Ферритовый магнитомодуляционный градиентометр

Ферритовый магнитомодуляционный градиентометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е 1111 56l9I5

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.06.75 (21) 2141812/25 (51) М. Кл G 01R 33/02 с присоединением заявки №

Гасурвратвенный кемнтет

Севета йнннстрав СССР ав делам нэабретвннй и аткрытий (23) Приоритет

Опубликовано 15.06.77. Бюллетень ¹ 22

Дата опубликования описания 20.07.77 (53) УДК 550.380(088.8) (72) Авторы изобретения

E. 1О. Кушарский и А. К. Хохлов

Воронежский политехнический институт (71) Заявитель (54) ФЕРРИТОВЫЙ МАГНИТОМОДУЛЯЦИОННЫИ

ГРАДИЕНТОМЕТР

Изобретение предназначено для регистрации весьма малых градиентов постоянных низкочастотных магнитных полей и может быть использовано в геофизике, геологоразведке, для поиска и обнаружения ферромагнитных тел, а также в биофизике, медицине и др.

Известны феррозондовые градиентометры, построенные по дифференциальной схеме и предназначенные для измерения градиентов магнитного поля (1).

Однако точность этих устройств ограничена рядом факторов, которые не всегда возможно устранить.

Известен ферритовый магнитомодуляционный градиентометр, который содержит две пары параллельных стержней, ферритовые кольца-модуляторы, обмотки постоянного смещения и сигнальную обмотку, обмотки переменного тока возбуждения, источник постоянного тока, генератор возбуждения и электронную схему (21, Этот градиентометр обладает невысокой чувствительностью, так как ему присущи следующие недостатки: ограниченность геометрической базы; а следовательно, малая чувствительность по градиенту поля; трудность использования резонансного режима работы сигнальных катушек, связанных между собой общим магнитопроводом с переменной проницаемостью; трудность выравнивания коэффициентовпередачи полуэлементов граднентометра, поскольку наиболее просто это достигается регулировкой амплитуды возбуждения, в данном приборе это невозможно, ввиду наличия общего модулятора; трудность компенсации однородной состав1р ляющей внешнего поля, что определяется изломанной формой магнитопровода; сложность конструкции сердечника и ее нетехнологичность, определяемая отсутствием стандартных элементов требуемой формы.

Цель изобретения — увеличение чувствительности ферритового магнитомодуляционного градиентометра.

Это достигается тем, что в предлагаемый градиентометр введены три параллельных ферритовых элемента, которые содержат по два соосных стержня-концентратора, магнитосвязанных между собой через кольцо-модулятор, причем на каждом из модуляторов размещены по две обмотки, одни из которых включены к общему источнику. постоянного тока, а другие — к общему генератору возбуждения, а на центральном ферритовом стержне размещена сигнальная обмотка, ко.

Зр торая включена к входу электронной схемы.

561915

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого градиентометра; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Градиентометр состоит из двух пар соосных ферритовых стержней-концентраторов 1 и 2 (фиг. 1), оси которых строго параллельны между собой. Каждая пара концентраторов магнитосвязана между собой через ферритовые кольца-модулятора 3 и 4, соответственно.

На модуляторах размещены обмотки постоянного смещения 5 и 6, запитываемые от высокостабильного источника постоянного тока

7, и обмотки переменного тока возбуждения 8 и 9, запитываемые от общего генератора возбуждения 10 через органы регулировки амплитуды и фазы 11 и 12.

11а оси симметрии градиентометра расположен неперемагничиваемый ферритовый сердечник 13, на котором размещена общая сигнальная катушка 14, настраиваемая на частоту возбуждения емкостью 15. Сигнальная катушка 14 включена на вход согласующего устройства 16, далее следует усилитель высокои частоты 17, фазовый детектор 18, усилитель огибающей 19, с выхода которого снимается полезный сигнал.

На фиг. 2 принятые следующие обозначения: ре,(Н,); ре.,{Н,) — зависимости действующих магнитных прони цаемостей первого и второго полуэлементов от величины магнитного поля в модуляторе;

FlI(t); Н (1) — переменные магнитные поля возбуждения первого и второго полуэлементов градиентометра;

НΠ— постоянное магнитное поле смещения полуэлементов градиентометра;

pp>(t)> }р:,(1) — зависимости действующих проницаемостей первого и второго полу элементов от времени.

Градиентометр .работает следующим образом.

В исходном состоянии при равенстве нулю переменных составляющих полей возбуждения НI(t) и Н (1) (точка to на фиг. 2) кольцо-модулятор 8 первого полуэлемента имеет некоторую исходную магнитную проницаемость, обусловленную током смещения, в результате чего весь первый полуэлемент имеет действующую магнитную проницаемость определяемую точкой О. Соответственно кольцо-модулятор 4 второго полуэлемента, находящийся под действием такого же смещения постоянного поля, обеспечивает в исходном положении проницаемость второго полуэлемента, также равную ре„. При подаче противофазных переменных полей возбуждения

DI(t) и Н (1) в модуляторы соответствующих полуэлементов, как это видно на фиг. 2, их суммарная проницаемость не меняется во времени и остается равной pz„поскольку

Н, (t) = — Н,(t), р (t) = — р (t). (1)

Для обеспечения этого условия модуляторы полуэлементов возбуждаются общим генератором 10 через органы регулировки амплитуды и фазы тока возбуждения, что позволяет с большой точностью скомпенсировать естественный разбаланс схемы, появляющийся изза разброса в параметрах модуляторов.

h,ñëH на градиентометр воздействует равномерное внешнее поле Нвв(<ПО, то первый полуэлемент создает в сигнальной катушке пе15 ременныи магнитный поток

Ф1 — К1 р ы () +âè (2) где Ki — коэффициент связи, определяемый геометрией расположения первого полуэлемента и сигнальной катушки;

S — площадь поперечного сечения сердечника сигнальной катушки; ре,— действующая проницаемость сло кного магнитопровода, состоящего из первого полуэлемента и сердечника сигнальной катушки (силовая линия л1 на фиг. 1).

Аналогично второи полуэлемент создает

Ф (t ) = К Ь р,, (t) Н

Ввиду полной симметрии схемы и с учетом

35 выполнения условий (l) можно считать К1 ——

=А =Кз и

v,, () = — i, ., { ). {4) 1 огда в рассматриваемом случае воздействия равномерного поля Н суммарный магнитныи поток на частоте возбуждения, сцепленный с сигнальной катушкой

Ф вЂ”вЂ” Ф,+Ф, = — К 5 Н,„ р (/)+р (t)j=0. (5) Тогда будет иметь место некоторый результирующий магнитный поток Фв — — О, который создает в сигнальной катушке э.д.с. разбаланса Ф„, е= — Ф, (6) ГДЕ В, — IHCJIO BHTKOB CHI HB JIbHOH KBT IIIKH;

Q — добротность контура.

При малых значениях ЬН величина этой э. д. с. пропорциональна градиенту поля.

Основные преимущества предлагаемого rpa65 диентометра следующие;

45 Если поле неравномерно, то есть имеется некоторый градиент поля ЬН = Н1в„— Нв,„, подлежащий измерению, то исходные рабочие точки модуляторов переместятся по кривои ре (Н) несимметрично, поэтому

vÄ {t) + а (/).

561915 простота и технологичность конструкции, определяемые использованием только стандартных ферритовых элементов-стержней и колец; минимальное количество сигнальных катушек и вытекающая отсюда простота реализации резонансного режима с высокой добротностью; простота электроники, определяемая наличием лишь одного канала приема и преобразования сигнала; простота компенсации однородной составляющей внешнего поля, поскольку сигналы однородного поля вычитаются в сигнальной катушке; низкий уровень собственных шумов, определяемый использованием принципа локального перемагничивания в режиме возбужде.ния первого рода (со смещением) и существенным выносом сигнальной катушки за пределы перемагничиваемого участка-модулятора на отдельный неперемагничиваемый сердечник; простота выравнивания коэффициентов преобразования полуэлементов путем изменения параметров поля возбуждения.

Формула изобретения

Ферритовый магнитомодуляционный градиентометр, содержащий две пары параллель5 ных ферритовых стержней, ферритовые кольца-модуляторы, обмотки постоянного смещения и сигнальную обмотку, обмотки переменного тока возбуждения, источник постоянного тока, генератор возбуждения и электронную

lO схему, отличающийся тем, что, с целью увеличения его чувствительности, в него введены три параллельных ферритовых элемента, которые содержат по два соосных стержня-концентратора, магнитосвязанных между

15 собой через кольцо-модулятор, причем на каждом из модуляторов размещены по две обмотки, одни из которых включены к общему источнику постоянного тока, а другие— к общему генератору возбуждения, а на

2о центральном ферритовом стержне размещена сигнальная обмотка, которая включена квходу электронной схемы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

25 1. Афанасьев Ю. В. Феррозонды, Л., Энергия, 1969, с. 151.

2. Авторское свидетельство СССР №368560, кл. G 01R 33!00, G 01V 3/00, 1971 (прототип).

561915

Фпг 2

Составитель Ю. Сизов

Техред И. Карандашова

Корректор E. Хмелева

Редактор И. Шубина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1616/8 Изд. № 542 Тираж 1109 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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