Магнитометр
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социапистических
Республик
<1 815689 (61) Дополнительное к авт . саид-ву— (22) Заявлено 130279 (21) 2722947/18-21 с присоединением заявки HP (23) Приоритет
Опубликовано 230381. Бюллетень "19 11
Дата опубликования описания 2303,81
Р11М. Кл.з
01 R 33/02
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (5З) Ю1(621. 317. .44(088.8) (72) Автор изобретения
3.A. Мельников (71) Заявитель
Курский политехнический институт (54) МАГНИТОМЕТР
Изобретение относится к измерениФ величин и направлений вектора напряженности магнитного поля в плоской системе координат в широком диапазоS не частот и может быть использовано в геологии, геофизике, технике магнитных измерении и других областях науки и техники.
Известны приборы для измерения величины и направления вектора магнитного поля, содержащие магнитомодуляционный датчик с концентраторами, на которых намотаны сигнальные обмотки, концентраторы магнитно связаны между собой посредством модулятора, на котором расположена е о обмотка, связанная с генератором. Сигнальные обмотки через согласующие блоки и раэностные блоки связаны с фазовращателями, в схему также входят два сумматора и фазовый детектор с индикатором (11 °
Однако обладая высокой чувствительностью, известные приборы име- 25 ют повышенную ошибку в определении угловых координат вектора магнитного поля, Цепью изобретения является повышение точности измерения. 30 Цель достигается тем, что в маг нитометр, содержащий неперемагничивающееся ферромагнитное кольцо модулятора с обмотками возбуждения, два генератора возбуждения, два усилителя мощности, усилитель, два синхронных-детектора, подключенных входами к выходам усилителя и генераторов возбуждения, а выходами — ко входу сумматора, измерители фазы и напряжений, введены последовательно соединенные генератор поднесущей и фазорасщепитель, подключенные к его выходу два модулятора, связанные с генераторами возбуждения, выходы которых подключены к соответствукщим обмоткам возбуждения через усилители мощности, а внутри кольца модулятора помещено неперемагничивающееся коль-цо с двумя взаимно перпендикулярными приемными обмотками, связанными со входами усилителя.
На фиг. 1 изображена конструкция магнитомодуляционного входного блока магнитоМетра; на фиг. 2 — блоксхема магнитометра.
Магнитометр состоит иэ входного магнитомодуляционного блока, в свою очередь состоящего из внутреннего
815689
40 неперемагничивакщегося кольца 1, на котором размещены две взаимно перпендикулярные обмотки 2 и 3 канала Х и канала У, состоящие каждая иэ двух секций.
Внутреннее кольцо 1 будем называть приемным и обмотки 2 и 3 соответственно приемными. Снаружи приемного кольца 1 расположено ферритовое модуляторное кольцо 4, на котором расположены две модуляторные обмотки. Обмотка 5 Х-канала и обмотка 6 У-канала, которые геометрически совмещены и намотаны одна в одной. Входы моду.ляторных обмоток соединены с выходами усилителей 7 и 8 мощности. Y-канала и Х-канала.
Входы усилителей 7 и 8 мощности соединены соответственно с выходами модуляторов 9 и 10, которые в свою очередь соединены с генераторами 11 и 12 несущих частот Y-канала и Х-канала. Кроме этого, вторые входы модуляторов 9 и 10 соединены с выходами фазорасщепителя 13, вход которого в свою очередь соединен с выходом генератора 14 поднесущей.
Приемные обмотки подключены ко входам развязывакщих устройств 15 и 16 с амплитудой коорекцией Х-канала и Y-канала. Выходы развязывающих устройств 15 и 16 соединены со входами усилителя 17. Выходы усилителя
17 соединены со входами синхронных детекторов 18 и 19 Х-канала и Y-канала, вторые входы которых соединены со вторыми выходами генераторов 11 и
12 несущей частоты. Выходы синхронных детекторов 18 и 19 соединены со входами сумматора 20 ° Один иэ выходов сумматора 20 соединен с индикатором 21 амплитуды, а второй — с индикатором 22 фазы, второй вход которого соединен со вторым выходом генератора 14 поднесущей.
Работает магнитометр следующим образом.
Генератор 12 несущей частоты Х-канала генерирует синусоидальное напряжение с частотой Мх генератор 11
V-канала — с частотой Wy. Генератор
14 поднесущей частоты генерирует синусоидапьное напряжение с частотой A., В фаэорасщепителе 13 это напряжение разделяется на два, сдвинутые по фазе на 90, т.в. с одного выхода фаэовращателя снимается напряжение вида У„,зinot, а с другого напряжение вида U cospt. Эти напряжения поступают на модуляторы 9 и 10, на вторые входы модуляторов поступают напряжения с выходов;генераторов несущей. С выходов модуляторов снимаются модулированные.напряжения. По Х-каналу с модулятора 10 снимается напряжение
UqU®s 1 nht s i nw> tу, по Y-каналу с модулятора 9 снимается напряжение
0 еcos Qt 51 nwy t
Эти напряжения поступают на входы усилителей мощности, а оттуда на обмотки 5 и 6 модулятора. Это приводит к тому, что изменяющаяся во времени обратная проницаемость модулятора 4 будет .содержать гармоники, содержащие составляющие с частотами s i nAt ° s i nws t и cos At ° coswyt ° В связи .с нелинейной характеристикой феррита спектр магнитной проницаемости будет содержать . значительно большее число гармоник, однако.они здесь рассматриваться не (будут, поскольку синхронными детекторами выделяются только эти две гармоники. Остальные гармоники на работу магнитометра влияния не оказывают.
Благодаря магнитной модуляции внешнего кольца, т.е. модуляции магнитного сопротивления, модулируется и поток измеряемого магнитного поля
Н. Для упрощения выкладок будем счи20 тать внешнее магнитное поле постоянным во времени. Для ничастотных магнитных полей, т ° е. таких, частоты которых 0нz<é,ðåçóëüòàòû,полученные для постоянного тока, полностью справед25 ливы.
Пусть вектор внешнего магнитного поля H направлен под углом 8 к оси Х, как зто показано на фиг. 1. Тогда напряжение снимаемое с выходным катушек 2 Х-канала, относительно рабочих гармоник, будет иметь вид
Ц» =" HKW 11 нк Q< sin 6 sin Йt s(n xt4 1Ч— 2) .ф нк (ii)у 54и 8 cos At з1и yt > где К вЂ” коэффициент пропорциональности. Далее эти сигналы поступают в развязывающее устройства 15 и 16, у которых имеет место зависимость амплитудного коэффициента передачи от частоты в рабочем диапазоне частот вида 1/сД. Это делается для того, чтобы выравнить амплитуды гармоник с частотами д„и . <ду,йоскольку Ык y На выходе развязывакщего устройства 15 Х-канала, .выходной сигнал имеет вид Огк=нК„ оs8 ьмй1 ы <сд11Ь+ р) HK,cosO co5At pin 0dyt на выходе раэвязывакщего устройства Y-канала ЦГ1 = Н К1 М 11 Ц . 51 И At Ъ 111 4t) g t + 6Î + HK„S1n 8 cOSAt S1n Myt. усилитель 17 представляет из себя двухканальный усилитель с абсолютно идентичными каналами по амплитудно65 фаэовым характеристикам, имекщим ра815689 Озх- нК gсоз 8 зirI и . (5),на выходе синхронного детектора 19 Y-канала, опорный вход которого связак с выходом генератора 11 несущей Y-канала с частотой dyr будет соответственно выделяться напряжение Озх =нк з и 8 созО1 (б) Напряжения с выходов синхронных детекторов поступают на входы суммирующего устройства 20, в котором реализуется операция "с "зх+ v3y = нкз (+ B j (7) Таким образом, напряжение на выходе суммирующего каскада представляет иэ себя синусоиду с частотой О, амплитуда которой пропорциональная величине напряженности измеряемого поля и не зависит от ориентации вектора поля относительно координатных осей. Фаза синусоиды равна азимутальному углу вектора магнитного поля от- 40 носительно координатных осей и не эабочую полосу частот с равномерной амплитудно-фазовой характеристикой, превышающей частотную полосу суммы полезных сигналов, т.е. все полезные гармоники в нем усиливаются строго одинаково, без вынесения дополнительных различных фазовых сдвигов для различных гармоник. Усиленные до необходимых уровней сигналы каналов поступают на входы синхронных детекторов 18 и 19. Для детектора Х -канала, опорный вход которого связан с генератором 12 несущей Х-канала, опорной частотой является частота (дх, поэтому на его выходе будет выделяться напряжение, определяемое выражением 15 висит от величины напряженности поля. С одного из выходов сумматора сигнал. поступает на измеритель амплитуды, индикатор которого проградуирован в величинах напряженности измеряемого поля. Со второго выхода сумматора поступает на вход индикатора 22 фазы, на второй вход которого поступает напряжение опорной фазы с частотой от генератора 14 поднесущей. Выход индикатора фазы проградуирован в значениях азимутального угла Формула из обретения Магнитометр, содержащий неперемагничивающееся ферромагнитное кольцо модулятора с обмотками возбуждения, два генератора возбуждения, два усилителя мощности, усилитель, два синхронных детектора, подключенных входами к выходам усилителя и генераторов возбуждения, а выходами - ко входу сумматора, измерители фазы и напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные генератор поднесущей и фазорасщепитель, подключенные к его выходу два модулятора, связанные с генераторами возбуждения, выходы которых подключены к соответствующим обмоткам возбуждения через усилители мощности, а внутри кольца модулятора помещено неперемагничивающееся кольцо с двумя взаимно перпендикулярными приемныья обмотками, связанными со входами усилителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 545939, кл. G 01 и 33/00, 1976. 815689 Составитель Е. Данилина Редактор В. Лазаренко Техред Ж. Кастелевич Корректор Н. Стец Заказ 1031/77 Тираж 7.32 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР r по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, 4
