Магнитометр

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

<»>892357 (63) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) За"алеко 310380 (21) 2899848/18-21 с присоединением заявки Nо (23) Приоритет

Опубликовано 23.12.81.6юллетеиь @ 47

Дата опубликования описания 2 >1281 (53)pA (дз

G 01 R 33/02

Государстаеииый комитет.

СССР ио делам изобретеиий и открытий (53) УДК 62l.317.. 44 (088. 8) Э.A.Ìåëüíèêîâ, И.Д.Некрасов, В.Ф.Носарев, .Н. Канарейкин, Д.М.Александров, В.A.Струков, В.В.Кашин и А.В.Егоров (72) Авторы изобретения

J

Курский политехнический институт и Калужфсий электромеханический завод (7t) Заявители (5 4) МАГНИТОМЕТР

Помехозащищенный магнитомодуляционный магнитометр предназначен для измерения слабых низкочастотных магнитных полей в широком диапазоне частот и может быть использован в геофизике, магнитобиологии и других областях науки и техники.

Известны магнитомодуляционные магнитометры, предназначенные для регистрации. низкочастотных магнит.ных полей, содержащие магнитомодуляционный датчик с приемными обмотками, обмоткой компенсации, синхронный детектор, через усилитель-ограничитель связанный с приемными обмотками, выход, которого подключен ко входу фильтра нижних частот, усилитель мощности, выход которого соединен с обмоткой компенсации,в входс усилителем-смесителем fl), Недостатки устройства - отсутствие автоматической компенсации переменных магнитных полей электрического поля промышленной частоты и ее гармоник, что снижает предельную чувствительность магнитометра, а использование электродвигателя н механической связи в цепи автокомпенсации обуславливает большую постоянную времени системы, что приводит к нарушению режима компенсации при сравнитЕльно быстрых вариациях напряженности геомагнитного поля или измерениях угловой ориентации оси магнитометра.

Цель изобретения — повышение помехоэащищенности и предельной чувствительности. — Поставленная. цель достигается тем, что в магнитометр, содержащий магнитомодуляционнйй датчик с приемнымн обмотками, обмоткой компенсации, синхронный детектор, через усилитель-ограничитель связанный с приемными обмотками, выход которого подключен ко входу фильтра нижних частот, усилитель мощности, выход которого соединен с обмоткой ком2О пенсации, в вход - с усилителем смесителем, введены последовательно соединенные ограничитель, фазовый детектор, управляемый генератор импульсоэ,счетчик, дешифратор, коммутатор и синхронный фильтр, выход .которого связан со.входом усилителясмесителя, второй вход — с выходом; фильтра нижних частот,а второй вход

Фазового детектора - со вторым выходом

30 счетчика.

892357

На фиг. 1 из ображен а Фун кциональная .схема магнитометра, на фиг,2 частотная характеристика передачи синхронного гребенчатого фильтра.

Помехоэащищенный магнитомодуляционный магнитометр (фиг.l) состоит из магнитомодуляционного датчика с локальным возбуждением, содержащего неперемагничивающиеся ферритовые стержни- концентраторы 1 с намотанными на них приемными обмотками 2.

Концентраторы 1 магнитно связаны друг с другом посредством магнитного модулятора 3 с обмоткой возбуждения 4, соединенной с генератором

5 тока возбуждения. Выход приемных обмоток 2 связан со входом усилителя-ограничителя б, выход усилителя ограничителя б — со входом синхронного детектора 7, второй опорный, вход которого соединен со вторым выходом генератора 5 возбуждения.

Выход синхронного детектора 7 связан со входом фильтра 8 нижних частот. К выходу фильтра 8 нижни-х частот подключены два эмиттерных повторителя 9 и 10. Один из них обеспечивает передачу на выход к остальным измерительным цепям магнитометра измеряемых сигналов, другой связывает выход Фильтра 8 нижних частот с контуром автокомпенсации. Выход эмиттерного повторителя 9 связан с сигнальным входом синхронного гре- бенчатого фильтра 11, выход синхронного гребенчатого фильтра 11 — со входом усилителя-смесителя 12, а его выход - со входом усилителя 13 мощности. К выходу усилителя 13 мощности -..подключена компенсационная обмотка 14..

К силовой сети подключается вход ной ограничитель 15, к выходу которого подключен Фазовый детектор 16, на выход которого подключен управляемый генератор 17 импульсов. Выход генератора 17 импульсов связан со входом счетчика,18, выход которого связан с дешифратором 19. Дешифратор соединен с коммутатором .20 емкостей синхронного Фильтра.

Магнитометр работает следующим образом.

В начальный момент, когда компен. сация отсутствует, иа выходе приемных обмоток 2 преобразующим выходным напряжением является напряжение, обусловленное постоянным геомагнитным полем. Это напряжение с частотой равной частоте магнитной модуляции и большой;.амплитудой поступает в усилитель-ограничитель б и затем в синхронный детектор 7. Фильтр 8 нижних частот отсекает частоты модуляции и постоянную составляющую, обусловленную геомагнитным.полем, направляет в эмиттерные повторители

9 и 10.

Сигнал постоянного тока проходит через синхронный фильтр 11, частотная характеристика которого изображена на фиг. 2. Усиливаясь в,усили- теле 12, сигнал преобразуется в управляющий ток в усилителе 13 мощности. Этот ток в обмотке 14 создает компенсирующее поле, направленное против постоянного геомагнитного поля.

Достаточным условием компенсации является

Н = max

W = (р)ъ --—

АН— где Я = щах - максимальное значение постоянного магнитного поля;

15 W = (p) передаточная Функция разом кнутого контура компенсации на постоянном токе (обусловленная коэффици- ентом передачи тракта магнитомодуляционный датчик - усилитель- ограничи20 тель б — синхронный детектор 7 фильтр 8 — эмиттерный повторитель 9 фильтр 11 — усилитель - смеситель 12, усилитель мощности 13 и компенсирующей катушкой 14); ьН вЂ” ошибка компенсации постоянного поля,:конкретно задаваемая для данного магнитометра.

Так, например, если задано ЬН не более одной гаммы, то

W = (p) r5 10

30 что реализуется технически достаточно просто.

После того, как произошла компенсация постоянного поля до уровня и Н», превалирующим сигналом помехи

3$ будет сигнал, обусловленный полем с частотой 50 Гц и его гармониками.

Этот сигнал. проходит через синхронный детектор 7, фильтр 8 нижних частот, эмиттерный повторитель 9 и синхронный

4О фильтр 11. Гребенчатый синхронный фильтр 11, управляемый напряжением

50 Гц, пропускает как эту частоту, так и все гармоники кратные ей. Дайный фильтр работает на принципе синхронной циклической коммутации N емкостей. Если нижняя частота синхронного гребенчатого фильтра равна

fо, то частота коммутации должна быть равна Ng Добротность такого фильтра может быть получена как угод50 но большой, т.е. полосы пропускания могут быть сделаны как угодно узкими

Добротность прямо пропорциональна постоянной времени фильтра и количеству емкостей N

В схеме магнитометра генератор

l7 импульсов генерирует управляющие импульсы с частотой N-50 Гц. Эти импульсы поступают в счетчик 18, имеющий Я различных состояний. К выхо60 .ду счетчика подключен дешифратор 19, .выдающий импульсы, управляющие Комму" татором 20, который управляет ключами емкостей синхронного фильтра ll, Так же, как и сигнал постоянного тока, сигйал тока промышленйой час892357 тоты, проходит через усилитель-смеситель 12 и усилитель 13 мощности в компенсирующую обмотку 14. В этой части работа системы компенсации переменных полей промышленной частоты принципиально ничем не отличается от системы компенсация постоянного поля. Разность фаз поля промышленной частоты и опорной частоты генератора

17 импульсов является случайной величиной, если последний работает в авто- О номном режиме. Кроме Этого, возможна ! расхождение частоты сети и опорной частоты генератора 17. Это приводит к значительному.ухудшению свойств. синхронного фильтра. Для исключения этого используется контур фазовой. 15 автоподстройки. На вход ограничителя 15 подается напряжение промышленной сети, где оно преобразуется в меандр и поступает на вход фазового детектора 16. Со второго выхода 18 20 меандр с частотой 50 Гц подается на опорный вход фазового детектора .16. Выходной сигнал фазового детектора, являющийся сигналом рассогла-:. сования, управляет фазой и частотой импульсов генератора 17.

Лабораторные испытания макета магнитометра показали, что на нем,цостаточно легко реализуется компенсация постоянного геомагнитного поля и переменных мешающих полей с частотами 50 и 100 Гц до величины около

l гаммы.

Формула изобретения

Магнитометр, содержащий магнитомодуляционный датчик с приемными обмотками, обмоткой компенсации, синхронный детектор, через усилительограничитель связанный с приемными обмотками, выход которого подключен ко входу фильтра нижних частот, усилитель мощности, выход которого соединен с обмоткой компенсации, а вход — с усилителем-смесителем, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности и предельной чувствительности, I в него введены последовательно соединенные ограничитель, фазовый детектор, управляемый генератор-импуль сов, счетчик, дешифратор, коммутатор и синхронный фильтр, выход кото» рого связан со входом усилителя"смесителя, второй вход - с выходом фильтра нижних частот, а второй вход фазового детектора - со вторым выхо-. дом счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 576828 кл. G 01 R 33/00,1975.

892357 фиг. 2

Составит<щь E. Данилина

Редактор Н.Пушненкова Техред A Савка Корректор С.Щомак

Заказ 11249/68 Тираж 735 Подли сн о е

ВНИИПИ 1 осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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