Устройство для измерения градиента напряженности магнитного поля

Устройство для измерения градиента напряженности магнитного поля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социапистических

Республик

< 892380 (61) Дополнительное к авт. саид-ву. (22) 3+ 8>

Гооулерствтеоый комитет

C CCll ао делам изобретений н открытий

Опубликовано 23,1 281. Бюллетень № 47

Дата опубликования описания 23,1 281 (53) УДК621.317.44(088.8) (72) Авторы изобретеиия

А.П.Локтионов, Э,А.Мельников-и И.Д.Некрасов

1 (7I) Заявитель! (урский политехнический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГРАДИЕНТА

НАПРЯЖЕННОСТИ ИАГНИТНОГО ПОЛЯ

Изсбретение относится к измерительной технике и может использоваться в магнитометрической аппаратуре, например в геофизике, для поиска и обнаружения ферромагнитных тел, а также в биофизике и медицине.

Известно устройство для измерения градиента напряженности магнитного поля, содержащее генератор возбуждения, два феррозонда с обмотками возбуждения и измерительными обмотками, .соединенными с фильтром второй гармоники, построенное по дифференциальной схеме (lj .

Однако это устройство имеет низкую точность измерения градиента напряженности магнитного поля.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения гра° диента напряженности магнитного по.". ля, построенное по дифференциальной схеме с компенсацией средней сос.тавляющей магнитного поля, направленной вдоль феррозондов. Устройство включает в себя два феррозонда с обмотками возбуждения, соединенными последовательно и встречно, и с измерительными обмотками, соединенными также последовательно и встречно, генератор возбуждения, фильтр второй гармоники частоты генератора,-вход которого соединен с измерительными обмотками феррозондов, усилительнопреобразовательный блок, вход которого соединен с выходом фильтра второй гармоники, а выход - с,компенсационными обмотками, размещенными на феррозондах.

Недостаток этого устройства заключается в низкой точности измерения, связанной с зависимостью выход" ного сигнала от стабильности кривой намагничивания сердечников феррозондов, от стабильности частоты и амплитуды поля возбуждения.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

89

Эта цель достигается тем, что в устройство для измерения градиента напряженности магнитного поля, содержащее два ферроэонда, каждый иэ которых имеет обмотку возбуждения, измерительную и .компенсационную обмотки, генератор, к выходу которого подключены соединенные последовательно и встречно обмотки возбуждения, фильтр второй гармоники частоты генератора, с выходом которого соединен вход основного усилительно-преобразовательного блока, введены последовательно соединенные широкополоснЬ>й усилитель, фильтр первой гармоники частоты генератора, дополнительный усилительно-преобразовательный блок и блок деления, причем измерительные обмотки, соединенные последовательно и согRBcHQ подключены КО вхОду ширОкополосного усилителя, к выходу кото2380

1 и Н» около феррозонда 2) в сравнении с полем возбуждения Н0 мало и существенно не меняет общей картины перемагничивания сердечников.

Измеряемое поле 1Н„ Н алгебраически суммируется в объеме каждого сердечника с полем возбуждения Н и компенсационным полем Нк, создаваемым обмотками 7 и 8.

Величины индукции в сердечниках феррозондов 1 и 2

В„=)(Ho+H Нк и В =В -Н, +Н -Н > ) с учетом разложения в ряд Тейлора по величине измеряемого поля имеют

15 ВИД: Ф 1 =&o о о "A y"

25

35

45

55 рого подключен вход фильтра второй гармоники частоты генератора, а выход основного усилительно-преобразовательного блока подключен ко второму входу блока деления и через дроссель к компенсационным обмоткам, соединенным последовательно и согласно.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства для измерения градиента магнитного поля.

Устройство содержит разнесенные в пространстве феррозонды 1 и 2 с обмотками 3 и 4 возбуждения, измерительными обмотками 5 и 6 и с компенсационными обмотками 7 и 8, генератор 9, фильтр 10 второй гармоники частоты генератора, фильтр 11 первой гармоники частоты генератора, усилительно-преобразовательные блоки 12 и 13, блок 14 деления, дроссель 15 и-широкополосный усилитель 16.

Устройство работает следующим образом.

По цепи возбуждения через обмотки 3 и 4 протекает переменный ток от генератора 9, создающий в каждом из феррозондов 1 и 2 поле Ho-H

Обмотки 3 и 4 возбуждения включены так, что переменные магнитные потоки в объеме сердечников Феррозондов в каждый момент времени направлены встречно. Измерительные обмотки 5 и 6 соединены последовательно и согласно. Измеряемое поле, направленное вдоль феррозондов (Н около феррозонда ьи„= и„-н„; где аНъ=Hl- йк;

М = .<0 гн1;, p,- магнитная проницаемость сердечников феррозондов;

К вЂ” дифференциальная магнитная проницаемость сердечников феррозондов, причем значения

А Мд.

Р- > р 0 и —.- относятся с Н к значению поля Н0.

Суммарная ЭДС в измерительных обмотках 5 и 6, соединенных последовательно и согласно, равна е=-5>>у(В В ), (2)

А

S - -поперечное сечение сердечников ферроэондов;

w - количество витков в измери" тельных обмотках.

Полагая, что функция ВЩ хорошо аппроксимируется зависимостью В=аН+

+ЬН, ;де а и Ь - коэффициенты аппроксимации. Подставим разложения (1) в (2) . В результате получим е=-35ЬишН„„((ЬН -аН 4 )Соим +

+ (Ь Н.>+ЬН y) Н„„Мп 2ц> ..

Этот сигнал предварительно усиливается широкополосным усилителем 16 и подается на входы фильтров 10 и 11 второй и первой гармоник.

Сигналы с фильтром 10 и 11 поступают на входы усилительно-преобразовательных блоков 12 и 13, на выходах котерых сигналы равны соответственно

892380

ВНИИПИ Заказ 11250/69 Тираж 735 Подписное

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4

u„=-3 Ы Н (а H<+ь Н ); kH (H -Ы ) где к. - сквозной коэффициент передачи от феррозондов до блока деления 14. Сигнал на выходе блока деления равен (3)

ul Н„, т.е. пропорционален разности (Hg-H ) напряженностей магнитного поля вдоль, феррозондов. Сигнал 0 2 с выхода усилительно-преобразовательного блока 12 через дроссель 15, необходимый для исключения возникновения переменного тока в цепи, поступает на последовательно соединенные компенсационные обмотки 7 и 8.

В известном устройстве преобразованию подвергается не суммарная, а разностная ЭДС вторичных обмоток феррозондов и выходной сигнал устройства — величина вторОй гармоники, равна

u=3swrabkH<(H -H ) . (4)

Сравнение выражений (3) и (4) показывает, что предлагаемое устройство менее чувствительно, чем известное, к нестабильности частоты и амплитуды поля возбуждения, коэффициента усиления измерительного тракта и кривой намагничивания сердечников феррозондов.

Предлагаемое устройство обеспечивает на порядок более высокую точность измерений по сравнению с известным.

Формула изобретения

Устройство для измерения градиента напряженности магнитного поля, содержащее два феррозонда, каждый из которых имеет обмотку возбуждения, измерительную и компенсационную обмотки, генератор, к выходу которого подключены соединенные последователь" но и встречно обмотки в збуждения, <в фильтр второй гармоники частоты генератора, с выходом которого соединен вход основного усилительно-преобразовательного блока, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены последовательно соединенные широкополосный усилитель, фильтр первой гармоники частоты генератора, дополнительный усилительно-преобращ зовательный блок и блок деления, причем измерительные обмотки, соединенные последовательно и согласно, подключены ко входу широкополосного усилителя. к выходу которого подключен и вход фильтра второй гармоники частоты генератора, а выход основного уси" лительно-преобразовательного блока подключен ко второму входу блока депения и через дроссель к компечса в ционным обмоткам, соединенным последовательно и согласно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Афанасьев Ю.В. Феррозонды. Л., "Энергия", 19б9, с,151.

2. Авторское свидетельство СССР

Г 525901, кл, G 01 R 33/00, 1974.