Феррозондовый магнитометр

(23) П риоритет но денам иэаоретений и открытий(72) А вторы изобретения И. А. Кузнецов и Н. Н, Петров Уральский ордена Трудового Красного Знаменигосударственный университет.им. А. М. Горького(54) ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МАГНИТОМЕТР Изобретение относится к технике измерениямагнитных полей и может быть использованодля измерения параметров постоянного илимедленного меняющегося магнитного поля.Известен феррозондовый магнитометр, который содержит генератор переменного тока, фер 5розонд, усилитель, первый электронный ключ,второй электронный ключ, формирователь, комплексный электродинамический прибор (индикатор), делитель тока, источник постоянного1 Отока 111. Принцип действия магнитометра ос.новак на выделении четных гармоник, появля.ющихся при наложении на феррозонд магнитного поля.Однако, из-за нестабильности амплитуды и15частоты генератора возбуждения и параметровусилителя и ключей, известный магнитометр обладает значительной погрешностью,Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения напряженностипостоянного магнитного поля, которое содержитизмерительный блок, две компенсирующие катушки с ферромагнитными сердечниками, включенные в схему электрического моста, усили. тель, счетчик интервалов времени, генератор прямоугольных импульсов, дифференцирующую цепочку и блок формирования пилообразного напряжения, соединенные последовательно и включенные между одной из диагоналей элект. рического моста и выходом усилителя с симметричным входом 12.Устройство работает на принципе сравнения собственного поля компенсирующих катушек, создаваемого пилообразным током от блока формирования пилообразного напряжения, с внешним, наложенным на эти же катушки, измеряемым магнитным полем. Интервал времени от начала подачи пилообразного импуль. са напряжения на катушки до получения с них сигнала перемагничивания в момент "равенства" полей измеряется счетчиком интервалов времени и пропорционален напряженности из. меряемого магнитного поля.Недостатком известного устройства является значительная зависимость его качественных хврактеристик, а именно точности, чувствительности и разрешающей способности, от парамет ров (длительности, амплитуды) пилообразного3 74импульса ц передаточных характеристик уснлителя с симметричным входом,Цель изобретения - повьциение точности,чувствительности и разрешаюцтей способностиустройства.Эта цель достигается тем, что феррозондовый магнитометр, содержащий генератор пря.моугольцых импульсов, соединенный с дифференцирующим блоком, и измерительный блок,соединенный с усилителем, снабжен последовательно соединенными блоком формированияимпульсов, возрастаюпшх по амплитуде во вре.менц, вторым генератором прямоугольных импульсов и счетчиком числа импульсов, причемвторой и третий входы блока формированияимпульсов соединены соответственно с первымивыходами дифференцирующего блока и усилителя,а выход связан со входом измерительного блока;второй и третий входы счетчика импульсов соеди.нецЫ со вторыми выходами дифференцирующе.го блока и усилителя.На фиг. 1 приведена фуцкциоцальная схемапредложенного устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы.Устройство содержит генератор 1 прямоуголь.ных импульсов, подкшоченный к пифферецццрующему блоку 2., выходы которого соедине.ны со входал,и блока 3 формирования имлуль.сов,. возрастающих по альплитуде во времени,и счетчика 4 импульсов, Между блоком 3 исчетчиком 4 шслючец второц генератор 5 прямоугольных имплльсов. Выход блока 3 связансо входом измерительного блока 6, содержащего две компенсирующие катушки с ферромагнитными сердечниками, вкгпоченные в мостовуюсхему. Усилитель 7 соединен с вгяходом блока6 и со входами блока 3 и счегика 4.Устройство работает следующим образом.Генератор 1 прямоугольных импульсов запускает через дифференцирующий блок 2,Ыфиг, 2 а), олок 3 формирования последовательности импульсов., ,фиг. 2 в точка А) и одно.временно счетчик 4 числа импульсов Ыфиг, 2 д),Генератор 5 прямоугольных импульсов подает постоянно на управляющий вход блока 3и вход счетчика 4 последовательность импульсовЫфиг. 2 б), В частном случае это короткие импульсы длительностью 10 мкс, с частотой следования 1000 Гц Ычастота стабилизирована квар.цем), положительной полярности.Блок 3 формирует последовательность коротких по отношению к периоду следования)импульсов, возрастающих по амплитуде во времени, Скос вершины импульса относительномал гименее 0,.1 - 0,01% амплитуды)., поэтомуим можно пренебречь,Когда поле,. создаваемое этими короткими 1 Я 17 4поля, происходит быстрое перемагццчивациесердечника и ца выходе блока 6 и соединен.цого с ций усилителя 7 появляется импульсперемагцичивация (фиг. 2 г, точка Ь), которыйостанавливает счетчик 4 Ыфиг, 2 д, точка Б),5 50 импульсами в компенсирующих катушках срав нивается со значением измеряемого магнитного Одцовременцо по этому же сигналу прекра.щается дальцейцее формирование последовательности импульсов Ыфиг, 2,в, точка Б).Так как напряженность измеряемого магнитного поля прямо пропорциональна отрезку вре.мени АБ и колйчеству подсчитаннъ 1 х импуль.сов, то при соответствующем подборе масцпабцых коэффициентов на цифровом индикаторе15счетчика 4 результат соответствует напряженности измеряемого поля.Иа этом период измерений заканчиваетсяи начинается период индикации Ыфиг, 2, БВ),В момент времени И импульс сброса от блока2 приводит счетчик 4 в первоначальное состояние и устройство готово к новому циклу измерение-индикация.Питание датчика феррозондового магнито.метра последовательностью импульсов возрастающих по амплитуде, позволяет улучшить техничес.- кие характеристики устройства.Точность феррозондового магнитометра повыцвется примерно в 10 раз. По данным лабораторных испытаний макета устройства онасоставляет 0,3 - О,р%, Это достигается в первуюочередь благодаря уменьшению временных ошибок при формировании сигнала возбуждениядатчика за счет применения кварцевой стабилизации периода следования импульсов возбуж.35дения,За счет питания датчика импульсами .состабильными крутыми фронтами существенноуменьшается вклад во временную ошибку из.мерений, вносимый усилителем.Уменьшение временных погрешностей при 40водит к стабилизации порога чувствительности.Он равен 0,15+0,02 Э.11 овышепие точности и дискретизации измерений приводят к повышению разрешающей45способности. В частном случае при выборе частоты генератора 5, равной 1000 Гц, разреша.ющая способность ца диапазоне 10 Э составляет 0,01 Э,Работа всех блоков устройства от последа.вательности импульсов простой формы (чащевсего прямоугольных) с относительно крутыми фронтами делает возможным широкоеприменение стандартных, наиболее простых,надежных и эффективньгк схемных решенийи наиболее распространенных логических мик.55росхем широкого применения.Формула изобретенияФеррозондовый магнитометр, содержащийгенератор прямоугольных импульсов, соединен 5 742837 бный с днфференцирующнм блоком, низмери- выходами дифференцирующего Олока и усилн. тельный блок, соединенный с усилителем, о т- теля, а выход связан со входом измерительного лича ющийся тем,что,сцельюпо- блока; второй и третий входы счетчика,9 мпульвышения точности, чувствительности и разре. сов соединены со вторыми выходами дифференшающей способности, он снабжен последова-цирующего блока и усилителя.тельно соединенными блоком форьярованияимпульсов, возрастающих по амплитуде во вре. принятые во внимание при экспертизе мени, вторым генератором прямоугольных им, Авторское свидетельство ССв етельство СССР Хф 530289, пульсов и счетчиком числа импульсов, причем кл. 0 01 В 33/02.второй и третин входы лока ормирочблока формирования 1 О 2. Авторское свидетельство СССР М 6 464879, импульсов соединены соответственно с первымикл. 6 01 й 33/02, (прототип).Корректор А. Грипенко Редактор 3. Шубенко Заказ 3612/12 Тираж 1019ОНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4