Устройство для измерения параметров магнитного поля

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное д-ву вт. Заявлено 03017 1) 2562541/18-2 1 Я 33/О сударственный комитс СССР о делам изобретений и открытийта опубликования описания 300580 72) Автор изобрете Б. М,Смир 71) Заявитель(54) УСТРОЧСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРМтЕТРОВ. ИАГЧИТНОГО ПОЛЯс присоединением заявки Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения параметров магнитного поля (составляющих вектора индукции магнитного поля, градиента индукции магнитного поля и т.д,).Известно устройство для измерения параметров магнитного поля, состоящее из .Ферромодуляционного преобразователя, выход которого соединен со входом избирательного усилителя, а вход - с источныком переменного тока. Известное устройство содержит также синхронный детектор, первый вход которого соединен с вчходом избирательного усилителя, а второй вход - через удвоитель частоты с источником переменного тока, Выход синхронного детек тора подключен к регнстрирующему прибору. В известном устройстве из бирательный усилитель настроен на переменную ЭДС второй гармоники по отношению к частоте тока возбуждения, поступающего на ферромодуляционный преобразователь от источника переменного тока, Переменная ЭДС второй гармоники с выхода Ферромодуляционного преобразователя усиливается избирательным усилителем и преобразуется в постоянный сигнал синхронным 30 детектором, 11) . Недостатком известного устройства является наличие ввыходном сигнале Ферромодуляционногопреобразователя квадратурной (реакционной) составляющей помехи, кбторая приводит к загрузке избирательного усилителя и Флуктуациям нуля,возникающим из-за изменения Фазовыххарактеристик измерительного усилителя и ухода частоты генератора,что приводит к снижению точностиизмерения,Недостатком известного устройстваявляется также и то, что в выходномсигнале ферромодуляционного преобразователя, кроме переменной ЭДС второй гармоники содержатся переменныеЭДС, кратные ей более высокого порядка,При большом входном сигнале переменной ЭДС первой гармоники проявляется нелинейность амплитудной характеристики избирательного усилителя,что приводит к появлению переменнойЭДС второй гармоники на выходе упомянутого усилителя, вызывая тем саьым ложный сигнал (смещенный нуль)на выходе устройства, Все эти недостатки снижают точность измеренияпараметров магнитного поля,737894 фаэный сигнал, Величины сигналов нечетных гармоник обусловлены не- идентичностью чувстнительностей Полулементов дифференциального йерромодуляционного преобразователя, В случае недифференциальнсго (сдноэлементного) ферромодуляциснного преобразователя величины нечетных гармоник с его ныхода на несколько порядков выше, чем с выхода дифференциального ферромодуляционного преобразователя, В таком случае нелинейность амплитудной характеристики иэ - бирательного усилителя, которая всегда проявляется при большом входном сигнале, приводит к псянлению четных гармоник (н том числе и синФазной второй) на выходе усилителя, При этом ложная, вторая гармоника регистрируется как полезный сигнал (смешенный нуль), что и снижает точность измерения параметров магнитного поля.Цель изобретения - повышение точности измерения параметров магнитного поля.Эта цель достигнута тем, что устройство, содержашее Ферромодуляционный,преобразователь, первый вход которого подключен к источнику переменного тока, усилитель, выход которого соединен с первым входом основного синхронного детектора, второй вход которого подключен к выходу фаэоврашателя, регистрирующий прибор, соединенный с выходом основного синхронного детектора, удвоитель час тоты, вход которого соединен с выходом источника переменного тока, дополнительный синхронный детектор,снабжено модулятором, первый входЙоторого соединен с выходом дополнительного синхронного детектора,второй вход - с выходом генератора лителя, при этом выход генераторапеременной ЭДС соединен с входомфазоврашателя, первый вход дополнительного синхронного детектора подключен к выходу ферромодуляциснногопреобразователя, а второй вход - квыходу удвоителя частоты, второйвход ферромодуляционногс преобразователя подключен к выходу основногосинхронного детектора,На чертеже изображена структурнаясхема устройства,Устройство для измерения параметромодуляционного преобразователя 1,первый вход которого подключен к источнику переменного тока 2, усилитель 3, выход которого соединен с первым входом основного синхронного детектора 4, фазоврашатель 5, регистрируюШеГо прибора б, соединенногос выходом основного синхронного детектора 4, удвоитель частоты 7, входкоторого соединенс выходом источника Известно устройство, содержащееферромодуляционный преобразователь,первый вход которого подключен к ис "точнику переменного тока, а выход -к входу избирательного усилителя,основной и дополнительный синхронные детекторы, первые входы которых 5подключены к выходу иэбирательногбусилителя, умнсжитель частоты, входкоторого соединен с выходом источника переменного тока, а выход с вторым входом основного синхронногодетектора и с входом фазовращателя.Выход основного синхронного детектора сбединен с вторым входом ферромодуляциснного преобразователя черезрегистрирующий прибор, а выход допслнительного синхронного детектора соединен с третьим входом преобразователя. Второй вход дополнительногосинхронного детектора. соединен свыходом фазоврашателя, предназначенного для подбора Фазы, соответствуюшей квадратурной состанляюшей ЭДСпомехи. В известном устройстве избирательный усилитель предназйачендля усиления с выхода Ферромодуляционного преобразователя ЭДС второйгармоники, которая содержит активную(синфаэную) составляющую ЭДС полезного сигнала и. реактивную (квадратур- .ную) составляюшую ЭДС помехи, являю-шуюся функцйей от величины измеряемого поля, от амплитуды поля возбужде. -,ния, от механических деформаций сер-дечников феррсмодуляционного преобразователя, от изменения температурыи т.д, (2). 35Выделение сигнала, пропорциональ-:ного синфазной составляюшей ЭДС вто-рой гармоники осушествлено основнымсинхронным детектором. ИнФормациясб измеряемом поле снимается регистрируюшим приборомДополнительнымсинхронным детектором осушестнлено переменной ЭДС, выход с входом усивыделение сигнала, пропорциональногоквадратурной составляющей ЭДС помехи, и .компенсация его на выходе Ферромодуляционного преобразователя.Недостатком известного устройстваявляется то, чтоостаточный сигнал(сигнал недокомпенсации) квадратурнойсоставляюшей ЭДС помехй с выходаФеррбмодуляционного преобразователя 5 Опоступает:в избирательный усилительи усиливается им; При этом излишняязагрузка избирательного усилителяквадратурной составляющей ЭДС помехии флуктуации нуля устройства, обус ров магнитнбго поля состоит из Ферлсвленные уходом частоты источникапеременного тока и нестабильностьюфазовых характеристик измерительногоусилителя, снижают точность измерения параметров магнитного поля, Не- щдостатком известного устройства является также прохожденйе на вход иэбирательного усилителя нечетных гармоникс выхода ферромодуляционного преобразователя, которые превышают синпеременного тока 2, дополнительного.синхронного детектора 8, модулятора 9первый вход которого соединен с выходом дополнительного синхронного детектора 8, а выход - с входом усилителяЗ,и генератора переменной ЭДС 10.Выход генератора перемеейной ЭДС 10соединен с вторым входом модулятора9 и входом фазовращателя 5. Первыйвход дополнительного синхронного детектора 8 подключен к выходу ферромодуляционного преобразователя 1, авторой вход - к выходу удвоителячастоты. Второй вход ферромодуляционного преобразователя 1 подсоединенк выходу основного синхронного детектора 4,Устройство работает следующимобразом.При перемагничивании ферромодуляционного преобразователя 1 возбуждающим сигналом, воспроизводным источником переменного тока 2 и приналичии внешнего магнитного Поля, ввыходной ЭДС преобразователя 1 возникают кратные нечетные и четные гармонические составляющие. В Ферромодуляционном преобразователе Ч в качестве полезного сигнала, пропорцио-нального измеряемым параметрам маг-нитного поля, используется втораягармоника, Однако в выходном сигналеферромодуляционного преобразователя1 содержится не только синфаэная,но и квадратурная составляющая ЭДСвторой гармоники. Выход ферромодуляционного преобразователя 1 подключен к первому входу дополнительногосинхронного детектора 8. Второй входдополнительного синхронного детектора 8 подключен через удвоитель 7 кисточнику переменного тока. Дополнительный синхронный детектор 8 настроен на синфазную составляющуюЭДС второй гармоники выходного сигнала ферромодуляционного преобразователя 1, поэтому сигнал с выхода детектора 8 пропорционален только синфаэной ЭДС второй гармоники. Выходнойсигнал с синхронного детектора 8 поступает на первый вход, а выходнойсигнал с генератора переменной ЭДС -на второй вход модулятора 9Модулятор 9 предназначен для преобразования постоянного или медленно изменяющегося сигнала с детектора 8 впеременной, частота которого многобольше частоты измеряемого внешнегомагнитного поля. Преобразованиесигнала с выхода дополнительногосинхронного детектора 8 в переменныйсвязано с трудностями непосредственного усиления очень малых напряженийпостоянного тока и с наличием Дрейфануля в усилителях постоянного тока,применяемых для усиления постоянныхи медленно меняющихся сигналов. С выхода модулятора 9 переменный сигналподается на вход усилителя 3, а с выхода генератора переменной ЭДС 10 на вход фаэовращателя 5. Сигнал,пропорциональный измеряемому магнитному полю, поступает на первый входосновного синхронного детектора 4,на второй вход которого подан переменный сигнал с Фаэовращателя 5. Фаза выходного сигнала с ФаэоЪращателя5 подбирается так, чтобы она совпадала с фазой сигнала, поступающегона 1 О первый вход синхронного детектора 4 Основной синхронный детектор 4 пре- .образует переменный сигнал, поступаю-.щий на его первый вход, в постоянный,пропорциональный фазе и амплитудеэтого сигнала. Сигнал с синхронного 15 детектора 4 измеряется регистрирующим прибором б и поступает на второйвход ферромодуляционного преобразователя 1 для обеспечения необходимой отрицательной обратной связи по 20 измеряемому магнитному полю.Повышение точности измерения параметров.магнитного поля в предлагаемом устройстве достигнуто благо"даря тому,"что составляющие ЭДС первой гармоники, гармоник высших порядков, за исключением синфазнойсоставляющей ЭДС второй гармоники,а также квадратурная составляющаяЭДС второй гармоники не проходитчерез дополнительный синхронный детектор 8, а следовательно, эти гармонические составляющие невызывают загрузку и флуктуации нуля устройства,обусловленные уходом-частоты источника переменного тока 2 и нестабильностью Фазовых характеристик усилителя 3 и генератора кеременной ЭДС10. Сигнал с выхода основного синхронного детектора 4 пропорционалентолько синфазной составляющей ЭДС 40 второй гармоники, поступающей с выхода Ферромодуляцибнного преобразова теля 1, а значит и точность измерения параметровмагнитного поля впредлагаемОм устройстве выше по 45 сравнению с известным примерно напорядок. формула изобретения50Устройство для измерения параметров магнитного поля, содержащее ферромодуляционный преобразователь, первый вход которого подключен к источнику переменного тока, усилитель, 55 выход которого соединен с первымвходом основного синхронного детектора, второй вход которого подключен к выходу Фаэовращателя, регистрирующий прибор, соединенный с выходом о основного синхронного детектора,удвоитель частоты, вход котоРого соединен с вйходом источнйка переменного тока, дополнительный синхроннйй детектор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности737894 Составитель Е.ДанилинаРедактор Е,Караулова Техред Н.ковалева Коррект аз арон Тираж 1019 Государственного комитет лам изобретений и откры скна, Ж, Раушская набодписноеСССРйд. 4/5 ак ПП Патент, г,ужгород, ул.Проектная,4 лиал измерения, ойо снабжено модулятором)первый вход которого соединен с ныходом дополнительного синхронного детектора, второй вход - с выходом генератора переменной ЭДС, а выход свходом усилителя, при этом выход генератора переменной ЭДС соединен совходом фазонрашат ля, первый входдополнительного синхронного детектораподключен к выходу ферромодуляционного преобразонателя, а,второй вход -к выходу удноителя частоты, второйвход ферромодуляционного преобразонателя подключен к выходу основногосинхронного детектора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе5 1, Афанасьев Ю,В, Феррозонды, ЛЭнергия, 1969, с,9-18.2, Авторское свидетельство СССРМ 139090, кл. С 01 В 3/00, 1960патент),