного усилителя подключен к образцовому резистору, а выход — к одному из неподвижных контактов переключателя рода работ, подвижный контакт которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, а второй подвижный контакт переключателя рода работ соединен с выходом усилительно - преобразовательного блока.

Сущность изобретения поясняется черте?KoM, на котором представлена функциональная схема устрсйства для измерения параметров переменного магнитного поля.

Устройство содержит магнитометр 1 с направленным датчиком 2 и усилительнопреобразовательный блок 3, генератор 4 переменного напряжения звуковой частоты, обмотку 5, включенную в цепь генератора 4 и расположенную соосно датчику 2, двухполупериодный синхронный детектор 6, регистрирующий прибор 7, элементы цепи обратной связи по полю — катушка 8 обратной связи и четырехполюсник 9, аттенюатор

10 напряжения, образцовый резистор 11, масштабный усилитель 12, масштабный блок

13, формироват, ь 14 прямоугольных импуль35

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерений, обусловленная тем, что в нем не предусмотрены элементы коррекции сдвига фазы тока в катушке, появляющегося при изменении частоты генератора переменного напряжения, фаза тока коммутации, питающая усилительно-преобразовательный каскад (синхронный детектор) не связана с фазой тока катушки, отсутствует возможность измерения тока в катушке синхронным способом, т.е. с использованием упомянутых усилительно-преобразовательного каскада и регистрирующего устройства.

Цель изобретения — повышение точности измерений параметров переменного магнитного поля.

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения параметров переменного магнитного поля, содержащее магнитометр с направленным датчиком и подключенным к нему усилительно-преобразовательным блоком, генератор переменного напряжения звуковой частоты,.обмотку, расположенную соосно датчику, двухполупериодный синхронный детектор и подключенный к нему регистрирующий прибор, элементы цепи обратной связи по магнитному полю, подключенные к выходу усилительнопреобразовательного блока, снабжено аттенюатором напряжения и образцовым резистором, подключенным к упомянутому генератору и обмотке, масштабным блоком, последовательно соединенным с масштабным усилителем, формирователем прямоугольных импульсов тока и усилителем-ограничителем.импульсов тока, а также переклюсов тока, усилитель;ограничитель 15 импульсов тока и переключатель 16 рода работ.

Аттенюатор 10 напряжения подключен к выходу генератора 4, образцовый резистор

11 включен последовательно с обмоткой 5, масштабный блок 13 механически сопряжен с аттенюатором 10 (имеют общую ручку управления), вход масштабного усилителя 12 подключен, к образцовому резистору 11, а выход — к формирователю 14 прямоугольных импульсов тока и одному из неподвижных контактов 17 переключателя 16, подвижный контакт 18 которого соединен с сигнальным входом синхронного детектора 6, выход формирователя 14 прямоугольных импульсов через усилитель-ограничитель 15 соединен с коммутирующим входом синхронного детектора 6.

Установка для измерения параметров переменного магнитного поля работает следующим образом.

В обмотку 5 через аттенюатор 10 и образцовый резистор 11 подается переменный синусоидальный ток звуковой частоты, вырабатываемый генератором 4. Протекая по обмотке 5 переменный ток создает переменное поле В (t) = В„,з1пЯ -, хдеЯ вЂ” круговая частота и В„,— амплитуда поля. Поле B(t) действует на датчик 2 магнитометра 1. Одновременно на датчик 2 действует и внешнее постоянное поле В,, например магнитное поле Земли. В результате на выходе усилительно-преобразовательного блока 3 магнитометра 1 появляется сигнал в виде суммы постоянного и переменного напряжения

Y, = V, +V„sin(3.t +ф), где 1(— сдвиг фазы, обусловленный динамическими характеристиками магнитометра 1. Постоянная составляющая напряжения Vu, поступая на четырехполюсник 9, в общем случае выполняющего роль фильтра нижних частот, вызывает в катушке 8 обратной связи ток, уравновешивающий в объеме датчика 2 магнитомет ра 1 постоянное поле В1?.

Компенсация постоянного поля В> обеспечивает благоприятный режим для измерения параметров переменного магнитного поля B(t).

В режиме измерения, когда подвижный контакт 18 переключателя 16 замкнут с верхним неподвижным контактом 17, выход магнитометра 1 соединен с сигнальным входом синхронного детектора 6. При этом, если используется двухполупериодный синхронный детектор, то постоянная составляющая

14? или ее часть не вызывают на выходе ложного сигнала. Показания регистрирующего прибора 7 в этом случае пропорциональны только измеряемому параметру переменного поля B(t). Прп этом точность измерений не будет зависеть от изменения амплитуды и частоты поля В(1), поскольку с уменьшением амплитуды тока, вырабатываемого генератором 4, увеличивается в соответствующее число раз масштаб усилителя 12, что

834630

Формула изобретения

Зо дости -ается за счет механического сопряжения аттенюатора 10 напряжения с масштабным блоком 13, при изменении частоты генератора 4 сдвиг фазы тока в обмотке 5 учитывается за счет того, что вход масштабного усилителя 12 подключен к образцовому резистору 11, включенному последовательно с обмоткой 5, а его выход — к формирователю 14 прямоугольных импульсов тока, а затем через усилитель-ограничитель 15— к коммутирующему входу синхронного детектора 6. Следовательно. в установке автоматически учитывается не только сдвиг фазы тока в цепи обмотки,5, но и осуществляется жесткая связь между фазой тока обмотки 5 и тока коммутации, питающего синхронный детектор 6, независимо от изменения амплитуды и частоты генератора 4.

В режиме контроль тока когда подвижный контакт 18 переключателя 16 замкнут с нижним неподвижным контактом 19, с сигнальным входом синхронного детектора 6 будет соединен выход масштабного усилителя 12. Показания прибора 7 в этом случае пропорциональны измеряемому параметру тока, протекающему в обмотке 5. В силу причин, указанных выше, точность измерения параметров тока также не будет зависеть от изменения амплитуды и частоты генератора 4. Следовательно, наряду с обеспечением высокой точности измерения параметров переменного поля, создаваемого обмоткой 5, в предлагаемой установке обеспечивается и высокая точность измерения параметров тока, протекающего в обмотке 5.

Возможность последовательного измерения параметров переменного поля и переменного тока синхронным способом сообщает предлагаемой установке прецизионные свойства. Эти свойства определяются степенью взаимнокоррекляционной фильтрации периодических сигналов на фоне некогерентных помех и шумов и тем выше, чем больше время интегрирования результатов перемножения полезного сигнала с некоторой -весовой функцией, изменяющейся синхронно и синфазно с сигналом. В устройстве роль перемножителя и интегратора выполняет двухполупериодный синхронный детектор 6, роль канала формирования синфазной весовой функции выполняют образцовый резистор 11, включенный последовательно с.обмо кой 5, масштабный усилитель 12 с масштабным блоком 13, формирователь 14 прямоугольных импульсов тока и усилитель-ограничитель импульсов тока 15.

Предлагаемое устройство может быть использовано в практике определения магнитных характеристик веществ, в частности магнитной восприимчивости, при воздействии переменных полей различных частот.

Испытуемый образец при этом размещается вблизи обмотки 5 и датчика 2 магнитометра 1. Устройство может быть использовано также для скрытого поиска или счета намагниченных и проводящих объектов.

В метрологической практике устройство может быть использовано в качестве образ-цовой меры при поверке магнитометров переменных полей. В этом случае магнитометр

1, содержащий направленный датчик 2.и усилительно-преобразовательный блок 3 как раз и является поверяемым. Изменяя ампли10 туду и частоту переменного тока, протекающего в обмотке 5, а также амплитуду переменного напряжения на выходе магнитометра 1 с помощью синхронного детектора 6 и регистрирующего прибора !

7, можно получить семейство градуированных характеристик магнитометра 1 с учетом его динамических свойств .

Предлагаемое устройство позволит повысить точность измерений параметров переменного магнитного поля более чем на порядок. При этом высокая разрешающая способность установки обеспечивается и при наличии значительного уровня внешних некогерентных помех, т.е. в процессе эксплуатации установки не возникает необходимость в применении экранирующих камер (экранов), защищающих установку от внешних помех.

Устройство для измерения параметров переменного магнитного поля, содержащее магнитометр с направленным датчиком и подключенным к нему усилительно-преобразоЗ5 вательным блоком, генератор переменного напряжения звуковой частоты, обмотку, расположенную соосно датчику, двухполупериодный синхронный детектор и подключенный к нему регистрирующий прибор, элементы цепи обратной связи по магнитному полю, под40 ключенные к выходу усилительно-преобразовательного блока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено аттенюатором напряжения и образцовым резистором, подключенным к упо45 мянотому генератору и обмотке, масштабным блоком, последовательно соединенным с масштабным усилителем, формирователем прямоугольных импульсов тока и усилителем-ограничителем импульсов тока, а также переключателем рода работ, при этом мас50 штабный блок механически сопряжен с аттенюатором напряжения, вход масштабного усилителя подключен к образцовому резистору, а выход — к одному из неподвижных контактов переключателя рода работ, подвижный контакт которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, а второй подвижный контакт переключателя рода, работ соединен с выходом усилительно-преобразовательного блока.

834630

Составитель Г. Змиевская

Редактор М. Лысогорова Техред А. Бойкас Корректор В. Синицкая

Заказ 4048/72 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Афанасьев Ю. В., Студенцов Н. В., Хорев В. Н., Чечурина Е. Н. и Шелкин А. П.

Средства измерения параметров магнитного поля. Л. «Энергия», 1979.

2. Авторское свидетельство СССР № 106425, кл. G 01 R 33/16, !960.