Феррозондовой магнитометр

Использование: полезная модель относится к магнитным измерениям и может быть использовано в феррозондовых навигационных магнитометрах для измерения ортогональных компонент вектора напряженности магнитного поля Земли.

Технический результат: повышение точности измерений напряженности магнитного поля за счет уменьшения температурной погрешности измерений.

Сущность полезной модели: магнитометр содержит датчик магнитного поля, связанный через аналоговый коммутатор и фильтры нижних частот, повторители напряжений и интегратор с измерительным устройством.

Полезная модель относится к магнитным измерениям, в частности к феррозондовым магнитометрам.

Известен феррозондовый магнитометр с выделением полезного сигнала на второй гармонике частоты напряжения возбуждения, в котором для получения сигнала используется двухэлементный феррозонд, содержащий два идентичных стержневых сердечника, каждый из которых помещен в идентичные катушки возбуждения, оси которых расположены параллельно друг относительно друга. Катушки соединены последовательно и подключены к генератору возбуждения. Поверх катушек возбуждения намотана сигнальная катушка, подключенная к входу усилителя, настроенного на вторую гармонику частоты напряжения возбуждения. Выход резонансного усилителя подключен к детектору, который соединен с измерительным прибором (см. Афанасьев Ю.В. Феррозонды. - Л.: Энергия, 1969, с.10.).

Недостатком магнитометра является невысокая точность измерения, обусловленная как сложностью подбора двух идентичных сердечников и их механической юстировки относительно катушек возбуждения на минимум остаточного напряжения по первой и второй гармоникам, так и трудностями обеспечения стабильности конструкции в условиях, когда магнитометр работает в широком интервале температур.

Известен феррозондовый магнитометр [Авт.св. СССР 1303951, кл. G01R 33/02, oп. 15.04.1987], в котором используется одностержневой феррозонд, помещенный в катушку, подключенную к генератору возбуждения. Параллельно обмотке катушки возбуждения включены последовательно соединенные пиковый детектор, усилитель и измерительный прибор.

Недостатком этого магнитометра является невысокая точность, обусловленная тем, что поскольку детектор подключен параллельно катушке возбуждения феррозонда и, следовательно, параллельно генератору возбуждения, то в выходном сигнале неизбежно присутствуют составляющие напряжения, которые не связаны с измеряемым полем и которые могут быть частично продетектированными пиковым детектором и, соответственно, привести к возникновению погрешностей измерений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является феррозондовый одностержневой магнитометр [Патент РФ 2330303, кл. G01R 33/02, on. 27.07.2008], включающий в себя генератор прямоугольных импульсов, выход которого последовательно соединен через конденсатор с катушкой возбуждения, содержащую магнитонасыщаемый сердечник, детектор, цепь отрицательной обратной связи, а также нагрузку с подключенным к ней параллельно фильтром низкой частоты. При этом в качестве детектора использованы два нелинейных симметричных сопротивления, представляющие собой в схемном отношении пару диодов, включенных встречно-параллельно. Этот магнитометр по числу существенных признаков выбран в качестве ближайшего аналога заявляемой полезной модели.

Недостатком ближайшего аналога является то, что при изменении внешних условий работы магнитометра, например, при изменении температуры окружающей среды, в выходном сигнале появляется дрейф нуля, обусловленный различным изменением параметров p-n переходов встречно включенных диодов детектора, что приводит к увеличению погрешности измерений напряженности магнитного поля.

Задачей полезной модели является повышение точности измерений напряженности магнитного поля, за счет уменьшения температурной погрешности измерений.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в магнитометр, включающий в себя генератор прямоугольных импульсов, первый выход которого последовательно соединен через конденсатор с катушкой возбуждения, содержащую магнитонасыщаемый сердечник, согласно полезной модели введен аналоговый коммутатор, два фильтра нижних частот, два повторителя напряжений и интегратор, при этом первый вход аналогового коммутатора связан с высокопотенциальным выводом катушки возбуждения, второй управляющий вход аналогового коммутатора соединен со вторым выходом генератора прямоугольных импульсов, первый выход аналогового коммутатора подключен к входу первого фильтра нижних частот, второй выход аналогового коммутатора соединен с входом второго фильтра нижних частот, выход первого фильтра нижних частот соединен с входом первого повторителя напряжения, выход второго фильтра нижних частот связан с входом второго повторителя напряжения, выходы последних соединены с входом интегратора, выход которого связан с входом измерительного прибора.

Сущность полезной модели поясняется чертежом.

Феррозондовый магнитометр содержит (см. фиг.) генератор прямоугольных импульсов 1, первый выход которого последовательно соединен через конденсатор 2 с катушкой возбуждения 3, высокопотенциальный вывод которой связан с первым входом аналогового коммутатора 4, второй управляющий вход которого соединен с вторым выходом генератора прямоугольных импульсов 1, первый выход аналогового коммутатора подключен к входу первого фильтра нижних частот 5, второй выход аналогового коммутатора соединен с входом второго фильтра нижних частот 6, выход первого фильтра нижних 5 частот соединен с входом первого повторителя напряжения 7, выход второго фильтра нижних частот 6 связан с входом второго повторителя напряжения 8, выходы последних соединены с входом интегратора 9, выход которого связан с входом измерительного прибора 10.

Устройство работает следующим образом. Генератор прямоугольных импульсов 1 через цепь, образованную последовательным соединением конденсатора 2, катушки возбуждения 3, осуществляет циклическое перемагничивание сердечника катушки возбуждения 3 разнополярными импульсами прямоугольной формы.

Высокопотенциальный вывод катушки возбуждения 3, при поступлении положительного импульса на управляющий вход аналогового коммутатора 4 от генератора прямоугольных импульсов 1, подключается с помощью аналогового коммутатора 4 к первому фильтру нижних частот 5 в первую четверть периода работы схемы, а ко второму фильтру нижних частот 6 - в третью четверть периода, при поступлении отрицательного импульса на управляющий вход аналогового коммутатора 4. Тем самым достигается возможность выделения первой половины положительной полуволны сигнала с катушки возбуждения 3 и первой половины отрицательной полуволны, таким образом, достигается возможность выделения информативного сигнала по времени.

Для исключения влияния схемы выделения полезного сигнала с катушки возбуждения 3, образованной последовательным включением аналогового коммутатора 4, фильтров нижних частот 5, 6 и интегратора 9, выходы фильтров нижних частот подключены к повторителям напряжения 7 и 8 соответственно.

Если далее допустить, что напряженность измеряемого магнитного поля равна нулю, то за счет симметрии кривой намагничивания уровни постоянных напряжений на выходах повторителей напряжения 7 и 8 будут равны по модулю и противоположны по знаку, поэтому сигнал на выходе интегратора 9 будет отсутствовать. При наличии внешнего поля нарушается баланс напряжений на входе интегратора 9 и появляется сигнал на его выходе, который и является электрической мерой величины измеряемого поля. Далее этот сигнал поступает на вход измерительного прибора 10.

При этом точность измерений напряженности магнитного поля оказывается более высокой, в результате снижения температурной погрешности измерений. Это обусловлено тем, что изменения параметров аналогового коммутатора, фильтров нижних частот, повторителей напряжения в результате изменения температуры окружающей среды компенсируются на входе интегратора.

Феррозондовый магнитометр, включающий в себя генератор прямоугольных импульсов, первый выход которого последовательно соединен через конденсатор с катушкой возбуждения, содержащую магнитонасыщаемый сердечник, отличающийся тем, что в него введен аналоговый коммутатор, два фильтра нижних частот, два повторителя напряжения и интегратор, при этом первый вход аналогового коммутатора связан с высокопотенциальным выводом катушки возбуждения, второй управляющий вход аналогового коммутатора соединен со вторым выходом генератора прямоугольных импульсов, первый выход аналогового коммутатора подключен к входу первого фильтра нижних частот, второй выход аналогового коммутатора соединен с входом второго фильтра нижних частот, выход первого фильтра нижних частот соединен с входом первого повторителя напряжения, выход второго фильтра нижних частот связан с входом второго повторителя напряжения, выходы последних соединены с входом интегратора, выход которого связан с входом измерительного прибора.