Устройство для измерения магнитного поля

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН здц С 01 Ч 3/40 С 01 К 33/00коэффициент, хачину преобразова второй гармониде С - по рактеризу ния серде 2 У йство п,1, отлича. о, с целью обесумножитель выполтем,стройкиируеи щ ее с я печениянен с ре эффициентом усиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Московский ордена ТрудовогоКрасного Знамени физико-техническийинститут(56) 1. Колачевский Н.Н.Магнитныешумы. М., "Энергия", 1971, с. 11.2. Авторское свидетельство СССРФ 819761, кл. С 01 К 33/00, 1981(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯМАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее первыйи второй сердечники, выполненные из"ферромагнитного материала, общуюдля обоих сердечников обмотку возбуждения, соединенную с генератором,первую и вторую измерительные обмотки, псмещенные соответственно напервый и второй сердечники и соединенные с входами первого блока вычитания, выход которого соединен с входами усилителей, а также первый ивторой Фильтры низкой частоты и измеритель, о т л и ч а ю щ е е с.я тем,что, с целью повышения точности путемподавления мультипликативной компоненты магнитного фликкер-шума, оносодержит первый и второй синхронныедетекторы, удвоитель частоты, первыйи второй Фазовращатели, умножитель,второй блок вычитания, причем управляющий выход генератора соединен через первь 1 й фазонращатель с опорным входом первого синхронного детектора и через удвоитель частоты и второй фазонращатель - с опорным входом второго синхронного детектора, выход первого усилителя соединен через первь 1 й синхронный детектор и первый Фильтр низкой частоты с первым входам умножителя, выход второго усилителя соединен через второй синхронный детектор и, второй Фильтр низкой час" таты - с вторым входом умножителя и вторым нходом второго блока вычитания,перныи вход которого соединен с чФ выходом умнояителя, а выход соединен с входом измерителя, при этом коэффиииеит усилеиия умееиителя К и величина амплитуды опорных сигналов синхронных детекторов 0 о связаны соот- ЯношениемИзобретение относится к геофизике, а именно к технике измерения магнитного поля, и может быть исполь зовано при геофизической разведке полезных ископаемых. 5Известно устройство для измерения магнитного поля Земли, содержащее ферромагнитный датчик, генератор возбуждения, узкополосный усилитель, настроенный на вторую гармонику, синхронный детектор, фильтр низкой частоты и измеритель 11 .Недостатком этого устройства является низкая точность, обусловленная наличием магнитного Фликкер-шума 15 вблизи второй гармоники выходного сигнала ферромагнитного датчика,Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения магнитного па Ля, содержащее первый и второй сердечники, выполненные из ферромагнитного материала, общую для обоих сердечников обмотку возбуждения, соединенную с генератором, первую и вторую измерительные обмотки, помещенные соответственна на первый и Второй сердечники и соединенные с входами первого блока вычитания, гыход которого соединен с входами резонансных 30 усилителей, а также первый и второй фильтры низкой частоты измеритель 2.1Недостатком известного устройства является низкая точность, обусловленная мультипликативнай компонент ной магнитного фликкер-шума.Цель изобретения - повышение точности путем подавления мультипликативцой компоненты магнитного фликкери ума. 40Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения магнитного папя, содержащее первый и второй сердечники, выполненные из ферромагнитного материала, общую для 45 обоих сердечников обмотку возбуждения, соединенную с генератором, перву 1 о и вторую измерительные обмотки, помещенные соответственна на первый и второй сердечники и соединенные с 50 входами первого блока вычитания, выход которого соедйнец с входами усилителей, а также первый и второй фильтры низкой частоты, измеритель, содержит первый и второй синхронные детекторы, удвоитель частоты, первый и второй фазавращатели, умножитель второй блок вычитания, причем управляющий выход генератора соединен через первый фазавращатель с опорным входам первого синхронного детектора и через удвоитель частоты и второй фазовращатепь - с опорным входам второго синхронного детектора, выход первого усилителя соединен через перВый синхронный детектор и первый фильтр низкой частоты с первым входом умнажителя, выход второго усилителя соединен через второй синхронный детектор и второй фильтр низкой частоты - с вторым входом умнажителя и Вторым входам второго блока Вычитания, первый вход которого соединен с Выходам умнОжителя а ВыхОд соединен с входом измерителя, при этом коэффициент усиления умнакителя К и величина амплитуды опорных сигналов синхронных детекторов 0 О связаны соотношением20где С - постоянный коэффициент, характеризующий величину преобразавания сердечников по второй гармонике.Кроме того, для обеспечения подстройки умножитель выполнен с регулируемьм коэффициентом усиления,На фиг,1 представлена блок в схе устройства, на фиг,2 - вариант блоксхемы умножителя.Измерительное устраиствс содержит (фиг.1) генератор 1 тока, ферромагнитный датчик, состоя,ций из обмотки 2 возбуждения двух измерител. ных обмоток 3 и 4 и двух сердечникови 6 также содержит блок 7 вычитания, первый Я и Второй 9 усилители, удвоитель 10 частоты, первый 11 и второй 12 синхронные детекторы, первый 13 и второй 14 фазавращатели, первый 15 и втсрой 16 фильтры низкой частоты, умнажитель 17, второй блок 18 вьчитания и измеритель 19. Кроме тога умнажитель 17 содержит (фк:г,2) первый 20 и второй 2 1 ипверторы, блок 22 выделения знака, амплитудный умцажитель 23, первый 24 и Второй 25 коммутаторы и масштабируюший усипитель 20. Устройство работает следующим об"азам,Генератор 1 задает переменный ток с час;тай Яо порядка 1 кГц, кг 1 торый проходит через обмотку 2 Возбуждения в результате чего перема"ничиваютсясердечники 5 и 6, изготовленные из ферромагнитного материала, наводится сигнал в измерительных обмотках 3 и 4, после чего сигнал поступает на входы блока 7 вычитания. В блоке 7 вычитания осуществляется фазовая компенсация средних значений нечетных гармоник сигнала, позволяющая практически полностью подавить средние значения нечетных гармоник и 10 Флуктуационные компоненты четных и нечетных гармоник тока возбуждения (шумы генератора возбуждения), трансформируемых в измерительные обмотки 3 и 4, так как в измерительных 15 обмотках 3 и 4 обоих сердечников 5 и 6 средние значения нечетных гармоник и Флуктуационные компоненты четных и нечетных гармоник тока возбуждения полностью коррелированы. 20С выхода блока 7 вычитания через первый 8 и второй 9 усилители, настроенные, например, на выделение магнитного Фликкер-шума в области первой 51 и второй 02 гармоник тока возбуждения,25 сигналы 0 1 и О 2 поступают на входы соответственно первого 11 и второго 12 синхронных детекторов. Выражения для поступающих сигналов О (1) ,Ог(1) можно представить в виде30 О ЮО,Ю Со Фо+ М)ф, Ц: Ч,) 1 нО,.3 фбгЦ) хХ соб Мз 1 щгггде а 1 ), О г(Ц и Е ц - медленныепо сравнению с,периодом перемагничивания Т=2 ц/(до (Ыо - частота перемагничивания) Флуктуационные уходы 40амплитуды соответственно первойО, Я 1и второй Ог(Ц и "гармоник,возникающие вследствие медленныхслучайных изменений магнитных свойствФерромагнитных сердечников 5 и 6 и 45называемые магнитным фликкер-шумомсоответственно первой и второй гармоник, 2 - среднее значение амнлитуды второй гармоники, величина и знаккоторбй пропорциональны соответственно значению и полярности воздЕйствующего на сердечники 5 и 6 постоянного или медленно меняющегося магнитного поля Н 0,и ( - фазы сиг-:налов соответственйо первой и второй 55гармоник,На опорные входы первого 11 ивторого 12 синхронных детекторов поступают сигналы с вараго выхода генератора 1 тока соответственно через первый Фазовращатель 13 и последовательно соединенные удвоитель 10 частоты и второй Фазовращатель 14,.Выражения для опорных сигналов 31 с и О первого 11 и второго 12 синхронных детекторов можно представить ввидеО оса (оф) Ос: Оосо 5(саофРг 1 где О - значение амплитуды опорныхосигналов, фазы фи г которых соответственно равны фазам сигналов О(1) иМг )В результате синхронного детектирования и подавления высокочастотныхкомпонент, имеющих частоту, например, свыше 10 Гц, осуществляемого с помощью первого 15 и второго 16 фильтров низкой частоты на их выходах формируются сигналыО ссР 1юг ъОа ЧгЧг аЕ(Цгде предполагается, что общий коэффициент амплитудного преобразования медленных флуктуаций при фильтрации равен единице.После умножения сигналов Ц и О, осуществляемом в умножителе 17, на первый вход второго блока 18 вычитания поступает сигнал 0 , выражение для которого имеет вид.Кл,Ог401 ) 1101 ЩРДЕуЦ)или с учетом малости флуктуаций, когда справедливо условиесггцэ огцО сОц К 4 Чг Огф+ОхМЕггде К - козффициент усиления умножителя 17, 11175 б 1В случае, когда значение напряженности Но измеряемого магнитного поля превышает значение порогового поля ферромагнитного датчика, т,е, Ч 2)ъЕ 2, ф" выражение (1) можно представить в виде о Цо Цр ОЗ д ЧаВМ 1 К - 01 Е 2 щВеличина коэффициента усиления Кумножителя 17 выбрана из условия 20(2)С 11 опоэтому на входе измерителя 19 имеет-р 5 ся сигнал с полностью подавленной мультипликативной компонентной магнитного фликкер-шумаЗО вследствие чего повышается точность измерения постоянных или медленно меняющихся магнитных полей в широком диапазоне их изменения. 35Возможны варианты устройства, когда вьделяются флуктуации третьей, пятой и т.д. высших гармоник.Реализация умножения сигналов согласно выражению (1) может осущест вляться следующим образом.Сигнал с. выхода фильтра 16 низкой частоты через второй вход умножителя 17 поступает одновременно на вход блока 22 вьделения знака сигнала на .45 первый вход первого коммутатора 24 и через первый инвертор 20 на второй ход первого коммутатора 24, работой которого управляет блок 22 выделения Знака, который в случае положитель В результате вычитания сигнала Ц из поступающего на второй вход второго блока 18 вычитания сигнала Б,р на вход измерителя 19 поступает сигнал15 ной полярности входного сигнал з подключает выход первого коммутатора 24 к его первому входу, а при отрицательной полярности - к его второму входу. С выхода первого коммутатора 24 сигнал поступает на второй управляющий вход амплитудного умножителя 23, величина коэффициента усиления которого пропорциональна управляющему сигналу. На первый вход амплитудного умножителя 23 поступает сигнал с выхода фильтра 15 низкой частоты, С выхода амплитудного умножителя 23 сигнал поступает одновременно на первый вход второго коммутатора 25 и через второй инвертор 21 на второй вход второго коммутатора 25, который осуществляет подключение по управляющим сигналам с блока 22 выделениязнака своего выхода к первому своему входу при положительной полярности сигнала, поступающего на второй вход умножителя 17 либо ко второму входу, когда полярность отрицательная, С выхода второго коммутатора 25 через масштабирующий усилитель 26, необходимый для подстройки коэффициента усиления умножителя 17 до значения, равного значению выражение(2) сигнал поступает на выход умножителя 17,Приведенная блок-схема умножителя17 позволяет реализовать преобразование сигналов в соответствии с выражениями (1) и (2).Изобретение ооеспечивает повышение точности измерений постоянных илимедленно изменяющихся магнитных. полей и наиболее эффективно при измерении его малых приращений напримерпри измерении градиентов .магнитногополя Земли либо при измерениях произ-.водных приращений сигнала магнитныхусилитеЛей, Компенсацил флуктуаций выходного сигнала позволяет практическиполностью подавить составляющую магнитного фликкер-шума в окрестности второйфпиккер-шума в окрестности второйгармоники, зависящую от напряженностиизмеряемого магнитного поля,0 иал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 аказ 72 13/29 Тираж ВНИИПИ Государс по делам изоб 113035, Москва, Жвенногоетений35, Рауш Подписномитета СССРоткрытийкая наб., д,4/5