Цифровой феррозондовый магнитометр со следящим уравновешиванием

 

ЦИФРОВОЙ ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МАГНИТОМЕТР СО СЛЕДЯЩИМ УРАВНОВЕШИВАНИЕМ , содержащий феррозонд с крмпенсационной катушкой, генератор, усилитель-преобразователь , два аналогоцифровых преобразователя (АЦП), вычислительный блок и цифровой регистратор , генератор соединен с феррозондом , усилителем-преобразователем и входами тактовых импульсов аналогоцифровых преобразователей, феррозонд соединен с усилителем-преобразователем , выход которого подключен к ана;логовым входам АЩ1, выход уравновешивания первого аналого-цифрового преобразователя соединен с клеммами компенсационной катушки, а знаковые и цифровые выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей с соответствующими входами вычислительного блока и цифрового регистратора , отличающийся тем, что, с целью повьшзения надежности и упрощения схемы при сохранении точности, устойчивости и быстродействия магнитометра, в него введено логическое устройство, содержащее сумматор, управляемьй инвертор и логическую схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом входы схемы ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ соединены со знаковыми выходами . первого и второго аналого-цифровых преобразователей, а ее вькод подключен к первым входам сумматора и к управляющему входу управляемого инвертора , причем сумматор вторыми BXoJдами подключен к цифровым выходам первого аналого-цифрового преобразователя и выходами - к цифровым входам старших разрядов цифрового регистратора , а управляемый инвертор О 30 входами подключен к цифровым выходам второго аналого-цифрового преобразователя и выходами - к цифровым со уходам младших разрядов цифрового, регистратора. со :С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН А (19) (11) g(59 С 01 R 33 02

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3496954/18-21 (22) 01. 10.82 (46) 30.03,84. Бюл. Ф 12 (72) Ю.В.Афанасьев, В.А.Прищепо, А.Н.Схоменко и Г.А.Внучков (53) 621.317.44(088.8) (56) 1. Семенов Н.М., Яковлев Н.И.

Цифровые феррозондовые магнитометры.

Л., "Энергия", 1978, с. 132-136.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 842657, кл. G Oi R 33/02, 1979 (прототип). (54)(57) ЦИФРОВОЙ ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МАГНИТОМЕТР СО СЛЕДЯЩИМ УРАВНОВЕШИВАНИЕМ, содержащий феррозонд с компенсационной катушкой, генератор, усилитель-преобразователь, два аналогоцифровых преобразователя (АЦП), вычислительный блок и цифровой регистратор, генератор соединен с феррозондом, усилителем-преобразователем и входами тактовых импульсов аналогоцифровых преобразователей,.феррозонд соединен с усилителем-преобразователем, выход которого подключен к ана:логовым входам АЦП, выход уравновес шивания первого аналого-цифрового преобразователя соединен с клеммами компенсационной катушки, а знаковые . и цифровые выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей— с соответствующими входами вычислительного блока и цифрового регистратора, отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности и упрощения схемы при сохранении точности, устойчивости и быстродействия магнитометра, в него введено логическое устройство, содержащее сумматор, управляемый инвертор

I и логическую схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом входы схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены со знаковыми выходами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, а ее выход подключен к первым входам сумматора и к управляющему входу управляемого инвертора, причем сумматор вторыми вхо . дами подключен к цифровым выходам первого аналого-цифрового преобразователя и выходами — к цифровым входам старших разрядов цифрового регистратора, а управляемый инвертор входами подключен к цифровым выходам второго аналого-цифрового преобразователя и выходами — к цифровым входам младших разрядов цифрового. регистратора.

1083139

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения компонент вектора индукции {напряженности) магнитного поля цифровым методом. 5

Известен цифровой феррозондовый магнитометр со следящим уравновешиванием энакопеременного магнитного поля, содержащий ферроэонд с компенсационной катушкой, генератор, усили- 10 тель-преобразователь, АЦП и устройство цифровой регистрации, генератор соединен с феррозондом, усилите= лем-преобразователем и входом тактовым импульсов АЦП, феррозонд соеди- 15 нен с усилителем-преобразователем, выход которого подключен к аналоговому входу АЦП, выход уравновешивания АЦП соединен с клеммами компенсационной катушки, à его знаковый 20 и цифровые выходы — с соответствующими входами устройства цифровой регистрации f1)

Недостатком известного цифрового магнитометра является его ограниченные возможности по точности, обусловленные тем, что увеличение числа разрядов АЦП приводит к уменьшению быстродействия и нарушению устойчивости работы магнитометра.

Кроме того, увеличение точности ограничено технологией производства высокоточных АЦП (современные промышленные интегральные микросхемы АЦП имеют не более 12 двоичных разрядов}.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является . цифровой феррозондовый магнитометр со следящим уравновешиванием знакопеременного магнитного поля, содержащий феррозонд с компенсационной катушкой, генератор, усилитель-преобразователь, два аналого-цифровых преобразователя, вычислительный блок с 45 выходом на цифровой регистратор, генератор соединен с феррозондом, усилителем-преобразователем и входами тактовых импульсов, аналого-цифровых преобразователей, феррозонд соединен с усилителем-преобразователем, выход которого подсоединен к аналоговым входам АЦП, вькод уравновешивания перI вого аналого-цифрового преобразователя соединен с клеммами компенсационной катушки, а знаковые и цифровые выходы первого и-второго аналого-. цифровых преобразователей — с соответствующими входами вычислительного блока (2j .

Магнитометр обладает высокой точностью, устойчивостью и быстродействием, Однако известный цифровой магнитометр характеризуется недостаточной надежностью и сложностью схемы, выз,ванными наличием вычислительного

1 блока со сложным алгоритмом.

Цель изобретения — повышение надежности и упрощение схемы при сохранении точности, устойчивости и быстродействия цифрового феррозондового магнитометра.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой феррозондовый магнитометр со следящим уравновемеванием, содержащий феррозонд с компенсационной катушкой, генератор, усилитель-преобразователь, два аналого-цифровых преобразователя, вычислительный блок и цифровой регистратор, генератор соединен с феррозондом, усилителем-преобразователем и входами тактовых импульсов аналого-цифровых преобразователей, феррозонд соединен с усилителем-преобразователем, выход которого подключен к аналоговым входам АЦП, выход уравновешивания первого АЦП соединен с клеммами компенсационной катушки, а знаковые и цифровые выходы первого и второго аналого-цифровьк преобразователей — с соответствующими входами вычислительного блока и цифрового регистра, введено логическое устройство, содержащее сумматор, управляемый инвертор и логическую схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом входы схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены со знаковыми выходами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, а ее выход подключен к первым входам сумматора и к управляющ му входу управляемого инвертора, причем сумматор вторыми входами подключен к цифровым выходам первого АЦП и выходами — к цйфровым входам старших разрядов цифрового регистратора, а-управляемый инвертор входами подключен к цифровым вькодам второго АЦП и выходами — к цифровым входам младших разрядов цифрового регистратора..

На фиг. 1 изображена функциональная схема цифрового магнитометра; на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая его работу.

Цифровой феррозондовый магнитометр (фиг. 1) содержит феррозонд 1 с надетой на него компенсационной катушкой 2, генератор 3, усилительпреобразователь 4, первый аналого.— цифровой преобразователь (АЦП) 5, цифровой регистратор 6, второй аналого-цифровой преобразователь 7, сумматор 8, управляемый инвертор 9 и логическую схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10.1Р

При этом генератор 3 соединен с феррозондом 1, усилителем-преобразователем 4 и входом тактовых импульсов первого АЦП 5. Феррозонд 1 соединен с усилителем-преобразователем 4, 15 выход которого подключен к аналоговому входу первого АЦП 5, выход уравновешивания АЦП 5 соединен с клеммами компенсационной катушки 2, а его знаковый и цифровые выходы — с соот- 2Р ветствующими входами цифрового ре гистратора 6, аналоговый вход второго АЦП 7 соединен с выходом усилителя-преобразователя 4, вход тактовых импульсов второго АЦП 7 подклю- 25 чен к выходу генератора 3, между цифровыми выходами первого АЦП 5 и цифровыми входами старших разрядов цифрового регистратора 6 включен сумматор 8, между цифровыми выходами Зр второго АЦП 7 и цифровыми входами младших разрядов цифрового регистратора 6 включен управляемый инвертор 9, вход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10 соединен со знаковыми выходами пер- вого 5 и второго 7 АЦП, а ее выход

35 подключен к вторым входам сумматора 8 и к управляющему входу управ.— ляемого инвертора 9.

Цифровой феррозондовый магнитометр работает следукщим образом.

Предположим, что действующее на феррозонд 1 измеряемое поле изменяется по синусоидальному закону. Циф" ровые коды этого поля (фиг. 2) фор- 45 мируются в. результате совместной работы первого 5 и второго 7 АЦП и связанных с ними элементов функциональной. схемы (фиг. 1)., причем скорость формирования определяется . 5р частотой тактовых импульсов, вырабатываемых генератором 3 и поступающих на соответствующие входы первого 5 и второго 7 АЦП. Совместная работа двух AIUI заключается в том, 55 что, если приращение измеряемого поля, преобразованное феррозондом 1 и усилителем-преобразователем 4 в

1083 1,39 прир аще ние напряже ния, превышает по амплитуде диапазон преобразования второго АЦП 7, то в работу включается первый АЦП 5, который с выхода уравновешивания подает ток ступенями в. компенсационную катушку 2, создающий в объеме феррозонда 1 поле компенсации, уравновешивающее (ступенями, равными каждая диапазону второго

АЦП 7) измеряемое поле . Остаток поля меньший, чем диапазон второго

АЦП 7, вызывающий соответствующее напряжение на выходе усилителя-преобразователя 4, преобразуется АЦП 7 в цифровой код. При уменьшении абсолютного значения измеряемого поля в какой-то момент времени на феррозонд 1 начнет действовать поле с . противоположным измеряемому знаком (фиг. 2). На выходе усилителя-преобразователя 4.появится напряжение противоположной полярности и, соответственно, на выходе второго АЦП 7, код со знаком, противоположным знаку кода первого АЦП 5. Для совмещения кодов первого и второго АЦП иэ кода первого АЦП 5 в сумматоре 8 вы.читается единица кода, а код второго, АЦП 7 инвертируется в управляемом инверторе 9 сигналом с выхода схе мы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10, которая выра:батывает логическую единицу при разных знаках кодов и логический нуль .при одинаковых (фиг. 2). Лишняя ступень компенсации выключается при превышении полем перекомпенсации значения диапазона второго АЦП 7 на одну ступень квантования, при этом значения кода последнего

"сбросятся" на нуль.

Предлагаемый цифровой феррозон@о- вый магнитометр обладает высокой надежностью и простотой схемы, lIo скольку взамен вычислительного блока в него введены простые элементы 8 l0, При этом сохранены точность ус1 тойчивость и быстродействие магнитометра.

Цифровой феррозондовый магнитомеТр может быть реализован, например при следующих рабочих диапазонах (в единицах цифровых кодов) первого АЦП и второго АЦП: 2 ° 28 — 1

= 65535. При выбранном значении младшего разряда, равной 1 нТл маг» нитометр будет иметь диапазон

+65535 нТл (диапазон измеряемого паяя Земпи) . При значении младшего

Разряда, равном 0,01 нТл магнито1083139

8, цырр. код

Составитель В.Шульгин

Техред Л.Микеш Корректор О.Тигор

Редактор О.Сопко

Заказ 1737/40 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5 филиал ПНП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 метр будет иметь диапазон +655,35 нТл (диапазон слабых магнитных полей).

Цействующий макет магнитометра

C указанными данными изготовлен и испытан на предприятии.

Предлагаемый магнитометр может быть построен на типовых радиоэлементах и не требует высокой квалификации специалистов при настройке.