Магнитометр

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Сфюэ Севетсини Соцнапнстнчесннк Республик(22) Заявлено 240478, (21) 2607349/18-21с присоединением заявки Йо(23) ПриоритетОпубликовано 15.1180. Бюллетень Й 9 42Дата Опубликования описания 19.11,80 Р 1)м К з 6 01 Н 33/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытийОпытно-конструкторское бюро специального Физическогоприборостроения при Воронежском политехническом институте1(54) МАГНИТОИЕТР Изобретение относится к измерительной техники и мо использовано для точного и напряженности слабых низко и постоянных магнитных пол ком интервале температур о среды. областиет бытьмеренияастотныхй в широружающей содержащие ик с обмотой: генерая и усилисхему (11 итомет ровй мо осИзвестны магнитоме ры,магннтомодуляционный д тчками возбуждения и выходнтор переменного напряженительно-преобразовательнуюНедостатком таких магиявляется потребление большо щити от источника переменного напряжения, что связано с перемагничиванием сердечником магнитомодуляционногодатчика по симметричному циклу динамической петли гистерезиса, близкомук предлагаемому.Известны также магнитометры,содержащие магнитомодуляционный датчик собмотками выходной, возбуждения иподмагничивания и усилительно-преобразовательную схему. Кроме того, какЬравило, для согласования обмоткиВозбуждения с генератором переменногонапряжения между ними включается емкость, образующая с обмоткой возбуж-.дения нелинейный резонансный контур (,2),Д Ф" 1 ь Я Г)Р,. ,б(т;+;,еъ,2Эти устройства потребляют малую мощность от генератора переменного напряжения, так как перемагннчивание происходит по малому несимметричному циклу, что обусловлено, постоянным током в обмотке подмагничивания.Недостатком этих магнитометров является низкая стабильность коэффициента преобразования при воздействии таких дестабилизирующих факторов, как изменение температуры окружающей среды в широком диапазоне и сильные магнитные поля. Это объясняется тем, что коэффициент преобразования магнитометра зависит от магнитной ттроницаемости сердечником магнитомодуляционного датчика, которая меняет-. ся в широких пределах в режиме с подмагничиванием значительно сильнее, чем в режиме без подмагничивания. Более того, достаточно сильные воздействия могут настолько изменять про-, ницаемость сердечников датчика, что индуктивность обмотки возбуждения существенно изменится, а это ведет к срыву нелинейного резонанса в цепи . возбуждения и полной Потере работоспособности. Восстановление работо- способности магнитометра после прекращения воздействия возможно только779949 ны дополнительно формирователь сигнала, включенный между обмоткой воэбуждения и генератором переменногонапряжения, подключенные к выходуФормирователя сигнала последовательносоединенные ограничитель, синхроннофазовый детектор, фильтр нижнйх частот и усилитель постоянного тока,выходы которого подключены к обмоткеподмагничивания, а также фазовращатель на 90 , своим входом подключенный к генератору переменнбго напряжения, а выходом - ко второму входусинхронного-фазового детектора.На чертеже приведена структурнаясхема магнитометра.Магнитометр содержит магнитомодуляционный датчик 1 с обмотками воз- ЗОбуждения 2, подмагничивания 3 и вых:одной 4, резонансную емкость 5, формирователь б сигнала, пропорционального току в обмотке возбуждения, генератор 7 переменного напряжения, 35двусторонний ограничитель 8 напряжения, фаэовращатель 9 на 90 ,еинхронония, Фазбвращаталь 9 на 90сннхронно-фазовый детектор 10,Фильтр 11 низких частот, усилитель 12 постоянного тока, источ-.ник 13 тока подмагничивания, усилительно-преобразовательную схему,включающую избирательный усилитель14, синхронно-фазовый детектор 15, 4регистрирующий прибор 16.Магнитометр работает следующимфобразомВ момент включения ток, создаваемый источником 13 тока подмагничивания, вызывает появление в сердечниках магнитомодуляционного датчикапостоянное магнитное поле, смещающее рабочую точку датчика в областьмагнитного насыщения. При этом индуктивность обмотки возбуждения 2.оказывается меньше резонансной и ток вцепи возбуждения опережает по фазенапряжение возбуждения на выходе генератора 7 переменного напряжений.Напряжение на вйходе двустороннего 60ограничителя 8 совпадает по фазе стоком в обмотке возбуждения 2, так,как на его вход подается синфазноес этим током напряжение с выхода формирователя б. С выхода ограничителя 65 при участии оператора, Это существенно сужает область использования таких магнитометров, поскольку их раработа в необслуживаемом режиме невозможна.Целью изобертения является повышение точности измерения.Указанная цель достигается тем,что в магнитометре, содержащем магнитомодуляционный датчик с расположенной на нем обмоткой возбуждения с резонансной емкостью и обмоткой подмагничивания, подключенной к источнику тока подмагничивания, и генератор переменного напряжения, введе 8 напряжение, синфазное с током возбуждения, поступает на коммутирующийвход синхронно-фазового детектора 10.Ограничитель 8 обеспечивает независимость амплитуды коммутирующего напряжения от амплитуды напряжения на вы Моде формирователя б, которая можетменяться при уходе резонанса в цепивозбуждения.На сигнальный вход синхронно-фаЦ. эового детектора 10 подается стабильное по амплитуде напряжение с выходагенератора 7 через фаэовращатель 9на 90 ф.Таким образом при резонансе в цепивозбуждения, когда ток в обмотке возбуждения 2 и напряжение с выхода генератора 7 совпадает по фазе, напряжения, приложенные ко входам синхронно-фазового детектора 10, оказываются сдвинутыми по Фазе на 90 и на еговыходе постоянная составляющая напряжения равна нулю.Поскольку в начальный момент токв цепи возбуждения опережает по фазенапряжение с выхода генератора 7, тона выходе синхронно-фазового детектора 10 появляется управляющее напряжение. Постоянная составляющая этогонапряжения выделяется фильтром 11нижних частот и поступает на входусилителя 12 постоянного тока.Ток свыхода усилителя 12 поступает в обмотку подмагничивания 3, где вычитается иэ тока источника 13,В результате подмагничивания сердечников магнитно-модуляционного датчика уменьшается и индуктивность обмотки возбуждения 2 приближается к своему резонансному значению.Настройка нелинейного контура цепи возбуждения про.исходит по пологой ветви резонанснойкривой. Это приводит к точной настройке в резонансе даже при значительной добротности контура, причеМ тсчность установления резонанса в цепивозбуждения пропорциональна коэффициенту усиления усилителя 12.В результате взаимодействия вдатчиках магнито-модуляционного датчика магнитных полей возбуждения,подмагничивания и внешнего измеряемого поля, в выходной обмотке 4 наводится напряжение, частота и фаза которого определяется током в обмоткевозбуждения 2, а амплитуда - напряженностьювнешнего измеряемого магнитного поля,Это напряжение .поступаетна вход избирательного усилителя 14,ас его выхода - на синхронно-Фазовыйдетектор 15, коммутируемый напряжением генератора 7, С выхода детектора15 напряжение поступает на вход ре"гистрирующего прибора 16,При воздействии дестабилизирующихфакторов изменяется проницаемость сердечников датчика Х, Это приводит куменьшению коэффициента преобразования и входу резонанса в цепи возбуждения.1019 По енного комитета ССС етений и открытий 5,. Раушская наб., д исное 333/12 Тираж ВНИИПИ Государст по делам изоб 13035, Москва, Ж ака П Патент, г. Ужгород, улПроектная,Фили При этом напряжения на входах синхронно-фазового детектора 10 оказываются сдвинутыми на угол, отличный от 90 , и на входе усилителя 12 появляется постоянная составляющая управляющего напряжения соответствующего знака, Это приводит к изменению тока сердечников магнитомодуляционного датчика 1. Изменение тока происходит до тех пор, пока проницаемость сердечников, а следовательно, и коэффициент преобразования магнитометра не достигнут своего исходного значения. При этом в цепи возбуждения происходит подстройка резонанса и напряжение на выходе синхронно-фазового детектора 10 принимает нулевое значение.Если сила воздействующих дестабилизирующих факторов такова, что происходит срыв нелинейного резонанса в цепи возбуждения, то восстановление работоспособности происходит автоматически.При срыве резонанса скачком возрастает индуктивность обмотки возбуждения 2, а ток в ней отстает по фазе от напряжения на выходе генератора 7. Это вызывает появление на входе усилителя 12 постоянного управляющего напряжения такого знака, при котором ток с выхода усилителя 12 складывается с током источника 13 и переводит сердечники датчика в область глубокого магнитного насыщения, В результате к моменту окончания сильного дестабилизирующего воздействия индуктивность обмотки возбуждения 2 оказывается равной исходному значению, соответствующему моменту включения магнитометра.Формула изобретения5 Магнитометр, содержащий магнитомодуляционный датчик с расположеннойна нем обмоткой возбуждения с резонансной емкостью и обмоткой подмагничивания, подключенной к источникуО тока подмагничивания, и генераторпеременного напряжения, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповыщения точности измерения, в него дополнительно введены формирова-.5 тель сигнала, включенный между обмоткой возбуждения и генератором переменлого напряжения, подключенные к выходуформирователя сигнала последовательно соединенные ограничитель, синхрон но-фазовый детектор, фильтр нижнихчастот и усилитель постоянного тока,выходы которого подключены к обмотке подмагничивания, а также фазовращатель на 90, своим входом подключенный к генератору переменного нап 2 ряжения, а выходом - ко второму входу синхронно-фазового детектора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Афанасьев Ю,В, и др. Магнито 30 метрические преобразователи,приборы,установки, Л фЭнергия, 1972,с. 171-172.2, Афанасьев Ю.В. Феррозонды,1 Энергия, 1969, с, 41-43.