Феррозондовый магнитометр

 

ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МАГНИТОМЕТР, содержащий генератор возбуждения, два ферромагнитных сердечника с обмотками возбуждения и последовательно соединенные резонансный усилитель , детектор, измерительный прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно введены две линейные индуктивности, два интегратора, два двусторонних ограничителя и дифференциальный усили-тель , причем обмотка возбуждения первого ферромагнитного сердечника подключена к выходу генератора возбуждения последовательно с первой линейной индуктивностью, обмотка возбуждения второго ферромагнитного сердечника подключена к выходу генератора возбуждения последовательно со второй линейной индуктивностью, точка соединения обмотки возбуждения первого сердечника и первой линейной индуктивно.сти соединена со входом первого интегратора, выход которого соединен со входом первого двустороннего ограничителя, выходом соединенного с первым входом дифференциальS ного усилителя, точка соединения обмотки возбуждения второго сердечсл ника и второй линейной индуктивности соединена со входом второго интегратора , выход которого соединен со входом второго двустороннего ограничителя, выходом соединенного со вторым входом дифференциального усилителя, к выходу которого подклю чен вход резонансного усилителя. о со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU,, 117039 (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3609110/24-21 (22) 28.04.83 (46) 30.07.85. Бюл. N - 28 .(72) В.П.. Короткий и А.А. Муравицкий (71) Институт электроники АН БССР (53) 621.317.44(088.8) (56) Афанасьев !О.В. Ферроэонды.

Энергия, 1969.

Там же, с. 6, 122. (54)(57) ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МАГНИТОМЕТР, содержащий генератор возбуждения, два ферромагнитных сердечника с обмотками возбуждения и последовательно соединенные резонансный усилитель, детектор, измерительный прибор, о т л и ч а Ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно введены две линейные индуктивности, два интегратора, два двусторонних ограничителя и дифференциальный усили,тель, причем обмотка возбужцения первого ферромагнитного сердечника подключена к выходу генератора возбуждения последовательно с первой линейной индуктивностью, обмотка возбуждения второго ферромагнитного сердечника подключена к выходу генератора возбуждения последовательно со второй линейной индуктивностью, точка соединения обмотки возбуждения первого сердечника и первой линейной индуктивности соединена со входом первого интегратора, выход которого соединен со входом первого двустороннего ограничителя, выходом соединенного с первым входом дифференциаль. ного усилителя, точка соединения обмотки возбуждения второго сердечника и второй линейной индуктивности соединена со входом второго интегратора, выход которого соединен со входом второго двустороннего ограничителя, выходом соединенного со вторым входом дифференциального усилителя, к выходу которого подклю" чен вход резонансного усилителя.

1! 70390

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения йостоянных и переменнык магнитных полей в геологии, дефекто" скопии и как приемник магнитной 5 составляющей электромагнитного поля при решении ряда задач, где требуется преобразование магнитного поля в электрический сигнал .

Цель изобретения — повышение точ-.lO ности измерения за счет отделения магнитных шумов от полезного сигнала.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема магнитометра; на фиг. 2 — графическое пояс- 15 нение принципа работы устройства °

Устройство содержит генератор возбуждения, представляющий источник напряжения, первую обмотку возбуждения с первым ферромагнитным сер- 20 дечником 2, первую линейную индуктивность 3, вторую обмотку возбуждения со вторым ферромагнитным сердечником 4, вторую линейную индуктивность 5, первый 6 и второй 7 интегра-25 торы, первый 8 и второй 9 двусторонние ограничители, дифференциальный усилитель 10, резонансный усилитель 11 детектор 12, измерительный прибор 13, при этом обмотка 30 возбуждения первого ферромагнитного сердечника 2 подключена к выходу генератора 1 возбуждения последовательно с первой линейной индуктивностью 3, обмотка возбуждения второго ферромагнитного сердечника

4 подключена к выходу генератора 1 возбуждения последовательно со второй линейной индуктивностью 5, выход второго интегратора 7 соеди- 4О нен с входом второго двустороннего ограничителя 9, выходом соединенного с вторым входом дифференциального усилителя 10.

Устройство работает следующим 45 образом., Генератор 1 возбуждения перемагничивает с помощью первой обмотки возбуждения первый ферромагнитный сердечник. 2. В результате íà пер- 5О вой линейной индуктивности 3 о6разуется падение напряжения. Это напряжение поступает на первый интегратор 6 (например интегрирующую

AC -цепочку), на выходе которого 55 оно изменяется по форме — импульсы, несущие информацию об измеряемом магнитном поле, располагаются в верхней его части. Это .позволяет легко отделить часть напряжения с информационным сигналом от части напряжения, содержащей магнитные шумы, путем двустороннего ограничения снизу. Напряжение с первого интегратора 6 подается на первый двусторонний ограничитель 8, через который проходит только та часть импульса напряжения, в которую входит информация об измеряемом поле, С первого двустороннего ограничителя (снизу)

8 сигнал поступает на первый вход дифференциального усилителя 10.

Аналогично проходит сигнал со второй линейной индуктивности 5 на второй вход дифференциального усилителя 10. Обмотки возбуждения,с ферромагнитными сердечниками 2 и 4 соединены так, что протекающий в них ток создает в объеме сердечников равные по величине, но противоположные о направлению поля. При наличии внешнего поля, направленного вдоль сердечников, в объеме одного из них действует разность э напряженностей полей возбуждения и измеряемого (внешнего) поля, в объеме другого сердечника — их сумма.

Таким образом, сигналы, приходя", щие на дифференциальный усилитель

10, равны при отсутствии измеряРмого поля и разные при его наличии.В результате вычитания сигналов на дифференциальном усилителе 10 выделяются лишь четные гармоники частоты возбуждения.

С выхода дифференциального усилителя 10 сигнал поступает на резонансный усилитель 11, где выделяется вторая гармоника, которая поступает на детектор 12 и измерительный прибор 13.

Работу устройства можно пояснить диаграммами на фиг. 2 и путем сравнения с прототипом. Рассмотрим работу одного сердечника с обмоткой возбуждения и соответствующего его канала до.дифференциального усилителя.

На фиг. 2а изображена аппроксимированная кривая намагничивания

8(") ферромагнитного сердечника феррозонда. В результате действия гармонического напряжения генератора возбуждения e„(6) и постоянного измеряемого поля Но индукция сердеч1 1 703

10 где }}„® — напряжение на линейной индуктивности L . .При известных .

} (И е„®-E. со зы и 06®. 1 р (rpe К< — коэффициент пропорциональ30 ности) напряжение на линейной индуктивности имеет вид (фиг. 2г): ,}8Я (}„(Ц = E. соб ut,-k<

Напряжение (} (} подается на вход интегратора, на выходе которого имеем сигнал Ц (4) полностью сови падающий по форме с током, протекающим через индуктивность т.е. с током возбуждения феррозонда < Щ (фиг. 2а), так как

Ц д ф -, Ц = } О Я Й * —, Е,„ь л и - —, в ф . ч, 1

45 где H — поле возбуждения феррозонда (фиг. 2а).

Входящую в это выражение функцию б ®, содержащую гармоники, используемые для измерения магнитного поля Но можно представить в виде (фиг. 2б) Ца)=8 эсп М1 Во+ Иф (}

5 где В ц — — постоянная величиН

3 ника становится функцией времени

6(4) — сердечник периодически пере-. магничивается (фиг. 2б, сплошная линия).

На фиг. 2в изображена форма напряжения на обмотке возбуждения сердечника (}6(t) это напряжение содержит вторую гармонику частоты возбуждения, несущую информацию об измеряемом магнитном поле. Так как процесс перемагничивания сердечника до насыщения сопровождается гистерезисом и магнитными шумами, обусловленными дискретной природой перемагничивания отдельных доменов

IH микрообластей сердечника — скачками Баркгаузена, то напряжение Ll<(4) содержит шумовые компоненты.

Для цепи, содержащей последовательно соединенные генератор напряже- 20 ния 8„(4),, обмотку возбуждения с ферромагнитным сердечником и линейную индуктивность L, выполняется е,(}=0„Ю Uö(Ц, ЗО 4

8, (t} — последовательность несимметричных относительно нулевого уровня импульсов °

Следовательно, полезный сигнал в виде четных гармоник может быть выделен из последовательности импульсов 8, (ß), Для тока возбуждения (фиг. 2а) можно записать

Как видно из фиг. 2а,6, во время действия импульсов 8, ® сердечник находится в насьпцении, процесс перемагничивания закончился и сопутствующие ему магнитные шумы минимальны. Кроме того, в эти интервалы времени напряжение на выходе интегратора(jи() j (()имеет величину, превышающую уровень, определяемый полем насьпцения Н< (фиг. 2а), что позволяет путем двустороннего ограничения снизу отделить часть напряжения l}1„(}, содержащую магнитные шумы, от информационного сигнала, пропорционального 8„ ®, Таким образом, снимая напряжение с линейной индуктивности, затем проведя его интегрирование и двустороннее ограничение снизу на уровне, определяемом полем насыщения можно отделить магнитные шумы от сигнала, гармонические составляющие которого несут информацию об измеряемом поле.

Чтобы не применять резонансные усилители с высокой избирательностью ко второй гармонике, что технически трудно выполнимо, использована мостовая схема (дифференциальный двухэлементый феррозонд — два ферромагнитных сердечника с обмотками).

Канал преобразования сигнала ферромагнитного сердечника (второй канал) работает аналогично первому.

Обмотка второго ферромагнитного элемента феррозонда включена так, что

его поле возбуждения сдвинуто на

180 относительно поля возбуждения о первого элемента. Поэтому если под воздействием внешнего поля ", положительные импульсы на выходе первого канала возрастают по длительности и амплитуде, а отрицательнье убы1170390 вают, то на выходе второго канала наоборот — отрицательные возрастают, а положительные убывают (фиг. 2д, с0оТВеТсТНеННо (J1 H 0 ) . ВыхоДы первого и второго канала подключены соответственно на прямой и инверсный входы дифференциального усилителя, на выходе которого получаем сигнал содержащий только четные гармоники частоты возбуждения (фиг. 2ж) .

1170390

Фиг.2

Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4701/43

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

Составитель В.Шульгин

Редактор Н.Киштулинец ТехредМ.Гергель Корректор Л.Пилипенко