Устройство для измерения параметров магнитного поля

 

О П И C А Н И Е ()866511

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Соцналнстнчесннк

Реслублнн (6I ) Дополнительное к авт. свид-ау (22) Заявлено 11.12.79 (2I ) 2850725/18-21 (5 () Я Кд с присоелинением заявки И

С 01 К 33/02

1Ъаударстаенный комитет (23) Приоритет ао делам изобретений н открытий

Опубликовано23.09.81. Бюллетень №35 (53 ) УД К 621.3 17.,757 (088.8) Дата опубликования описания 23.09.81

Ю.. H. Бобков и Б. М. Смирнов (? 2) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров магнитного поля (составляющих вектора магнитной индукции, пространс гвенных производных вектора магнитной индукции и т.д.), например в геофизике для проведения магниторазведочных работ, в медицине для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний, в промышленности для автоматизации производственных процессов и т.д.

Известно устройство для измерения параметров магнитного поля, содержащее ферромодуляционный преобразователь, удвоитель частоты, источник переменного тока, выходы которого подключены к пер15 вому входу ферромодуляционного преобразователя и ко входу удвоителя частоты, генератор переменного ЭДС, фазовращатель, вход которого подключен к выходу

20 генератора переменной ЭДС, усилитель, основной синхронный детектор, первый вход которого подключен к выходу усилителя, а второй вход - к выходу фазовращателя, дополнительный синхронный детектор, первый вход которого подключен к выходу ферромодуляционного преобразователя, а второй вход — к выходу удвоителя частоты, модулятор, первый вход которого подклточен к выходу дополнительного синхронного детектора, а второй вход - к выходу генератора переменной ЭДС. Кроме того, известное устройство содержит регистрирующий прибор, вход которого подключен к выходу основного синхронного детектора и элемент отрицательной обратной связи, вход которого подключен к выходу основного синхронного детектора, а выходко второму входу первого модуляционного преобразователя.

В известном устройстве выход ферромодуляционного ттреобразователя подключен к фильтру (дополнительному синхронному детектору), который пропускает синфазную составляющую ЭДС второй гармо ники и не пропускает как нечетные гармоники, так и квадратурную составляюшую

ЭДС второй гармоники. Выходной сигнал

866511 с дополнительного синхронного детектора преобразуется модулятором в переменный, усиливается, детектируется и подается на регистрирующий прибор. Следовательно, в выходном сигнале известное устройство

5 исключает погрешность, обусловленную вли» янием нечетных гармоник и кввдратурной составляющей ЭДС второй гармоники L13.

Недостатком известного устройства яв- о ляется низкая точность измерения параметров магнитного поля из за дрейфа нуля дополнительного синхронного детектора.

Дрейф нуля дополнительного синхронного детектора в виде медленно изменяющегося напряжения преобразуется модулятором в переменное напряжение, которое затем детектируется и поступает на регистрирую,щий прибор. Таким образом, дрейф нуля дополнительного синхронного детектора ре о гистритуется как полезный сигнал в магнитном поле. Следовательно, дрейф нуля ограничивает порог чувствительности известного устройства и тем самым снижает точность измерения параметров магнитного поля.

1Яель изобретения - повышение точности измерения параметров магнитного поля.

Эта цель достигается тем, что устройзо ство для измерения параметров магнитного поля, содержащее ферромодуляционный преобразователь, удвоитель частоты, источник переменного тока, выходы которого подключены к первому входу ферромо- 35 дуляционного преобразователя н ко входу уЬвоителя частоты, генератор переменной

ЭДС, усилитель, основной синхронный детектор, первый вход которого подключен к выходу усилителя, дополнительный син- 40 хронный детектор, первый выход которого подключен к выходу ферромодуляционного преобразователя, элемент отрицательной обратной связи, вход которого подключен к выходу основного синхронного детекто- 4> ра, а выход - ко второму входу ферромодуляционного преобразователя, и регистрирующий прибор, вхоД которого подключен к выходу основного синхронного детектора, снабжено коммутатором, два первых 50 входа которого подключены к двум выходам удвоителя частоты, а третий вход - к первому выходу генератора переменной ЭДС.

При этом два выхода коммутатора подключены ко второму и третьему выходам дополнительного синхронного детектора, выход которого подключен ко входу усилителя, а второй вход основного синхронно4 го детектора подключен ко второму выходу генератора переменной ЭДС.

Такое включение коммутатора с удво- ителем частоты с генератором переменной

ЭДС и дополнительным синхронным детек- тором ослабляет влияние дрейфа нуля дополнительного синхронного детектора ив результат измерения параметров магнитного поля более чем на порядок, что обеспе-, чивает уменьшение порога чувствитеш ности предлагаемого устройства, а следовательно, и повышение точности измерений.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2эпюры напряжений с удвоителя частоты, с генератора переменной ЭДС, с коммутатора и с выхода дополнительного синхронного детектора.

Устройство (фиг. 1 ) содержит ферромодуляционный преобразователь 1, удвоитель 2 частоты, источник 3 переменного тока, выходы которого подключены к первому входу ферромодуляционного преобразователя 1 и ко входу удвоителя 2 частоты, генератор 4 переменной ЭДС, усилитель 5, основной синхронный детектор 6, первый вход которого подключен к выходу усилителя 5, а второй вход - к выходу генератора 4 переменной ЭДС, дополнительный синхронный детектор 7, первый вход которого подкпючен к выходу ферромодуляционного преобразователя 1, коммутатор 8, два первых входа которого под-. ключены к двум выходам удвоителя 2 частоты, а третий вход — к выходу генератора 4 переменной ЭДС, элемент 9 отрицательной обратной связи, вход которого подключен к выходу основного синхронного детектора 6, а выход — ко второму входу ферромодуляционного преобразователя 1, и регистрирующий прибор 10; вход которого подключен к выходу детектора 6. При этом два выхода коммутатоA ра 8 подключены ко второму и третьему выходам детектора 7, выход которого подключен ко входу усилителя 5.

Устройство работает следующим образом.

При перемагничивании ферромодулицонного преобразователя 1, возбуждающим сигналом воспроизводимым источником 3 переменного тока и при наличии магнитного поля, и выходной ЭДС упомянутого преобразователя 1 возникают кратные нечетные и четные гармонические составляющие. В ферромодуляционном преобразователе 1 в качестве полезного сигнала, пропорционального измеряемым параметрам

5 8665

45 магнитного поля, используется вторая гармоника. Однако в выходном сигнале ферромодуляцконного преобразователя 1 содержится не только синфазная, но и квадратурная составляющая ЭДС второй гармоники. Выход ферромодуляпионного пре-. образователя 1 подключен к первому входу дополнительного =инхронного детекто=. ра 7. Второй и третий входы дополнительного синхронного детектора 7 подклю- 10 чены к коммутатору 8. Дополнительный детектор 7 настроен на синфазную составляющую ЭДС второй гармоники выходного сигнала ферромодуляционного преобразователя 1, поэтому сигнал с выхода упомя- 5 нутого детектора 7 пропорционален синфазной ЭДС второй гармоники. Информация об измеряемом магнитном поле снимается с выхода дополнительного синхронного детектора 7 в виде переменного напряже- ния, частота которого равна частоте генератора 4 переменной ЭДС. Для получения такого напряжения с выхода детектора 7, первые два входа коммутатора 8 подключены через удвоитель 2 частоты к источнику 3 переменного тока, а третий вход этого коммутатора 8 - к первому выходу генератора 4 переменной ЭДС. Частота напряжения в удвоителе 2 частоты удваивается. Импульсные напряжения 0 и

U с удвоителя 2 частоты (фиг. 2) подаются на первый и второй входы коммутатора 8 (фиг. 1). При этом импульсы напряжения Ug (фиг. 2) задержаны относительно импульсов напряжения У на полпериода. Кроме того, на третий вход

35 коммутатора 8 (фиг. 1) поступают импульсы напряжения коммутации Uc (фиг. 2) с . генератора 4 (фиг. 1), частота которых более чем на порядок меньше частоты то40 ка и напряжения, создаваемых источником 3 переменного тока. Импульсами напряжения U (фиг. 2) осуществляется управление коммутации дополнительного синхронного детектора 7 (фиг. 1). Так например, при положительной полярности напряжения Uq (фиг. 2) с обоих выходов коммутатора 8 (фиг,,1 ) поступают на второй и третий выходы дополнительного синхронного детектора 7 импульсы напряжения коммутации 0, и 05 (фиг. 2), совпадающие по времени и полярности соотвественно с импульсами напряжений 04 и

Uy. При отрицательной полярности напря. жения Qe с обоих выходов коммутатора

8 (фиг. 1) поступают иа второй и третий 55 входы детекторы 7 импульсы нацряже ний U4 и 0 (фиг. 2), сдвинутые во фазе на 180 по отношению к этим же им11 6 пульсам, когда напряжение U было положительной полярности. При такой коммутации детекторы 7 (фиг. 1) и при отсутствии измеряемого магнитного поля на выходе этого детектора 7 будет напряжение

U (фиг. 2) равное значению дрейфов нуля упомянутого детектора 7 (фиг. I). При, наличии измеряемого магнитного поля напряжение, пропорциональное этому измеряемому полю, на выходе детектора 7 меняет полярность при смене фаз напряжений, поступающих на этот детектор 7 с коммутатора 8, в то время как полярность напряжения дрейфа нуля детектора 7 не зависит от смены фаз напряжений, постуО пающих с коммутатора 8. Например, при положительной полярности напряжения (фиг. 2) на выходе детектора 7 (фиг. 1) будет сигнал равный (U + U ) (фиг. 2), а при отрицательной полярности напряжения u -(0 — 0,), где u - напряжение пропорциональное измеряемому магнитному полю. Таким образом, с выхода детектора 7 (фиг. 1) поступает на вход усили- теля 5 переменный сигнал с частотой равной частоте переменного напряжения генератора 4 переменной ЭДС и с амплитудой, пропорциональной только измеряемому магнитному полю.

Усилитель 5 (фиг. 1) осуществляет усиление переменного напряжения, частота которого много больше частоты напряжения дрейфа нуля, т.е. усилитель 5 является фильтром верхних частот, поэтому на выходе усилителя 5 будет сы.нал, пропорциональный,только измеряемому магнитному полю.

С выхода усилителя 5 сигнал, пропорциональный измеряемому магнитному полю, поступает на первый вход основного синхронного детектора 6, на второй вход которого подано напряжение со второго выхода генератора 4 переменной ЭДС. Основной синхронный детектор 6 преобразует переменный сигнал, поступающий на его первый вход, в постоянный, пропорциональный амплитуде и фазе упомянутого сигнала. Сигнал с синхронного детектора

6 снимается регистрирующим прибором

10 и поступает через элемент 9 отрицательной обратной связи на второй вход ферромодуляционного преобразователя 1 для обеспечений необходимой отрицатеш ной обратной связи по измеряемому магнитному полю.

Повышение точности измерения пара метров магнитного поля предлагаемым усъ ройством по сравнению с известным достигнуто благодаря ослаблению влияния

7 86651 напряжения дрейфа нуля дополнительного синхронного детектора 7 на результаты измерений более чем на порядок.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров магнитного поля, содержащее ферромодуляционный преобразователь, удвоитель чао- ð тоты, источник переменного тока, выходы которого подключены к первому входу ферромодуляционного преобразователя и ко входу удвоителя частоты, генератор переменной ЭДС, усилитель, основной син» хронный детектор, первый вход которого подключен к выходу усилителя, дополнительный синхронный детектор, первый вход которого подключен к выходу ферромодуляционного преобразователя, элемент отрицательной обратной связи, вход которого подключен к выходу основного синхронного детектора, а выход - ко второму

1 8 входу ферромодуляционного преобразователя, и регистрирующий прибор, вход которого подключен к выходу основного синхронного детектора, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено коммутатором, два первых входа которого подключены к двум выходам удвоителя частоты, а третий вход - к первому выходу генератора переменной ЭДС, при этом два выхода коммутатора подключены ко второму и третьему выходам дополнительного синхронного детектора, выход которого подключен к усилителю, а второй вход основного синхронного детектора подключен ко второму выходу генератора перемен— ной ЭДС.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2562541./18 21, кл. G 01 К 33/02, 1978.

U) Составитель Г. Семенова

Редактор Г. Волкова Техред А. Савка Корректор Г. Решетник

Заказ 8073/69 Тираж 735 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