Устройство для измерения параметровпеременного магнитного поля

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ЫЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскилСоциалистическилРеспублик(53) УДК 621.317. .44 (088.8) во делам нзебретелий ф и етермтийОпубликовано 30.05.81, Бюллетень20 Дата опубликования описания 05.06.81(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯИзобретение относится к измерениям повышенной точности переменных магнитных полей и предназначено для изучения магнитной восприимчивости веществ, а также для поиска объектов негеологического происхождения и в метрологической практике для проверки магнитометров переменных магнитных полей.Известно устройство - установка для поверки магнитометров переменных полей, . содержащее генератор переменного напряжения звуковой частоты, катушку, включен ную последовательно с образцовым сопротивлением, регистрирующие устройства в виде автономных селективных вольтметров, подключенных соответственно к образцовому сопротивлению и выходу поверяемого магнитометра, первичный преобразователь (дат 1 е чик) которого установлен внутри катушки 11.Недостатком известного устройства является низкая точность измерений, обусловленная слабой помехозащищенностью селективных вольтметров, которые не связаны синхронно с генератором переменного напряжения звуковой частоты и наряду с полезными сигналами регистрируют помехи, уровень которых и определяет погрешность измерений, особенно при поверке высокочувствительных,магнитометров. Кроме того, при проведении поверок на разных частотах вслед за перестройкой генератора Переменного напряжения необходимо перестраивать по частоте и селективные вольтметры, чта требует не только затрат времени, но и определенных навыков, так как поиск слабого полезного сигнала на выходе магнитометра производится на фоне упомянутых помех. На поверяемые магнитометры могут оказывать также заметное влияние и постоянные магнитные поля, например, магнитное поле Земли, компенсация которого в известном устройстве не предусмотрена.Наиболее близкое к предлагаемому устройство содержит магнитометр с направленным датчиком, генератор переменного напряжения звуковой частоты, катушку, рас. положенную соосно датчику, подключенную к генератору, усилительно-преобразовательный каскад, выполняющий функцию синхронного детектора, коммутируюиищий вход которого соединен с отдельным выходом генератора, регистрирующее устройство и элементы цепи обратной связи по магнитному полю 12).10 15 20 25 За Недостатком известного устройства является невысокая точность измерений, обусловленная тем, что в нем не предусмотрены элементы коррекции сдвига фазы тока в катушке, появляющегося при изменении частоты генератора переменного напряжения,фаза тока коммутации, питающая усилитель.но-преобразовательный каскад (синхронный детектор) не связана с фазой тока катушки, отсутствует возможность измерения тока в катушке синхронным способом, т.е. с использованием упомянутых усилительно-преобразовательного каскада и регистрирующего устройства.Цель изобретения - повышение точности измерений параметров переменного магнитного поля.Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения параметров переменного магнитного поля, содержащее магнитометр с направленным датчиком и подключенным к нему усилительно-преобразовательным блоком, генератор переменного напряжения звуковой частоты,.обмотку,расположенную соосно датчику, двухполупериодный синхронный детектор и подключенный к нему регистрирующий прибор, элементы цепи обратной связи по магнитному полю, подключенные к выходу усилительно- преобразовательного блока, снабжено аттенюатором напряжения и образцовым резистором, подключенным к упомянутому генератору и обмотке, масштабным блоком, последовательно соединенным с масштабным усилителем, формирователем прямоугольных импульсов тока и усилителем-ограничителем.импульсов тока, а также переключателем рода работ, при этом масштабный блок механически сопряжен с аттенюато; ром напряжения, вход масштабного усилителя подключен к образцовому резистору, а выход - к одному из неподвижных контактовпереключателя рода работ, подвижный контакт которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, а второй подвижный контакт переключателя рода работ соединен с выходом усилительно - преобразовательного блока.Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема устрсйства для измерения параметров переменного магнитного поля.Устройство содержит магнитометр 1 снаправленным датчиком 2 и усилительнопреобразовательный блок 3, генератор 4 переменного напряжения звуковой частоты, обмотку 5, включенную в цепь генератора 4 и расположенную соосно датчику 2, двухполупериодный синхронный детектор 6, регистрирующий прибор 7, элементы цепи обратной связи по полю - катушка 8 обратной связи и четырехполюсник 9, аттенюатор 10 напряжения, образцовый резистор 11,масштабный усилитель 12, масштабный блок 13, формироват, ь 14 прямоугольных импуль 3540 4550 55 сов тока, усилитель;ограничитель 15 импульсов тока и переключатель 16 рода работ.Аттенюатор 10 напряжения подключенк выходу генератора 4, образцовый резистор 11 включен последовательно с обмоткой 5, масштабный блок 13 механически сопряжен с аттенюатором 10 (имеют общую ручку управления), вход масштабного усилителя 12подключен, к образцовому резистору 11, а выход - к формирователю 14 прямоугольных импульсов тока и одному из неподвижных контактов 17 переключателя 16, подвижный контакт 18 которого соединен с сигнальным входом синхронного детектора 6, выход формирователя 14 прямоугольныхимпульсов через усилитель-ограничитель 15соединен с коммутирующим входом синхронного детектора 6.Установка для измерения параметров переменного магнитного поля работает следующим образом.В обмотку 5 через аттенюатор 10 и образцовый резистор 11 подается переменный синусоидальный ток звуковой частоты, вырабатываемый генератором 4. Протекая по обмотке 5 переменный ток создает переменное поле В (1) = В,з 1 пЯ, хдей - круговая частота и В, - амплитуда поля. Поле В(1) действует на датчик 2 магнитометра 1. Одновременно на датчик 2 действует и внешнее постоянное поле В например магнитное поле Земли. В результате на выходе усилительно-преобразовательного блока 3 магнитометра 1 появляется сигнал в виде суммы постоянного и переменного напряжения К = К+К,з 1 п(21 +Ю), где у - сдвиг фазы, обусловленный динамическими характеристиками магнитометра 1. Постоянная составляющая напряжения Ч, поступая на четырехполюсник 9, в общем случае выполняющего роль фильтра нижних частот, вызывает в катушке 8 обратной связи ток, уравновешивающий в объеме датчика 2 магнитомет ра 1 постоянное поле В .Компенсация постоянного поля В обеспечивает благоприятный режим для измерения параметров переменного магнитного поля В(1).В режиме измерения, когда подвижный контакт 18 переключателя 16 замкнут с верхним неподвижным контактом 17, выход магнитометра 1 соединен с сигнальным входом синхронного детектора 6. При этом, если используется двухполупериодный синхронный детектор, то постоянная составляющая й или ее часть не вызывают на выходе ложного сигнала. Показания регистрирующего прибора 7 в этом случае пропорциональны только измеряемому параметру переменного поля В(1), Прп этом точность измерений не будет зависеть от изменения амплитуды и частоты поля В(т), поскольку с уменьшением амплитуды тока, вырабатываемого генератором 4, увеличивается в соответствующее число раз масштаб усилителя 12, что834630 Формула изобретения 30 достигается за счет механического сопряжения аттенюатора 10 напряжения с масштабным блоком 13, при изменении частоты генератора 4 сдвиг фазы тока в обмотке 5 учитывается за счет того, что вход масштабного усилителя 12 подключен к образцовому резистору 11, включенному последовательно с обмоткой 5, а его выход - к формирователю 14 прямоугольных импульсов тока, а затем через усилитель-ограничитель 15 - к коммутирующему входу синхронного детектора 6. Следовательно, в установке автоматически учитывается не только сдвиг фазы тока в цепи обмотки,5, но и осуществляется жесткая связь между фазой тока обмотки 5 и тока коммутации, питающего синхронный детектор 6, независимо от изменения амплитуды и частоты генератора 4. В режиме контроль тока когда подвижный контакт 18 переключателя 16 замкнут с нижним неподвижным контактом 19, с сигнальным входом синхронного детектора 6 будет соединен выход масштабного усилителя 12. Показания прибора 7 в этом случае пропорциональны измеряемому параметру тока, протекающему в обмотке 5. В силу причин, указанных выше, точность измерения параметров тока также не будет зависеть от изменения амплитуды и частоты генератора 4. Следовательно, наряду с обеспечением высокой точности измерения параметров переменного поля, создаваемого обмоткой 5, в предлагаемой установке обеспечивается и высокая точность измерения параметров тока, протекающего в обмотке 5. Возможность последовательного измерения параметров переменного поля и переменного тока синхронным способом сообщает предлагаемой установке прецизионные свойства. Эти свойства определяются степенью взаимнокоррекляционной фильтрации периодических сигналов на фоне некогерентных помех и шумов и тем выше, чем больше время интегрирования результатов перемножения полезного сигнала с некоторой весовой функцией, изменяющейся синхрОнно и синфазно с сигналом. В устройстве роль перемножителя и интегратора выполняет двухполупериодный синхронный детектор 6, роль канала формирования синфазной весовой функции выполняют образцовый резистор 11, включенный последовательно с.обмо. кой 5, масштабный усилитель 12 с масштабным блоком 13, формирователь 14 прямоугольных импульсов тока и усилитель-ограничитель импульсов тока 15.Предлагаемое устройство может быть использовано в практике определения магнитных характеристик веществ, в частности магнитной восприимчивости, при воздей. - ствии переменных полей различных частот. Испытуемый образец при этом размещается вблизи обмотки 5 и датчика 2 магнитометра 1. Устройство может быть использовано также для скрытого поиска или счета намагниченных и проводящих объектов.В метрологической практике устройство может быть использовано в качестве образ.цовой меры при поверке магнитометров переменных полей. В этом случае магнитометр 1, содержащий направленный датчик 2.и усилительно-преобразовательный блок 3 как раз и является поверяемым. Изменяя ампли О туду и частоту переменного тока, протекающего в обмотке 5, а также амплитуду переменного напряжения на выходе магнитометра 1 с помощью синхронного детектора 6 и регистрирующего прибора 57, можно получить семейство градуированных характеристик магнитометра 1 с учетом его динамических свойств. Предлагаемое устройство позволит повысить точность измерений параметров переменного магнитного поля более чем на порядок. При этом высокая разрешающая способность установки обеспечивается и при наличии значительного уровня внешних некогерентных помех, т.е. в процессе эксплуатации установки не возникает необходимость в применении экранирующих камер (экранов), защищающих установку от внешних помех. Устройство для измерения параметровпеременного магнитного поля, содержащее магнитометр с направленным датчиком и под" ключенным к нему усилительно-преобразоЗ 5 вательным блоком, генератор переменногонапряжения звуковой частоты, обмотку, расположенную соосно датчику, двухполупериодный синхронный детектор и подключенный к нему регистрирующий прибор, элементы цепи обратной связи по магнитному полю, подключенные к выходу усилительно-преобразовательного блока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено аттенюатором напряжения и образцовым резистором, подключенным к упо мянотому генератору и обмотке, масштабным блоком, последовательно соединенным с масштабным усилителем, формирователем прямоугольных импульсов тока и усилителем-ограничителем импульсов тока, а также переключателем рода работ, при этом мас штабный блок механически сопряжен с аттенюатором напряжения, вход масштабного усилителя подключен к образцовому резистору, а выход - к одному из неподвижных контактов переключателя рода работ, подвижный контакт которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, а второйподвижный контакт переключателя рода, работ соединен с выходом усилительно-преобразовательного блока.834630 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Афанасьев Ю. В., Студенцов Н. В.,Хорев В. Н., Чечурина Е. Н. и Шелкин А. П. Составитель Г. ЗмиеТехред А, БойкасТираж 732арствеиногоизобретенийЖ - 35, Раут, г. Ужгор Сини цк Редактор М. ЛысогороваЗаказ 4048/72ВНИИПИ Госупо делам113035, Москва,филиал ППП Пате Средства измерения параметров магнитного поля. Л. Энергия, 1979.2, Авторское свидетельство СССР106425, кл. б 01 К 33/16, 960. каяКорректор ВПодписноеа СССРытийб д. 4/5Проектная, 4 комитет и откр щская н од, ул,