Дифференциальный датчик магнитного поля

ОПИСАпИЕИЗОБРЕТЕпИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 26.1077(21) 2537632/18-21с присоединением заявки Йо -(51)м. (л.2 С 01 й 33/00 Государственный комитет СССР оо делам изобретений н открытий(71) ЗаяВИтЕЛЬ Воронежский политехниЧеский институт(54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОМУ ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ Изобретение относится к области магнитометрии и предназначено для регистрации и измерения слабых переменных магнитных полей в широком диапазоне частот, Оно может быть использовано в геологии, геофизике, технике радиосвязи и других областях науки и техники, где требуются регистрация и измерение как низкочастотных, так и высокочастотных магнитных полей. Известен дифференциальный датчик, служащий для измерения магнитного поля, в основу работы которого поло жен принцип модуляции магнитного потока сигнала вспомогательным полем возбуждения 1). Такое устройство позволяет производить измерения только в постоянных и медленно меняюшихся магнитных полях.Известно также устройство, содержащее два параллельно расположенных пермаллоевых стержня с распределенными по их длине обмотками возбуждения, соединенными последовательно и встречно, а также измерительную обмотку, охватывающую оба стержня 2,Недостатком этого датчика является малый частотный диапазон измерений.С целью расширения частотного диапазона измерений в дифференциальный датчик магнитного поля, содержащий два параллельных Ферромагнитных стержня с возбуждающими обмотками, соединенными последовательно и встречно, и измерительную обмотку, охватывающую оба стержня, введены два управляемых диода, источник постоянного напряжения, конденсатор и модулирующая обмотка, выполненная в виде двух согласно включенных секций, расположенных на двух ферромагнитных стержнях, к выводам которой подключены два управляемых диода, соединенные последовательно и встречно, при этом общая точка соединения управляемых диодов и средняя точка модулируюшей обмотки подключены к источнику постоянного напряжения, параллельно которому подсоединен конденсатор. На Фиг, 1 изображена принципиальная схема предлагаемого датчика; на Фиг. 2 - распределение токов в мод)"- лирующей обмотке; на фиг, 3 - зависимость изменения емкостей управляе -мых диодов от величины приложенныхнапряжений.Дифференциальный датчик магнитногополя состоит из двух Ферритовыхстержней 1 и 2, на которых размещены возбуждающие обмотки 3 и 4, соединенные последовательно и встречно.Оба стержня в центральной части охвачены измерительной обмоткой 5,в месте расположения которой размещена также модулирующая обмотка, сос" 10тоящая из двух согласно включенныхсекций б и 7. К выводам модулирующей обмотки подключены управляемыедиоды 8 и 9, соединенные последовательно и встречно, причем общая точка соединения упранляемых диодов исредняя точка модулирующей обмоткисоединены с источником 10 постоянного напряжения, параллельно которому подсоединен конденсатор 11. Датчикпомешают в измеряемое поле и воз Обуждают высокочастотныи током.Работа устройства заключаетсяв следующем. Высокочастотный ток,протекающий в обмотках 3 и 4, создает магнитные потоки возбуждения 25Ф в ферритовых стержнях 1 и 2, Приэтом в секциях б и 7 модулирующейобмотки возникают ЭДС, фазы которыхотличаются на 180 ф; эти ЭДС вызывают н модулируюшей обмотке токи встреч-)Оного направления, замыкающиеся через управляемые диоды 8, 9 и конденсатор 11, имеющий малое емкостное сопротивление на частоте возбуждения(направление токов в секциях: моду" З 5лирующей обмотхи на фиг. 2 показаносплошными стрелками). Поскольку управляемые диоды 8 и 9 включены встречно, напряжение О , приложенное к ихобкладкам, вызывает синфаэное изменение емкостей обоих управляемыхдиодов, Типовые зависимости емкостейупранляемых диодов от величины приложенного напряжения и характер изменения этих емкостей при воздействииуправляющих напряжений О и фиксированного напряжения Оо, создаваемогоисточником 10, показаны на фиг, 3.В отсутствие внешнего поля сигнала ЭДС в измерительной обмотке 5 равна нулю, так как магнитные потоки 5 Овозбуждения и магнитные потоки,обусловленные реакцией модулирующейобмотки, в стержнях 1 и 2 равны повеличине и имеют противоположныенаправления (т.е. суммарный поток, 55пронизывающий измерительную обмотку 5, равен нулю), Включение источника 10 постоянного напряжения в модулирующую обмотку позволяет осушествлять модуляцию емкости управляемых диодов на линейном участкехарактеристики С=ЕЮ) и, следовательно, заметно сузить спектр гармонических составляющих с частотами, кратными частоте возбуждения, которыепри нарушении электрической или магнитной симметрии датчика могут проникать в измерительную обмотку 5.Пусть внешнее поле сигнала отлично от нуля, а его вектор параллелен магнитной оси датчика, В этом случае магнитный поток Ф , концентрируясь в стержнях 1 и 2, возбуждает в секциях модулирующей обмотки противофазные ЭДС сигнала относительно одноименных обкладок диодов 8, 9 (см.фиг. 2 и фиг. 3) . Тогда в каждой секции возникает ток, промодулированный частотой возбуждения, причем направление токов в обоих секциях в согласное. Эти токи возбуждают н стержнях 1 и 2 магнитные потоки одинакового направления и, следовательно, в измерительной обмотке 5 появляется ЭДС пропорциональная измеряемому полю.С некоторыми допущениями выражение для этой ЭДС может быть представлено в видее(с)=Мл. со Н Н сов(щ а. И,"с ьсь 6где К 1 - частота измеряемого поля сигенала;Ж в - частота возбуждения,СН - напряженность поля сигнала,Н - напряженность поля возбуждения,щ - глубина модуляции емкостиварикапов;К - размерный коэффициент пропорциональности, зависящийот магнитных свойств и конфигурациистержней, а также от соотношения чисел витков обмоток датчика.Формула изобретенияДифференциальный датчик магнитного поля, содержащий два параллельных ферромагнитных стержня с возбуждающими бобмотками, соедиенными последовательно и встречно, и измерительную обмотку, охватывающую обастержня, отличающийсятем, что, с целью расширения частотного диапазона измерений, в неговведены два управляемых диода, источник постоянного напряжения, конденсатор и модулирующая обмотка, выполненная в виде двух согласновключенных секций, расположенныхна двух ферромагнитных стержнях,к выводам которой подключены двауправляемых диода, соединенные последовательно и встречно, при этомобщая точка соединения управляемыхдиодов и средняя точка модулирующей обмотки подключены к источникупостоянного напряжения, параллельнокоторому подсоединен конденсатор.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 334530, кл. 6 01 В 33/02, 25.09.70.2, Афанасьев Ю,В, Феррозонды,Л Энергияф, 1969, с, б.72178 2 оставител ехред М.К Редактор аменска Зак ПП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная,5/38 ЦНИИПИ по 13035, Тираж 1019 осударственного коми лам изобретений и от сква, Е, Раущская ФигзТарнопольскаяма Корректор И. Муска Подписноа СССРытийб., д, 4/