Магнитометр

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 310 З 80 Р 1) 2899848/18-21с присоединением заявки Ио(23) ПриоритетОпубликовано 23,12.81,Вюллетеиь М 47Дата опубликования описания 2 П 2.81 51 М К,з 6 01 В 33/02 Государстаеииый комитет,СССР ио делам изобретеиий и открытий(72) Авторы изобретенияКурский политехнический институт и Калужфсийэлектромеханический завод(5 4) МАГНИТОМЕТР Помехозащищенный магнитомодуляционный магнитометр предназначен для измерения слабыхнизкочастотных магнитных полей в широком диапазоне частот и может быть использован в геоФизике, магнитобиологии и других областях науки и техники.Известны магнитомодуляционные магнитометры, предназначенные для регистрации. низкочастотных магнит.ных полей, содержащие магнитомодуляционный датчик с приемными обмотками, обмоткой компенсации, синхронный детектор, через усилитель-ьграничитель связанный с приемными обмотками, выход, которого подключен ко входу фильтра нижних частот, усилитель мощности, выход которого соединен с обмоткой компенсации,в входс усилителем-смесителей (1).Недостатки устройства - отсутствие автоматической компенсации переменных магнитных полей электрического поля промышленной частоты и ее гармоник, что снижает предельную чувствительность магнитометра, а использование электродвигателя н механической связи в цепи авто- компенсации обуславливает большую постоянную времени системы, что приводит к нарушению режима компенсации при сравнитЕльно быстрых вариациях напряженности геомагнитного поля или измерениях угловой ориентации оси магнитометра.Цель изобретения - повышение помехоэащищенности и предельной чувствительности, - Поставленная цель достигаетсятем, что в магнитометр, содержащий магнитомодуляционнйй датчик с приемнымн обмотками, обмоткой компенсаций, синхронный детектор, через усилитель-ограничитель связанный с приемными обмотками, выход которого подключен ко входу фильтра нижних частот, усилитель мощности, выход которого соединен с обмоткой ком пенсации, в вход - с усилителем смесителем, введены последовательно соединенные ограничитель, фазовый детектор, управляемый генератор импульсов, счетчик, дешифратор, коммутатор и синхронный фильтр, выход .которого связан со.входом усилителя- смесителя, второй вход - с выходом; фильтра нижних частот,а второй вход Фазового детектора - со вторым выходом 30 счетчика.На Фиг. 1 изображена Функциональная схема магнитометра,на фиг,2 частотная характеристика передачи синхронного гребенчатого фильтра.Помехоэащищенный магнитомодуляционный магнитометр (Фиг.1) состоит из магнитомодуляционного датчика с локальным возбуждением"; содержащего неперемагничивающиеся Ферритовые стержни- концентраторы 1 с намотанными на них приемными обмотками 2. Концентраторы 1 магнитно связаны друг с другом посредством магнитного модулятора 3 с обмоткой возбуждения 4, соединенной с генератором 5 тока возбуждения. Выход приемных обмоток 2 связан со входом усилите" ля-ограничителя б, выход усилителя ограничителя б - со входом синхронного детектора 7, второй опорный, вход которого соединен со вторым выходом генератора 5 возбуждения. Выход синхронного детектора 7 связан со входом фильтра 8 нижних частот, К выходу фильтра 8 нижних частот подключены два эмиттерных повторителя 9 и 10. Один из них обеспечивает передачу на выход костальным измерительным цепям магнитометра измеряемых сигналов, другой связывает выход Фильтра 8 нижних частот с контуром автокомпенсации. Выход эмиттерного повторителя 9 связан с сигнальным входом синхронного ггре" бенчатого фильтра 11, выход синхронного гребенчатого фильтра 11 - со входом усилителя-смесителя 12, а его выход - со входом усилителя 13 мощности. К выходу усилителя 13 мощности подключена компенсационная обмотка 14К силовой сети подключается вход ной ограничитель 15, к выходу которого подключен Фазовый детектор 16, на выход которого подключен управ" ляемый генератор 17 импульсов. Выход генератора 17 импульсов связан со входом счетчика,18, выход которого связан с дешифратором 19. Дешиф" ратор соединен с коммутатором,20 емкостей синхронного фильтра.Магнитометр работает следующим образом. В начальный момент, когда компенсация отсутствует, иа выходе приемных обмоток 2 преобразующим выходным напряжением является напряжение, обусловленное постоянным геомагнитным полем. Это напряжение с частотой равной частоте магнитной модуляции и большой;.амплитудой поступает в усилитель-ограничитель б и затем в синхронный детектор 7, фильтр 8 нижних частот отсекает частоты модуляции и постоянную составляющую, обусловленную геомагнитным полем, направляет в эмиттерные повторители 9 и 10. Сигнал постоянного тока проходитчерез синхронный фильтр 11, частотная характеристика которого изображена на фиг, 2. Усиливаясь в,усили-теле 12, сигнал преобразуется в управляющий ток в усилителе 13 мощности. Этот ток в обмотке 14 создаеткомпенсирующее поле, направленноепротив постоянного геомагнитногополя,Достаточным условием компенсацииявляетсяН = щахХ = (Р) -А Н=где Я = щах - максимальное значениепостоянного магнитного поля;15 Ю = (р) - передаточная функция разомкнутого контура компенсации на постоянном токе (обусловленная коэффици-ентом передачи тракта магнитомоцуляционный датчик - усилитель- ограничи 20тель б - синхронный детектор 7фильтр 8 - эмиттерный повторитель 9фильтр 11 - усилитель - смеситель 12,усилитель мощности 13 и компенсирующей катушкой 14);ЬН - ошибка компенсации постоянного поля,:конкретно задаваемая дляданного магнитометра.Так, например, если задано ЬН неболее одной гаммы, тоЖ = (р) 35 1030 что реализуется технически достаточнопросто.После того, как произошла компенсация постоянного поля до уровняА Н , превалирующим сигналом помехи35 будет сигнал, обусловленный полем счастотой 50 Гц и его гармониками.Этот сигнал. проходит через синхронныйдетектор 7, фильтр 8 нижних частот,эмиттерный повторитель 9 и синхронный4 О фильтр 11, Гребенчатый синхронныйФильтр 11, управляемый напряжением50 Гц, пропускает как эту частоту,так и все гармоники кратные ей, Дайный фильтр работает на принципе синхронной циклической коммутации В емкостей. Если нижняя частота синхронного гребенчатого фильтра равнаййто частота коммутации должнабыть равна 0. Добротность такогофильтра может быть получена как угод 50 но большой, т,е. полосы пропусканиямогут быть сделаны как угодно узкимиДобротность прямо пропорциональнапостоянной времени фильтра и количеству емкостей ЮВ схеме магнитометра генератор17 импульсов генерирует управляющиеимпульсы с частотой Б 50 Гц. Эти импульсы поступают в счетчик 18, имеющий Я различных состояний, К выхофо ду счетчика подключен дешифратор 19,.выдающий импульсы, управляющие Комму"татором 20, который управляет ключами емкостей синхронного фильтра 11.Так же, как и сигнал постоянноготока,осигйал тока промышленйой частоты, проходит через усилитель-смеситель 12 и усилитель 13 мощностив компенсирующую обмотку 14, В этой части работа системы компенсации переменных полей промышленной чаетоты принципиально ничем не отличается от системы компенсация постоянного поля, Разность фаз поля промышленной частоты и опорной частоты генератора 17 импульсов является случайной величиной, если последний работает в авто- О номном режиме. Кроме Ьтого, возможно расхождение частоты сети и опорной частоты генератора 17. Это приводит к значительному,ухудшению свойств.синхронного фильтра. Для исключения этого используется контур фазовой. 15 автоподстройки. На вход ограничителя 15 подается напряжение промышленной сети, где оно преобразуется в меандр и поступает на вход фазового детектора 16. Со второго выхода 18 20 меандр с частотой 50 Гц подается на опорный вход фазового детектора .16. Выходной сигнал фазового детектора, являющийся сигналом рассогла-:, сования, управляет фазой и частотой импульсов генератора 17.Лабораторные испытания макета магнитометра показали, что на нем достаточно легко реализуется компенсация постоянного геомагнитного поля и переменных мешающих полей с частотами 50 и 100 Гц до величины около1 гаммы.формула изобретенияМагнитометр, содержащий магнитомодуляционный датчик с приемнымиобмотками, обмоткой компенсации,синхронный детектор, через усилительограничитель связанный с приемнымиобмотками, выход которого подключенко входу фильтра нижних частот, уси"литель мощности, выход которого соединен с обмоткой компенсации, авход - с усилителем-смесителем,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения помехозащищеннос"ти и предельной чувствительности,в него введены последовательно соединенные ограничитель, фазовый детектор, управляемый генератор импульсов, счетчик, дешифратор, коммутатор и синхронный фильтр, выход которого связан со входомусилителя"смесителя, второй вход - с выходомфильтра нижних частот, а второй входфазового детектора - со вторым выхо-.дом счетчика.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР9 576828, кл. 0 01 В 33/00,1975.892357 мак аказ 11249/68ВНИИП Тираж 735 ПодписноИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035,Москва,Ж,Раушская наб., д,4/5 П фПатент., г.ужгоро я, 4 фили ро Составитщь Е.ДанилинаРедактор Н.Пушненкова Техред Ъ Савка Коррект