Устройство для измерения компонент магнитного поля

ОПИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

343238

Союз Советских

Социалистических

Рвааублнк

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 17.!Х.1969 (№ 1367638/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 22.V1.1972. Бюллетень № 20

М. Кл. G 01ч3/00

Ковитвт Ко делам изоарвтвннй н открытий ори Совете Министров

СССР

УДК 550.838(088.8) Дата опубликования описания 06.Х.1972

Автор изобретения

Ю. В. Афанасьев

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПОНЕНТ

МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к области магнитометрической техники и предназначено для проведения геофизических измерений.

Известны устройства для измерения компонент магнитного поля, содержащие датчик направленного типа и установочное ложе.

Недостатком известных устройств является то, что диаграмма их направленности зависит от относительного расположения пермаллоевых сердечников, изменения амплитуды поля возбуждения и т. д. Сердечники закреплены в датчиках так, чтобы обеспечивалось их свободное утолщение и удлинение при изменении температуры окружающей среды. Поэтому расположение сердечников никогда не бывает строго параллельным, а амплитуда поля возбуждения может изменяться. Это приводит к изменению диаграммы направленности датчика, что снижает точность измерений. Для повыцтения точности в известных устройствах используется методический прием — двукратные измерения со 180 -ным разворотом датчика. Однако при этом снижается производительность труда и ограничивается область применения этих устройств (наземная магниторазведка с участием оператора, невозможность измерений в процессе движения и т. д.). ,В предложенном устройстве на датчик надета насадка, выполненная в виде цилиндра из немагнитного материала с нанесенным íà его поверхность анизотропным ферромагнитным покрытием, например ферромагнитныкш кольцами, причем насадка жестко укреплена на установочном ложе.

С помощью этой насадки в объеме датчика экранизируется поперечная компонента поля, которая вызывает основные погрешности в известных устройствах.

Благодаря такому выполнению устройства исключается необходимость в 180 -ных разво10 ротах датчика, что повышает производительность измерений и позволяет использовать его там, где не может быть применено известное устройство: при измерениях в движении, в системах следящего привода, в системах об15 наружения слабых сигналов и т. д.

На фиг. 1 изображена конструкция насадки, надеваемой на датчик; на фиг. 2 — структурная схема магнитометрического устройства, в котором используется датчик с предложен20 ной насадкой.

Насадка представляет собой анизотропный цилиндрический экран, надеваемый на датчик

/ любого типа. Экран выложен в виде жесткой керамической трубки 2 с нанесенным на нее

25 анизотропным ферромагнитным покрытием 3, имеющим, например, форму колец магнитно изолированных друг от друга.

|Магнитометрическое устройство (см. фиг. 2) содержит датчик 1, расположенный внутри на30 садки 2 с ферромагнитными кольцами 3, Сверху цилиндра с кольцами нанесена торо343238 идальная обмотка 4, концы которой подключены к генератору 5 низкой частоты. Датчик

1, кроме того, подключен к генератору 6, возбуждаемому сердечником с более высокой частотой. Сигнал с датчика 1 поступает на избирательный усилитель 7, синхронный детектор

8, сглаживающий фильтр 9 и через резистор

10 подается в виде отрицательной обратной связи на датчик 1. Одновременно с детектора

8 сигнал поступает на дополнительный синхронный детектор 11, питающийся от генератора б. С детектора 11 и фильтра 9 сигналы поступают на сумматор 12, а затем на регистрирующий прибор 18.

Устройство работает следующим .образом.

Поскольку насадка обладает достаточной жесткостью и ее продольная ось не меняет своего пространственного положения, с этой осью удобно связать систему координат, в которой рассматривается вектор Н измеряемого поля. Для простоты будет считать, что угол ср между продольной осью н трубки (экрана) и магнитной осью 1„датчика (именно эта ось и является неустойчивой) лежит в плоскости

ХО/ и что вектор Н также лежит в этой плоскости. Тогда при отсутствии ферромагнитных колец погрешность, обусловленная углом q»„ определялась бы следующим выражением:

8Нн = Н вЂ” Н „= Н вЂ” Hl) cos у +

+Н, sing, где Н и Н . — значение компонент поля, совпадающих с направлением осей Х и Y.

При наличии же насадки, выполненной в виде анизотропного экрана, поперечная компонента поля экранизируется, и на датчик действует уменьшенная компоненты Н

i где коэффициент поперечного экраниро1

i вания. При этом продольная компонента почФ ти не экранируется, т. е. Н 1 Н и ill i.

Это приводит к тому, что в объеме датчика действует вектор Н (см. фиг. 1), Проекция последнего на магнитную ось i„„ будет

Н2=Н Cos(q+K), что близко к значению

Hj —— H Coscp. В этом случае погрешность от угла <р будет

o,Н0 —— Нц — Н, = Н вЂ” H sin

Н

=Н вЂ” Нп сов р+ — з1п р, (П)

Сравнение выражений (1) и (II) показывает, что в первом случае при малом значении

Предмет изобретения

Устройство для измерения компонент магнитного поля, содержащее датчик направленного типа и установочное ложе, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и расширения возможностей его эксплуатации, на установочном ложе жестко укреплена насадка, надетая на датчик и выполненная в виде цилиндра из немагнитного материала с нанесенным на его поверхность анизотропным ферромагнитным покрытием, например:ферромагнитными кольцами. угла ср и примерно одинаковых значениях Hs и Н погрешность зависит главным образом от.величины компоненты Н, т. е. ЬН Н р

Во втором случае при тех же допущениях погрешность уменьшается, так как в i раз уменьшается величина Н, . При высокоточных измерениях сам анизо10 тронный экран-из-за непостоянства остаточной намагниченности колец может внести дополнительные погрешности. Остаточная намагниченность колец вызывает дополнительную поперечнуну компоненту поля h,-. Устранить: эти дополнительные погрешности можно- путем-периодического перема гни чивания колец вспомогательным переменным. Это может быть осуществлено с помощью магнитометрического устройства, которое работает следующим обгр разом

Ток низкой частоты Q, протекающий по тороидальной обмотке 4, создает поле, периодически воздействующее на магнитную проницаемость ферромагнитных колец. Поскольку г5

p(H) — функция четная, то проницаемость изменяется с удвоенной частотой, а следовательно, с удвоенной частотой будет изменяться и величина 1. Ориентировочно можно записать

1(t) = Йр,„cos 2È/, Ь

30 2D где и, максимальная проницаемость, которая достигается в процессе перемагничивания колец. Это означает, что в объеме датчика

О р поперечная компонента Н также оказывает35 ся функцией времени, т, е. величиной, изменяющейся во времени с частотой 20. Сигнал с этой частотой выделяется дополнительным синхронным детектором 11 и в виде постоян40 ного напряжения, пропорционального величине

H Sing, подается на сумматор 12. Туда же поступает суммарный сигнал, обусловленный полезным сигналом и помехой за счет угла р и поля Н . Вычитая из этого сигнала напря45 жение, поступающее с детектора 11, получим сигнал, свободный от составляющей Н и угловой погрешности.

343238

Уиг 1 2 У

Риг.2

Составитель Л, Бобровников

Редактор Г. Коляда

Корректор С. Сатагулова

Заказ 3346)3 Изд. № 1354 Тираж 406 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прн Совете Министров СССР

Москва, 7К-35, Раушская паб., д. 4! 5

Типография, р, Сапунова, 2