Устройство для измерения градиента напряженности магнитного поля

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциапистическихРеспублик пц 892380(51)М. Кл. 6 01 к 33/02 Гоаудаостецеый коиитвт СССР ао долам хзооретений н открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГРАДИЕНТА НАПРЯЖЕННОСТИ ИАГНИТНОГО ПОЛЯ Изсбретение относится к измерительной технике и может использоваться в магнитометрической аппаратуре, например в геофизике, для поиска и обнаружения Ферромагнитных тел, а также в биофизике и медицине.3Известно устройство для измерения градиента напряженности магнитного поля, содержащее генератор возбуждения, два феррозонда с обмотками возбуждения и измерительными обмотками, .соединенными с фильтром вто. рой гармоники, построенное по дифференциальной схеме 1 .Однако это устройство имеет низкую точность измерения градиента напряженности магнитного поля.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения гра диента напряженности магнитного по.". ля, построенное по дифференциальной схеме с компенсацией средней сос.тавляющей магнитного поля, направленной вдоль феррозондов. Устройство включает в себя два Феррозонда собмотками возбуждения, соединеннымипоследовательно и встречно, и с измерительными обмотками, соединеннымитакже последовательно и встречно, генератор возбуждения, фильтр второйгармоники частоты генератора,-входкоторого соединен с измерительнымиобмотками Феррозондов, усилительнопреобразовательный блок, вход которого соединен с выходом Фильтра второй гармоники, а выход - с,компенсационными обмотками, размещенными наферрозондах. Недостаток этого устройства заключается в низкой точности измерения, связанной с зависимостью выход" ного сигнала от стабильности кривой намагничивания сердечников феррозондов, от стабильности частоты и амплитуды поля возбуждения.Цель изобретения - повышение точности измерений, 89Эта цель достигается тем, что в устройство для измерения градиента напряженности магнитного поля, содержащее два ферроэонда, каждый иэ которых имеет обмотку возбуждения, измерительную и .компенсационную обмотки, генератор, к выходу которого подключены соединенные последовательно и встречно обмотки возбуждения, фильтр второй гармоники частоты генератора, с выходом которого соединен вход основного усилительно-преобраэо. вательного блока, введены последовательно соединенные широкополоснЬй усилитель, фильтр первой гармоники частоты генератора, дополнительный усилительно-преобразовательный блок и блок деления, причем измерительные обмотки, соединенные последовательнои согласно, подключены ко входу широкополосного усилителя, к выходу кото 23801 и Н около феррозонда 2) в сравнении с полем возбуждения Но мало исущественно не меняет общей картиныперемагничивания сердечников.Измеряемое поле (Н Н алгебраически суммируется в объеме каждогосердечника с полем возбуждения Ни компенсационным полем Нк, создаваемым обмотками 7 и 8.Величины индукции в сердечникахферрозондов 1 и 2В - 1 Н 0+Н Нк и В В 1 Н 0+Н "кс учетом разложения в ряд Тейлорапо величине измеряемого поля имеют 15 ВИД: На г=о .о о/"ддН Н25 30 35 40 45 50 рого подключен вход Фильтра второйгармоники частоты генератора, а выход основного усилительно-преобразовательного блока подключен ко второму входу блока деления и через дроссель к компенсационным обмоткам, соединенным последовательно и согласно,На чертеже представлена структурная электрическая схема устройствадля измерения градиента магнитногополя.Устройство содержит разнесенныев пространстве феррозонды 1 и 2 с обмотками 3 и 4 возбуждения, измерительными обмотками 5 и 6 и с компенсационными обмотками 7 и 8, генератор 9, фильтр 10 второй гармоники частоты генератора, фильтр 11 первой гармоники частоты генератора, усилительно-преобразовательные блоки 12 и 13, блок 14 деления, дроссель 15 и широкополосный усилитель 16.Устройство работает следующим образом.По цепи возбуждения через обмотки 3 и 4 протекает переменный ток от генератора 9, создающий в каждом из Феррозондов 1 и 2 поле НО=Н,Мош 1 не доводящее сердечники Феррозондов до состояния магнитного насыщения, Обмотки 3 и 4 возбуждения включены так, цто переменные магнитные потоки в объеме сердечников Феррозондов в каждый момент времени направлены встречно. Измерительные обмотки 5 и 6 соединены последовательно и согласно, Измеряемое поле, направленное вдоль феррозондов (Н около феррозонда Н= Н-Н;гдеН= Н- Нц =ФТ 40 гнМ;, /с,- магнитная проницаемость сердечников Феррозондов,К - дифференциальная магнитнаяпроницаемость сердечниковферрозондов, причем значенияАЦд.Рй 0 и - .ф. относятсясНк знацению поля Но.Суммарная ЭДС в измерительных обмотках 5 и 6, соединенных последовательно и согласно, равнае=-5 у(В 4 В), (2)А- поперечное сечение сердечников ферроэондов;и - количество витков в измери"тельных обмотках.Полагая, что функция ВЩ хорошо аппоксимируется зависимостью В=аН+ +ЬН, где а и 5 - коэффициенты аппроксимации, Подставим разложения (1) в (2), В результате полуциме=-35 ЬишНГ(ьН -Н, )со 5 ас++(ЬН.+ьН) НМп 2 а 11.,Этот сигнал предварительно усиливается широкополосным усилителем 16 и подается на входы фильтров 10 и 11 второй и первой гармоник.Сигналы с Фильтром 10 и 11 поступают на входы усилительно-преобразовательных блоков 12 и 13, на выходах котерых сигналы равны соответствен- но892380 ВНИИПИ Заказ 11250/69 Тираж 735 Подписное Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 1 5ц=-3 зк Ы Н , (а Н +ь Н);ц=-3 яюЫсН( Н-дН) ,где к, - сквозной коэффициент передачи от Феррозондов до блока деления 1 ч, Сигнал на выходе блока деления равен Ы , (3)ЦНЩ . Нщ т.е. пропорционален разности (Н-Н,1) напряженностей магнитного поля вдоль, феррозондов. Сигнал ОО с выхода усилительно-преобразовательного блока 12 через дроссель 15, необходимый для исключения возникновения переменного тока в цепи, поступает на последовательно соединенные компенсационные обмотки 7 и 8.В известном устройстве преобразованию подвергается не суммарная, а разностная ЭДС вторичных обмоток феррозондов и выходной сигнал устройства - величина второй гармоники, равнаО=3 зишЫсНд(Н" Н,) . (ч) Сравнение выражений (3) и (Й) показывает, что предлагаемое устройство менее чувствительно, чем известное, к нестабильности частоты и амплитуды поля возбуждения, коэффициента усиления измерительного тракта и кривой намагничивания сердечников Феррозондов.Предлагаемое устройство обеспечивает на порядок более высокую точность измерений по сравнению с известным,Формула изобретенияУстройство для измерения градиентанапряженности магнитного поля, содержащее два Феррозонда, каждый изкоторых имеет обмотку возбуждения,измерительную и компенсационную обмотки, генератор, к выходу которогоподключены соединенные последователь"но и встречно обмотки в:збуждения,6 Фильтр второй гармоники частоты генератора, с выходом которого соединен вход основного усилительно-преобразовательного блока, о т л и ч а ещ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены последовательно соединенныеширокополосный усилитель, Фильтр первой гармоники частоты генератора,дополнительный усилительно-преобращ зовательный блок и блок деления, причем измерительные обмотки, соединенные последовательно и согласно, подключены ко входу широкополосного усилителя, к выходу которого подключени вход фильтра второй гармоники частоты генератора, а выход основного уси"лительно-преобразовательного блокаподключен ко второму входу блока депения и через дроссель к компечсав ционным обмоткам, соединенным последовательно и согласно.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Афанасьев Ю.В, Феррозонды. Л.,"Энергия", 19 б 9, с,151.2, Авторское свидетельство СССРГ 525901, кл, 6 01 В 33/ОО, 1974.