Способ измерения напряженности магнитного поля и устройство для его осуществления

(9) (1) В 33/02 р р 5 ПИСАН У СВИДЕТЕЛЬС К АВТО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И УСТРОЙСТВОДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к магнитным измерениям с помощью магнитомодуляционных приборов и может быть использовано впростых измерителях средней точности.Цель изобретения - повышение точностиизмерения напряженности магнитного поляи уменьшение энергопотребления. Способзаключается в возбуждении обмотки феррозонда периодически изменяющимся током,форма импульса которого имеет короткийпередний и затянутый задний фронты, выделении полезного сигнала из выходногосигнала ферроэонда, ограничение его по амплитуде и интегрировании. Устроиство для осуществления способа содержит последовательно соединенные первый резистор 5, усилитель 4, первый конденсатор 7, феррозонд 8, фильтр 9 высокой частоты. амплитудный ограничитель 12, интегратор 16 и индикатор 21, а также второй резистор 3, подключенный между выходом усилителя и его вторым входом, третий резистор 6, подключенный между выходом усилителя и его первым входом, второй конденсатор 2, подключенный между вторым входом усилителя и свободным выводом первого резистора 5, и резистор 20 обратной связи. подключенный между выходом интегратора и вторым входом феррозонда. Благодаря предложен- Я ной совокупности признаков уменьшается влияние флуктуаций параметров петли гис- У терезиса сердечника ферроэонда, длитель- С ности фронтов импульсов и их амплитуды, а также величины порогов амплитудного ограничителя на точность измерений до 400/, по сравнению с прототипом, при этом энерюеейгопотребление уменьшается в 2 раза. 2 с. и, ф-лы. 2 ил, РОИзобретение относится к магнитнымизмерениям с помощью мэгнитомодуляционных приборов и может быть использовано в простых измерителях среднейточ ности.Цель изобретения - повышение точности измерения напряженности магнитногополя и уменьшение энергопотребления,На фиг, 1 приведена принципиальнаясхема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 изображена петля гистереэисасердечника феррозонда,2 б - изменение индукции сердечника во времени, 2 в - зависимость поля возбуждения от времени, 2 г -зависимость напряжения после амплитудного ограничения от времени.Сущность изобретения заключается вследующем.Периодически изменяющееся магнитное поле, созданное током протекающимчерез обмотку феррозонда и имеющим форму раэнополярных импульсов с короткимпередним и затянутым задним фронтом (см,фиг. 2 в) перемагничивает сердечник феррозонда по предельной петле гистерезисэ(см.фиг. 2 а). В течение времени о - тз внешнеизмеряемое поле Но =-О, в интервале времени тз - т 6 внешнее поле не равно нулю(Но О).В обьеме сердечника феррозонда внешнееполе суммируется с полем, созданным током возбуждения в обмотке феррозонда.В интервале времени т 1 - тз сердечник"феррозонда Перемагничивается последовательно по участкам петли гистерезиса (см,фиг, 2 а) в следующей последовательности 4- 6 - 1 - 2. а индукция "В" изменяется всоответствии с фиг. 2 б, В результате изменения индукции "В" в обмотке феррозондапоявляется ЭДС. которая после частотнойфильтрации имеет вид, показанный на фиг.2 г,Как видно из фиг. 2 в момент времени 11(короткий передний фронт) сердечник феррозонда перемагничивается по участку петли гистереэиса 2 - 4 (фиг. 2 а) в течение оченькороткого времени (порядка микросекунды), Это соответствует быстрому изменению индукции "В" (фиг. 2 б), Сигнал собмотки после частотной фильтрации имеетформу импульса "а", с малой длительностью(порядка микросекунды) и большой амплитудой (см:фиг. 2 г). Далее в интервале времени т 1 - т 2, происходит перемагничиваниесердечника ферроэонда по участку петлигистерезиса 4 - б затянутым задним фронтом. Это соответствует изменению индукции, показанному на фиг, 26, временнойинтервал с 1 - 12, Сигнал с обмотки ферроэонда имеет форму импульса "б" с малой амплитудой и большой длительностью (порядка10 десятка микросекунд) (см. фиг. 2, интервалт 1 - т 2).Сигналы "в", "г" с обмотки феррозонда после частотной фильтрации в интервале 12 - И аналогичным импульсом в интервале 1 - 12. но имеет другую полярность, После амплитудного ограничения (уровни И 1 и И 2нэ фиг, 2 г) проводится интегрирование сигнала, Интеграл за период 1 - 14 будет равен нулю, тэк как площади импульсов "а", "б","в", "г" равны. а импульсы "а", "г" и "б", "в" разнополярны. Таким образом, нулевомувнешнему полю Но = О соответствует нуле 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вой уровень на выходе интегратора. После появления внешнего поля Но "О в момент времени тз сердечника феррозонда будет перемагничиваться по участку 3 - 4 - 5 - 1 в интервале времени т 4 - т 6. В момент времени т 4 сердечник феррозонда перемагничивается по участку петли гистерезиса 3 - 4. Поскольку этот участок характеризуется меньшим изменением индукции по сравнению с участком 2 - 4, то импульс "д" в момент времени (см. фиг. 2 г) будет меньше по амплитуде импульса "а", а длительность его практически не изменяется.При перемагничивании сердечника ферроэонда по участку 4 - 5 в интервале времени 14 - с 6 на выходе фильтра высокой частоты сформируется импульс "е" (см. фиг, 2 г) характеризующийся малой амплитудой по сравнению с импульсами "б", "г", В момент времени 15 сердечник перемагничивается по участку петли гистерезиса 5, 1, соответствующий большему изменению индукции по сравнению с участком 6 - 1 В результате на выходе фильтра высокой частоты формируется импульс "з", имеющий большуюамплитуду по сравнению с импульсами "э", "в".При перемагничивании сердечника феррозонда 1-3 на выходе фильтра высокой частоты появляется импульс "ж", имеющий большую амплитуду по сравнению с импульсами "б", "г". После амплитудного ограничения по уровням 01, О 2 (см. фиг. 2 г), и последующего интегрирования на выходе интегратора появится напряжение, не равное нулю и пропорциональное внешнему полю Но, что позволяет.использовать его для измерения напряженности внешнего магнитного поля.Изменение параметров петли гистереэиса сердечника ферроэонда, длительностей фронтов импульсов и их амплитуды не влияют на выходной сигнал, так как эти изменения приводят к симметричному изменению импульсов (см, фиг. 2 г) обоих полярностей. Изменение порогов 01 и О 2 также не приводит к изменению выходного сигнала, так как порои выбраны таким образом, что импуль 177569310 20 25 30 40 45 50 сы "б", "г", "е", "ж", проходят через амплитудный ограничитель без изменений, а изменение уровней ограничений "а", "в", "д", "э" не приводит практически к ошибке, так как длительность этих импульсов в 50 - 100 раз короче. Устройство для осуществления способа в соответствии с фиг. 1 содержит генератор возбуждения 1, предназначенный для генерации тока возбуждения и состоящий из операционного усилителя 4 типа К 157 УД 1, резисторов 3, 5, 6 и конденсаторов 2, 7 который подключен к одноэлементному феррозонду 8. Фильтр 9 высокой частоты, предназначенный для частотной фильтрации выходного напряжения феррозонда и выполняется на конденсаторе 10 и резисторе 11, выход которого подключен к амплитудному ограничителю 12, предназначенному для ограничения по амплитуде импульсов с выхода ФВЧ 9 и состоящему из резистора 13 и кремниевых диодов 14, 15, который подсоединен к интегратору 16, предназначенному для интегрирования сигнала с выхода амплитудного ограничителя 12 и выполненному на резисторе 17, конденсатора 18 и операционном усилителе 19 типа К 157 УД 1, а выход интегратора 16 подключен к индикатору 21, предназначенному для индикации показаний устройства и резистору обратной связи 20, через который вводится ток компенсации в обмотку феррозонда.Генератор возбуждения 1 вырабатывает ток в виде периодических разнополярных импульсов с коротким передним и затянутым задним фронтом, который протекая через обмотку феррозонда 8, перемагничивает его сеодечник. Сигнал с феррозонда поступает на ФВЧ 9 и далее на амплитудный ограничитель 12. В качестве диодов 14, 15 используются кремниевые диоды, Сигнал с выхода амплитудного ограничителя поступает на интегратор 16, выход которого соединен с резистором обратной связи 20, через который и вводится ток компенсации в обмотку феррозонда 8 таким образом, чтобы скомпенсировать внешнее магнитное поле в обьеме феррозонда. При зтам напряжение на входе интегратора 16 близко к нулю. Напряжение на выходе интегратора 16, пропорционально току, протекаемому через резистор обратной связи 20, поступает на блок индикации 21,Параметры конденсатора 7 выбираются таким образом, чтобы длительность переднего фронта импульса возбуждения была короче в 50 - 100 раз длительности заднего (затянутого) фронта,Использование изобретения позволит получить высокую точность измерения (0,3) и низкое энергопотребление (на возбуждение расходуется 5 от общей энергии потребления). Формула изобретения 1. Способ измерения напряженности магнитного поля, включающий возбуждение обмотки феррозонда периодически изменяющимся током, выделение полезного сигнала, его ограничение и интегрирование, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что. с целью повышения точности измерения и уменьшения энергопотребления, ток возбуждения формируют в виде импульса с коротким передним и затянутым задним фронтом, а ограничение полезного сигнала осуществляют сверху.2, Устройство для измерения напряженности магнитного поля, содержащее последовательно соединенные генератор возбуждения и ферроэонд, а также последовательно соединенные нелинейный элемент, интегратор и индикатор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и уменьшения энергопотребления, в него введены фильтр высокой частоты и резистор обратной связи, подключенный между выходом интегратора и вторым входом феррозонда, выход которого через фильтр высокой частоты подключен к входу нелинейного элемента, при этом нелинейный элемент выполнен в виде амплитудного ограничителя, а генера 1 ор возбуждения выполнен в виде последовательно соединенных первого резистора, усилителя и первого конденсатора, а также второго, третьего резисторов и в 1 орого конденсатора, подключенного между свободным выводом первого резистора и вторым входом усилителя, выход которого через второй резистор подключен к второму, а через третий резистор - к первому входам усилителя,15693ог 2Составитель Г.Клитотехнисванова Техред М,Моргентал Корректор Н.Короеда Заказ 4033 Тираж Подписное 8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 комбинат Патент", г, Ужгород,рина, 101оиэводственно-издательс