Цифровой феррозондовый магнитометр со следящим уравновешиванием

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 9) С 01 К 33 0 ЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТВУ П И СКОМУ СВИД К 4/18- 8284. Б ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(56) 1. Семенов Н.М., Яковлев Н.И.Цифровые феррозондовые магнитометры.Л., "Энергия", 1978, с. 132-136.2. Авторское свидетельство СССРР 842657, кл. С 01 К 33/02, 1979(54) (57) ЦИФРОВОЙ ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МАГНИТОМЕТР СО СЛЕДЯЩИМ УРАВНОВЕШИВАНИЕМ, содержащий феррозонд с компенсационной катушкой, генератор, усилитель-преобразователь, два аналогоцифровых преобразователя (АЦП), вычислительный блок и цифровой регистратор, генератор соединен с феррозон-. дом, усилителем-преобразователем и входами тактовых импульсов аналогоцифровых преобразователей,.феррозонд соединен с усилителем-преобразователем, выход которого подключен к аналоговым входам АЩ 1, выход уравновесшивания первого аналого-цифрового преобразователя соединен с клеммами компенсационной катушки, а знаковые и цифровые выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей - с соответствующими входами вычислительного блока и цифрового регистратора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и упрощения схемы при сохранении точности, устойчивости и быстродействия магнитометра, в него введено логическое устройство, содержащее сумматор, управляемый инвертори логическую схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этом входы схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены со знаковыми выходами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, а ее выход подключен к первым входам сумматора и к управляющему входу управляемого инвертора, причем сумматор вторыми вхо . дами подключен к цифровым выходам первого аналого-цифрового преобразователя и выходами - к цифровым входам старших разрядов цифрового регистратора, а управляемый инвертор входами подключен к цифровым выходам второго аналого-цифрового преобразователя и выходами - к цифровым входам младших разрядов цифрового регистратора.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения компонент вектора индукции (напряженности) магнитного поля цифровым методом. 5Известен цифровой феррозондовый магнитометр со следящим уравновешиванием энакопеременного магнитного поля, содержащий ферроэонд с компенсационной катушкой, генератор, усили О тель-преобразователь, АЦП и устройство цифровой регистрации, генератор соединен с феррозондом, усилителем-преобразователем и входом тактовым импульсов АЦП, феррозонд соединен с усилителем-преобразователем, выход которого подключен к аналоговому входу АЦП, выход уравновешивания АЦП соединен с клеммами компенсационной катушки, а его знаковый 2 О и цифровые выходы - с соответствующими входами устройства цифровой регистрации 1Недостатком известного цифрового магнитометра является его ограниченные возможности по точности, обусловленные тем, что увеличение числа разрядов АЦП приводит к уменьшению быстродействия и нарушению устойчивости работы магнитометра.30Кроме того, увеличение точности ограничено технологией производства высокоточных АЦП (современные промьйцтенные интегральные микросхемы АЦП имеют не более 12 двоичных разрядов). Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является .цифровой феррозондовый магнитометр со следящим уравновешиванием знакопеременного магнитного поля, содержащий феррозонд с компенсационной катушкой, генератор, усилитель-преобразователь, два аналого-цифровых преобразователя, вычислительный блок с 45 выходом на цифровой регистратор, генератор соединен с феррозондом, усилителем-преобразователем и входами тактовых импульсов, аналого-цифровых преобразователей, феррозонд соединен с усилителем"преобразователем, выход которого подсоединен к аналоговым входам АЦП, выход уравновешивания первого аналого-цифрового преобразователя соединен с клеммами компенсационной катушки, а знаковые и цифровые выходы первого и.второго аналого-. цифровых преобразователей - с соответствующими входами вычислительногоблока 2,Магнитометр обладает высокой точностью, устойчивостью и быстродействием,Однако известный цифровой магнитометр характеризуется недостаточнойнадежностью и сложностью схемы, выз,ванными наличием вычислительногоблока со сложным алгоритмом.Цель изобретения - повышение надежности и упрощение схемы при сохраненииточности, устойчивости и быстродействия цифрового феррозондового магнитометра.Поставленная цель достигаетсятем, что в цифровой феррозондовыймагниТометр со следящим уравновеьяванием, содержащий феррозонд с компенсационной катушкой, генератор,усилитель-преобразователь, два аналого-цифровых преобразователя, вычислительный блок и цифровой регистратор, генератор соединен с феррозондом, усилителем-преобразователеми входами тактовых импульсов аналого-цифровых преобразователей, феррозонд соединен с усилителем-преобразователем, выход которого подключенк аналоговым входам АЦП, выход уравновешивания первого АЦП соединен склеммами компенсационной катушки, азнаковые и цифровые выходы первогои второго аналого-цифровых преобразователей - с соответствующими входами вычислительного блока и цифрового регистра, введено логическоеустройство, содержащее сумматор,управляемый инвертор и логическуюсхему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, при этомвходы схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединенысо знаковыми выходами первогои второго аналого-цифровых преобразователей, а ее выход подключенк первым входам сумматора и к управляющему входу управляемого инвертора, причем сумматор вторыми входамиподключен к цифровым выходам первого АЦП и выходами - к цйфровым входам старших разрядов цифрового регистратора, а-управляемый инвертор входами подключен к цифровым выходам второго АЦП и выходами - к цифровым входам младших разрядов цифрового регистратора.На фиг. 1 изображена функциональная схема цифрового магнитометра;на фиг. 2 - временная диаграмма, по. ясняющая его работу.Цифровой феррозондовый магнитометр (фиг. 1) содержит феррозонд 1 с надетой на него компенсационной катушкой 2, генератор 3, усилитель- преобразователь 4, первый аналого. - 5 цифровой преобразователь (АЦП) 5, цифровой регистратор 6, второй аналого-цифровой преобразователь 7, сумматор 8, управляемый инвертор 9 и логическую схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10,10 При этом генератор 3 соединен с феррозондом 1, усилителем-преобразователем 4 и входом тактовых импульсов первого АЦП 5. Феррозонд 1 соединен с усилителем-преобразователем 4, 15 выход которого подключен к аналоговому входу первого АЦП 5, выход уравновешивания АЦП 5 соединен с клеммами компенсационной катушки 2, а его знаковый и цифровые выходы - с соот ветствующими входами цифрового ре гистратора 6, аналоговый вход второго АЦП 7 соединен с выходом усилителя-преобразователя 4, вход тактовых импульсов второго АЦП 7 подклю чен к выходу генератора 3, между цифровыми выходами первого АЦП 5 и цифровыми входами старших разрядов цифрового регистратора 6 включен сумматор 8, между цифровыми выходами ЗО второго АЦП 7 и цифровыми входами младших разрядов цифрового регистратора 6 включен управляемый инвертор 9, . вход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10 соединен со знаковыми выходами пер- вого 5 и второго 7 АЦП, а ее выход35 подключен к вторым входам сумматора 8 и к управляющему входу управ. - ляемого инвертора 9.Цифровой феррозондовый магнитометр работает следукщим образом.Предположим, что действующее на феррозонд 1 измеряемое поле изменяется по синусоидальному закону. Циф" ровые коды этого поля (фиг. 2) фор мируются в. результате совместной работы первого 5 и второго 7 АЦП и связанных с ними элементов функциональной. схемы (фиг. 1)., причем скорость формирования определяется , 5 О частотой тактовых импульсов, вырабатываемых генератором 3 и поступающих на соответствующие входы первого 5 и второго 7 АЦП. Совместная работа двух АЦП заключается в том, 55 что, если приращение измеряемого поля, преобразованное феррозондом 1 и усилителем-преобразователем 4 в 1083 1,39приращение напряжения, превышаетпо амплитуде диапазон преобразованиявторого АЦП 7, то в работу включается первый АЦП 5, который с выходауравновешивания подает ток ступенямив. компенсационную катушку 2, создающий в объеме феррозонда 1 поле компенсации, уравновешивающее (ступенями, равными каждая диапазону второгоАЦП 7) измеряемое поле. Остаток поля меньший, чем диапазон второгоАЦП 7, вызывающий соответствующеенапряжение на выходе усилителя-преобразователя 4, преобразуется АЦП 7в цифровой код. При уменьшении абсолютного значения измеряемого полявкакой-то момент времени на феррозонд 1 начнет действовать поле с. противоположным измеряемому знаком(фиг. 2). На выходе усилителя-преобразователя 4.появится напряжениепротивоположной полярности и, соответственно, на выходе второго АЦП 7,код со знаком, противоположным знаку кода первого АЦП 5. Для совмещения кодов первого и второго АЦП иэкода первого АЦП 5 в сумматоре 8 вы;читается единица кода, а код второго,АЦП 7 инвертируется в управляемоминверторе 9 сигналом с выхода схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10, которая выра.:батывает логическую единицу при разных знаках кодов и логический нуль.при одинаковых (фиг. 2), Лишняя ступень компенсации выключается припревышении полем перекомпенсациизначения диапазона второго АЦП 7на одну ступень квантования, приэтом значения кода последнего"сбросятся" на нуль,Предлагаемый цифровой феррозондо-вый магнитометр обладает высокойнадежностью и простотой схемы, поскольку взамен вычислительного блокав него введены простые элементы 810. При этом сохранены точность ус 1тойчивость и быстродействие магнитометра,Цифровой феррозондовый магнито- метр может быть реализован, напримерпри следующих рабочих диапазонах= 65535. При выбранном значениимладшего разряда, равной 1 нТл маг=нитометр будет иметь диапазон,Тигор 737/40 Тираж 711 ПодписиВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, 3-35, Раушская наб д, 4 к филиал ПНП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 метр будет иметь диапазон +655,35 нТл(диапазон слабых магнитных полей). Цействующий макет магнитометраС указанными данными изготовлен ииспытан на предприятии,Предлагаемый магнитометр может быть построен на типовых радиоэлементах и не требует высокой квалификации специалистов при настройке.