Способ измерения компоненты вектора напряженности магнитного поля

(51)5 6 01 й 33/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СЭ (Л 4 СО (Л(56) Авторское свидетельство СССРМ 658511, кл, С 01 В 33/02, 1974,(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПОНЕНТЫВЕКТОРА НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ(57) Изобретение относится к технике магнитных измерений с помощью ферромодуляционных приборов и может бытьиспользовано для измерения компонентвектора напряженности постоянного илипеременного магнитного поля, Цель изобретения - повышение точности магнитных Изобретение относится к области измерений с помощьо ферромодуляционных приборов и может быть использовано для измерения компонент вектора напряженности постоянного или переменного магнитного поля,Целью изобретения является повышение точности измерения компоненты вектора напряженности магнитного поля,На фиг,1 приведены векторная диаграмма и схема наложения магнитных полей на ферромагнитный сердечник: на фиг,2 дан вариант функциональной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ измерения компонент вектора напряженности магнитного поля.Способ заключается в том, что ферромагнитный сердечник 1 (фиг.1 а), выполнене.й 2 оо 1 705785 А 1 измерений путем уменьшения помех, вызываемых второй гармоникой тока возбуждения ферромагнитного сердечника и неортогональности переменных полей возбуждения, Способ включает одновременное воздействие на ферромагнитный сердечник двумя взаимно перпендикулярными переменными полями, одно из которых параллельно измеряемой компоненте, и выделение комбинационных частот спектра переменной составляющей магнитной индукции в направлении, совпадающем с направлением переменного поля, перпендикулярного измеряемой компоненте магнитного поля, по амплитуде которых судят о значении измеряемой комг,оненты 2 ил,ный, например, в форме диска, намагничивают в навправлении оси Х, лежащей в плоскости диска, измеряемым полем Нх Одновременно на сердечник в этом же направлении воздействуют дополнительным полем Н 1(с) частоты в 1, а в направлении оси У, также лежащей в плоскости диска, дополнительным полем Н 2(т) частоты йа. Дополнительные поля Н 1(1) и Н 2(1) модулируют суммарную магнитную индукцию сердечника, Используют модулированную компоненту магнитной индукции ВУ(т), параллельную оси У, Из спектра магнитной индукции ВУ(т) выделяют составляющие с несущими частотами в 1ю 2, по амплитуде которых и судят о напряженности измеряемой компоненты поля Нх, 1705785По отношению к сердечнику 1 (фиг.1 б) измеряемое поле Нх является внешним, Дополнительное поле Нф) создают с помощью катушки 2, ось которой (нормаль к плоскости ее витков) совпадает с осью Х. Для созда ния поля Н(т) частоты щ катушку 2 питают переменным током 1(1) = п 1 з 1 пв 1 с. Дополнительное поле Нг(с) создают с помощью катушки 3, ось которой совпадает с осью У, Для создания поля Нг 10 частоты вг катушку 3 питают переменнымм током гс) = 1 пгсов щгт.Согласно предлагаемому способу информацию об измеряемой компоненте поля Нх несет перпендикулярная ей модулиро ванная компонента магнитной индукции сердечника Ву(т), параллельная оси У и полю Нг(т) частоты вг, Составляющие спектра этой компоненты Ву(т), в том числе и содержащее несущие частоты щ . вг, по ампли туде которых и судят о напряженности измеряемой компоненты поля Нх, принципиально могут быть выявлены различными методами, например индукционным или магнитооптическим (на основе эффекта Кер ра). Ниже дан вариант построения функциональной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ измерения компонент вектора напряженности магнитного поля, с учетом выявления составляющих 30 спектра модулированной компоненты магнитной индукции сердечника Ву(т) индукционным методом.Устройство (фиг.2), реализующее предлагаемый способ измерения компонент 35 вектора напряженности магнитного поля, содержит первичный преобразователь 4, включа ющий в себя упомянутые в ы ше ферромагнитный сердечник 1 и две охватывающие его расположенные взаимно 40 перпендикулярно катушки 2 и 3. Катушка 2 соединена с генератором 5, вырабатывающим переменный ток частоты в 1; катушка 3 соединена с фильтром 6 нижних частот и генератором 7, вырабатывающим перемен ный ток частоты вг. Катушка 3 соединена также с избирательным усилителем 8, настроенным на суммарную частоту в 1 + вг, Избирательный усилитель 8 последовательно соединен с синхронным детектором 9 и усилителем 10 демодулированного сигнала, Генераторы 5 и 7 соединены также со смесителем 11 и фильтром 12, настроенным на суммарную частоту в + вг. Выход фильтра 12 соединен с коммутирующим входом синхронного детектора 9. Предлагаемый способ измерения комент вектора напряженности магнитногополя реализуется описанным устройством следующим образом.Согласно векторной диаграмме (фиг,1) суммарная напряженность поля, действующего на ферромагнитный сердечник 1, бу- дет(1) Аппраксимируем среднюю кри ничивания ферромагнитного се форме тонкого диска (размагн фактором, действующим в плоск пренебрегаем) укороченным пол вую намагрдечника в ичивающим ости диска, иномом виВ =аН+ ЬН, (2)где В - магнитная индукция сердечника;а и Ь - коэффициенты аппроксимации,С учетом (1) и (2) для абсолютной проницаемости сердечника имеемВ г= а - Ь(Нх +2 НхН+ Н + Нг )(3)В общем случае для модулированнойкомпоненты магнитной индукции сердечника, параллельный оси У и дополнительномуполю Нг = Нг(с), получаем выражениеВ у(1) =,иа (т) Нг(т), (4)Используя подчеркнутый член в выражении (3), находим искомые составляющиеспектра магнитной индукции с несущимичастотами (в + вг):Ву = - 2 ЬНхНщ зи втНгпг сов ю =(5)Из этого выражения видно, что составляющие магнитной индукции Ву(т) с несущими частотами (щ + вг), действительнонесут информацию о напряженности измеряемой компоненты поля Нх: при сменезнака поля Нх происходит смена знака индукции Ву (т). т,е. составляющие индукциис несущими частотами (в .щг), изменяютфазу на 180; при Нх = 0 и Ву = О,Согласно функциональной схеме устройства (фиг.2) на сердечник 1 действуютполе Нх и два дополнительных поля, создаваемых катушками 2 и 3, по которым пропускают токи, вырабатываемые генераторами5 и 7 соответственно, Фильтр б нижних частот, пропускающий переменный ток частоты вг от генератора 7, предохраняет отшунтирования выходного напряжения более высоких частот, снимаемого с катушки Выходное напряжение, снимаемое с катушки 3 первичного преобразователя 4Оус) = - зчч с Ву/ са,где з - площадь поперечнодечника 1; го сечения сер 1705785а - количество витков катушки 3, поступает на вход избирательного усилителя 8, Поскольку этот усилитель настроен на суммарную частоту щ + вг, то на его выходе появится напряжение 0 у (т), пропорциональное производной от соответствующей части выражении (5):Оу (с) эиб Ву/й )СО 1+Са= (в 1 + вг) эиЬНх Н в 1 Нпа сов (в 1 + аг ) 1 (7)Это напряжение затем демодулируется синхронным детектором 9 и усиливается усилителем 10 демодулированного сигнала, В результате на выходе усилителя 10 получаем напряжение ОуНх(13, являющееся аналогом напряженности измеряемой компоненты поля Нх(т).Для работы синхронного детектора 9 формируется коммутационное напряжение Щ 1) из напряжений генераторов 5 и 7, поступающих на вход смесителя 11, а с выхода смесителя 11 - на вход фильтра 12, пропускающего напряжение суммарной частоты И 1 + Ю 2 По сравнению с лучшими образцамитехники, в том числе реализуемыми на основе способа-прототипа, реализация предлагаемого способа измерения компонент 5 вектора напряженности магнитного поляпозволит повысить точность не менее чем на порядок. Формула изобретения 10 Способ измерения компоненты векторанапряженности магнитного поля, включающий одновременное воздействие на ферромагнитный сердечник двумя взаимно перпендикулярными переменными полями, 15 одно из которых параллельно измеряемой компоненте, и выделение переменной составляющей магнитной индукции, по амплитуде которой определяют значение измеряемой компоненты, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности,выделяют комбинационные частоты спектра переменной составляющей магнитной индукции в направлении, совпадающем с направлением переменного поля, перпен дикулярного измеряемой компоненте магнитного поля.1705785 едактор А. Маковска Заказ 192 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 10 Составит Техред М и