Магнитометр

Магнитометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соаетсини

Соцналнстнчесннк

Республик

< 779949 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 240478. (21) 2607349/18-21 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.1130. Ь оллетень ¹ 4 2

Дата Опубликования опмсанмя 19.11.80 1 М К„з

G 01 R 33/02

Государственный комитет

СССР но аслам изобретений н открытий (53) УДК 621. 317..44(088.8) (72) Авторы изобретении я

Г. В. Волобуев, В. И.Заец, A.IO. Нартов, С.A.Ñáîåâ н A.È.Анашкин

Опытно-конструкторское бюро специального физического приборостроения при Воронежском политехническом институте (71) Заявитель (54) МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для точного измерения напряженности слабых низкочастотных и постоянных магнитных полей в широ- 5 ком интервале температур окружающей среды.

Известны магнитометры, содержащие магнитомодуляционный датчик с обмотками возбуждения и выходной: генера- !О тор переменного напряжения и усилительно-преобразовательную схему (1J.

Недостатком таких магнитометров является потребление большой мощности от источника переменного напряже- 15 ния, что связано с перемагничиванием сердечником магнитомодуляционного датчика по симметричному циклу динамической петли гистерезиса, близкому к предлагаемому. 20

Известны также магнитометры,содержащие магнитомодуляционный датчик с обмотками выходной, возбуждения и подмагничивания и усилительно-преобразовательную схему. Кроме того, как 25

Йравнло, для согласования обмотки аозбуждения с генератором переменного напряжения между ними включается емкость, образующая с обмоткой воэбуж дения нелинейный резонансный контур (2), ЗО

Эти устройства потребляют малую мощность от генератора переменного напряжения, так как перемагннчиванне происходит по малому несимметричному циклу, что обусловлено. постоянным током в обмотке подмагничивания.

Недостатком этих магнитометров является низкая стабильность коэффициента преобразования при воздействии таких дестабилизирующих факторов, как изменение температуры окружающей среды в широком диапазоне и сильные магнитные поля. Это объясняется тем, что коэффициент преобразования магнитометра зависит от магнитной проницаемости сердечником магнитомодуляционного датчика, которая меняет= ся s широких пределах в режиме с подмагничиванием значительно сильнее, чем в режиме без подмагничивания. Roлее того, достаточно сильные воздействия могут настолько изменять про-, ницаемость сердечников датчика, что индуктивность обмотки возбуждения существенно изменится, а это ведет к срыву нелинейного резонанса в цепи . возбуждения и полной Потере работоспособности. Восстановление работо- способности магнитометра после прекращения воздействия возможно только

779949 ны дополнительно формирователь сигнала, включенный между обмоткой возбуждения и генератором переменного напряжения, подключенные к выходу формирователя сигнала последовательно соединенные ограничитель, синхроннофазовый детектор, фильтр нижнйх час- gQ тот и усилитель постоянного тока, выходы которого подключены к обмотке подмагничивания, а также фазовращатель на 90, своим входом подключенный к генератору переменнбго напряжения, а выходом — ко второму входу синхронного-фазового детектора.

На чертеже приведена структурная схема магнитометра.

Магнитометр содержит магнитомодуляционный датчик 1 с обмотками воз- ЗО буждения 2, подмагничивания 3 и вых:>äHîé 4, резонансную емкость 5, формирователь б сигнала, пропорционального току в обмотке возбуждения, генератор 7 переменного напряжения, 35 двусторонний ограничитель 8 напряжения, фаэовращатель 9 на 90,еинхроно ния, фазовращаталь 9 на 90., синхронно-фазовый детектор 10, фильтр 11 низких частот, усили- 4Q тель 12 постоянного тока, источ-. ник 13 тока подмагничивания, усилительно-преобразовательную схему, включающую избирательный усилитель

14, синхронно-фазовый детектор 15, 4S регистрирующий прибор 16.

Магнитометр работает следующим образом

В момент включения ток, создаваемый источником 13 тока подмагничивания, вызывает появление в сердечниках магнитомодуляционного датчика постоянное магнитное поле, смещающее рабочую точку датчика в область магнитного насыщения. При этом индуктивность обмотки возбуждения 2.оказывается меньше резонансной и ток в цепи возбуждения опережает по фазе напряжение возбуждения на выходе генератора 7 переменного напряжения.

Напряжение на вйходе двустороннего 4Q ограничителя 8 совпадает по фазе с током в обмотке возбуждения 2, так .как на его вход подается синфазное с этим током напряжение с выхода фор-. мирователя б. С выхода ограничителя 65 при участии оператора, Это существенно сужает область использования таких магнитометров, поскольку их раработа в необслуживаемом режиме не возможна.

Целью изобертения является повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что в магнитометре, содержащем магнитомодуляционный датчик с расположенной на нем обмоткой возбуждения . с резонансной емкостью и обмоткой подмагничивания, подключенной к источнику тока подмагничивания, и reнератор переменного напряжения, введе 8 напряжение, синфазное с током возбуждения, посТупает на коммутирующий вход синхронно-фазового детектора 10.

Ограничитель 8 обеспечивает независимость амплитуды коммутирующего напряжения от амплитуды напряжения на вы Моде формирователя б, которая может меняться при уходе резонанса в цепи возбуждения.

На сигнальный вход синхронно-фа . эового детектора 10 подается стабильное по амплитуде напряжение с выхода генератора 7 через фаэовращатель 9 на 90о

Таким образом при резонансе в цепи возбуждения, когда ток в обмотке возбуждения 2 и напряжение с выхода генератора 7 совпадает по фазе, напряжения, приложенные ко входам синхронно-фазового детектора 10, оказываются сдвинутыми по фазе на 90 и на его выходе постоянная составляющая напряжения равна нулю.

Поскольку в начальный момент .ток

1 в цепи возбуждения опережает по.фазе напряжение с выхода генератора 7, то на выходе синхронно-фазового детектора 10 появляется управляющее напряжение. Постоянная составляющая этого напряжения выделяется фильтром 11 нижних частот и поступает на вход усилителя 12 постоянного тока.Ток с выхода усилителя 12 поступает в обмотку подмагничивания 3, где вычитается иэ тока источника 13.В результате подмагничивания сердечников магнитно-модуляционного датчика уменьшается и индуктивность обмотки возбуждения 2 приближается к своему резонансному значению.Настройка нелинейного контура цепи возбуждения происходит по пологой ветви резонансной кривой. Это приводит к точной настройке в резонансе даже при значительной добротности контура, причеМ тсчность установления резонанса в цепи возбуждения пропорциональна коэффициенту усиления усилителя 12.

В результате взаимодействия в датчиках магнито-модуляционного датчика магнитных полей возбуждения, подмагничивания и внешнего измеряемого поля, в выходной обмотке 4 наводится напряжение, частота и фаза которого определяется током в обмотке возбуждения 2, а амплитуда — напряженностью внешнего измеряемого магнитного поля,Это напряжение .поступает на вход избирательного усилителя 14,а с его выхода — на синхронно-фазовый детектор 15, коммутируемый напряжением генератора 7. С выхода детектора

15 напряжение поступает на-вход ре" гистрирующего прибора 16.

При воздействии дестабилизирующих факторов изменяется проницаемость сердечников датчика 1. Это приводит к уменьшению коэффициента преобразования и входу резонанса в цепи возбуждения.

779949

Составитель Е.Данилина

Ф

Техред Н.Ковалева КорректорО.Ковинская

Редактор Н.Коган

Заказ 9333/12 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

При этом напряжения на входах синхронно-фазового детектора 10 оказываются сдвинутыми на угол, отличный от 90, и на входе усилителя 12 появляется постоянная составляющая управляющего напряжения соответствующего знака. Это приводит к изменению тока сердечников магнитомодуляционного датчика 1. Изменение тока происходит до тех пор, пока проницаемость сердечников, а следовательно, и коэффициент преобразования магнитометра не достигнут своего исходного значения. При этом в цепи возбуждения происходит подстройка резонанса и напряжение на выходе синхронно-фазового детектора 10 принимает нулевое значение.

Если сила воздействующих дестабилизирующих факторов такова, что происходит срыв нелинейного резонанса в цепи возбуждения, то восстановление работоспособности происходит автоматически.При срыве резонанса скачком возрастает индуктивность обмотки возбуждения 2, а ток в ней отстает по фазе от напряжения на выходе генератора 7. Это вызывает появление .на входе усилителя 12 постоянного управляющего напряжения такого знака, при котором ток с выхода усилителя

12 складывается с током источника

13 и переводит сердечники датчика в область глубокого магнитного насыщения, В результате к моменту окончания сильного дестабилизирующего воздействия индуктивность обмотки возбуждения 2 оказывается равной исходному значению, соответствующему моменту включения магнитометра.

Формула изобретения

5 Магнитометр, содержащий магнитомодуляционный датчик с расположенной на нем обмоткой возбуждения с резонансной емкостью и обмоткой подмагничивания, подключенной к источнику !

О тока подмагничивания, и генератор переменного напряжения, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены формирова тель сигнала, включенный между обмоткой возбуждения и генератором переменлого напряжения, подключенные к выходу формирователя сигнала последовательно соединенные ограничитель, синхронО но-фазовый детектор, фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока, выходы которого подключены к обмотке подмагничивания, а также фазовращатель на 90, своим входом подключенный к генератору переменного нап ряжения, а выходом — ко второму входу синхронно-фазового детектора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Афанасьев Ю,В, и др. Магнито30 метрические преобраэователи,приборы, установки. Л,, Энергия, 1972, с. 171-172.

2. Афанасьев Ю.В. Ферроэонды, 1 Энергия, 1969, с, 41-43.