Феррозондовый магнитометр
Использование: полезная модель относится к магнитным измерениям и может быть использована в феррозондовых навигационных магнитометрах для измерения ортогональных компонентов вектора напряженности магнитного поля Земли. Технический результат: повышение точности и стабильности измерений компонентов вектора напряженности магнитного поля за счет введения резистора отрицательной обратной связи по магнитному полю и компенсационной обмотки. Сущность полезной модели: датчик магнитного поля магнитометра содержит компенсационную обмотку, связанную через резистор обратной связи, интегратор, повторители напряжений, фильтры нижних частот и аналоговый коммутатор с высокопотенциальным выводом катушки возбуждения датчика.
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, оп. 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 магнитометр [Патент РФ 106002, кл. G01R 33/02, оп. 27.06.2011], включающий в себя генератор прямоугольных импульсов, первый выход которого последовательно соединен через конденсатор с катушкой возбуждения, высокопотенциальный вывод которой связан с первым входом аналогового коммутатора, второй управляющий вход которого соединен с 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. Этот магнитометр по числу существенных признаков выбран в качестве ближайшего аналога заявляемой полезной модели.
Недостатком ближайшего аналога является то, что отсутствие отрицательной обратной связи по магнитному полю существенно снижает точность и стабильность измерения компонентов вектора напряженности магнитного поля.
Задачей полезной модели является повышение точности и стабильности измерений компонентов напряженности вектора магнитного поля за счет введения резистора отрицательной обратной связи по магнитному полю и компенсационной обмотки.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в магнитометр, включающий в себя генератор прямоугольных импульсов, первый выход которого последовательно соединен через конденсатор с катушкой возбуждения, высокопотенциальный вывод которой связан с первым входом аналогового коммутатора, второй управляющий вход которого соединен с 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, согласно полезной модели введены резистор отрицательной обратной связи по магнитному полю и компенсационная обмотка, при этом один из выводов резистора отрицательной обратной связи соединен с выходом интегратора, а другой вывод резистора подключен к высокопотенциальному выводу компенсационной обмотки, второй вывод которой 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 4 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 через резистор 10 отрицательной обратной связи подключен к высокопотенциальному выводу компенсационной обмотки 11, второй вывод компенсационной обмотки связан с входом измерительного прибора 12.
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 этом сигнал обратной связи на компенсационной обмотке будет равен нулю. При наличии внешнего магнитного поля нарушается баланс напряжений на входе интегратора 9 и появляется сигнал на его выходе, который через резистор 10 отрицательной обратной связи подается на компенсационную обмотку 11 для компенсации воздействия внешнего магнитного поля на катушку возбуждения. Сигнал компенсации и является электрической мерой величины измеряемого поля. Далее этот сигнал поступает на вход измерительного прибора 12.
При этом стабильность и точность измерений напряженности магнитного поля оказываются более высокими в результате введения резистора отрицательной обратной связи по магнитному полю и компенсационной обмотки.
Феррозондовый магнитометр, включающий в себя генератор прямоугольных импульсов, первый выход которого последовательно соединен через конденсатор с катушкой возбуждения, высокопотенциальный вывод которой связан с первым входом аналогового коммутатора, второй управляющий вход которого соединен с 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, отличающийся тем, что в него введены резистор отрицательной обратной связи по магнитному полю и компенсационная обмотка, при этом один из выводов резистора отрицательной обратной связи соединен с выходом интегратора, а другой вывод резистора подключен к высокопотенциальному выводу компенсационной обмотки, второй вывод которой связан с входом измерительного прибора.
