Феррозондовый магнитометр

(72 (71 МуравицкиАН БССР лектронис ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ С ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54)(57) ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МАГНИТОМЕТР,содержащий генератор возбуждения,два ферромагнитных сердечника собмотками возбуждения и последовательно соединенные резонансный усилитель, детектор, измерительныйприбор, о т л и ч а Ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно введеныдве линейные индуктивности, дваинтегратора, два двусторонних ограничителя и дифференциальный усилитель, причем обмотка возбужденияпервого ферромагнитного сердечника ЯО, 117039 подключена к выходу генераторавозбуждения последовательно с первой линейной индуктивностью, обмотка возбуждения второго ферромагнитного сердечника подключена к выходугенератора возбуждения последовательно со второй линейной индуктивностью,точка соединения обмотки возбужденияпервого сердечника и первой линейнойиндуктивности соединена со входомпервого интегратора, выход которогосоединен со входом первого двустороннего ограничителя, выходом соединенного с первым входом дифференциального усилителя, точка соединенияобмотки возбуждения второго сердечника и второй линейной индуктивности соединена со входом второго интегратора, выход которого соединенсо входом второго двустороннегоограничителя, выходом соединенногосо вторым входом дифференциальногоусилителя, к выходу которого подклю"чен вход резонансного усилителя.35 Изобретение относится к измерительной технике, предназначено дляизмерения йостоянных и переменныкмагнитных полей в геологии, дефектоскопии и как приемник магнитной 5составляющей электромагнитного поля при решении ряда задач, где требуется преобразование магнитногополя в электрический сигнал .Цель изобретения - повышение точ-.16ности измерения за счет отделениямагнитных шумов от полезного сигнала.На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема магнитометра; на фиг, 2 - графическое пояснение принципа работы устройстваУстройство содержит генераторвозбуждения, представляющий источникнапряжения, первую обмотку возбуждения с первым ферромагнитным сердечником 2, первую линейную индук"тивность 3, вторую обмотку возбуждения со вторым ферромагнитным сердечником 4, вторую линейную индуктивность 5, первый 6 и второй 7 интегра торы, первый 8 и второй 9 двусторонние ограничители, дифференциальныйусилитель 10, резонансный усилитель 11, детектор 12, измерительный прибор 13, при этом обмотка 30возбуждения первого ферромагнитного сердечника 2 подключена к выходу генератора 1 возбуждения последовательно с первой линейной индуктивностью 3, обмотка возбуждениявторого ферромагнитного сердечника4 подключена к выходу генератора 1возбуждения последовательно совторой линейной индуктивностью 5,выход второго интегратора 7 соединен с входом второго двустороннегоограничителя 9, выходом соединенного с вторым входом дифференциального усилителя 10.Устройство работает следующимобразом.,Генератор 1 возбуждения перемагничивает с помощью первой обмоткивозбуждения первый Ферромагнитныйсердечник. 2. В результате на первой линейной индуктивности 3 образуется падение напряжения. Этонапряжение поступает на первый интегратор 6 (например интегрирующуюС -цепочку), на выходе которого 55оно изменяется по форме - импульсы,несущие информацию об измеряемоммагнитном поле, располагаются в верхней его части. Это .позволяет легко отделить часть напряжения с информационным сигналом от части напряжения, содержащей магнитные шумы, путем двустороннего ограничения снизу. Напряжение с первого интегратора 6 подается на первый двусторонний ограничитель 8, через который проходит только та часть импульса напряжения, в которую входит информация об измеряемом поле, С первого двустороннего ограничителя (снизу) 8 сигнал поступает на первый вход дифференциального усилителя 10.Аналогично проходит сигнал со второй линейной индуктивности 5 на второй вход дифференциального усилителя 10. Обмотки возбуждения,с Ферромагнитными сердечниками 2 и 4 соединены так, что протекающий в них ток создает в объеме сердечников равные по величине, но противоположные но направлению поля. При наличии внешнего поля, направленного вдоль сердечников, в объеме одного из них действует разность4 напряженностей полей возбуждения и измеряемого (внешнего) поля, в объеме другого сердечника - их сумма.Таким образом, сигналы, приходя", щие на дифференциальный усилитель 10, равны при отсутствии измеряемого поля и разные при его наличии В результате вычитания сигналов на дифференциальном усилителе 10 выделяются лишь четные гармоники частоты возбуждения.С выхода дифференциального усилителя 10 сигнал поступает на резонансный усилитель 11, где выделяется вторая гармоника, которая поступает на детектор 12 и измерительный прибор 13.Работу устройства можно пояснить диаграммами на Фиг, 2 и путем сравнения с прототипом. Рассмотрим работу одного сердечника с обмоткой возбуждения и соответствующего его канала до.дифференциального усилителя.На фиг, 2 а изображена аппроксимированная кривая намагничивания 8(11) Ферромагнитного сердечника феррозонда. В результате действия гармонического напряжения генератора возбуждения еЯ и постоянного измеряемого поля Но индукция сердеч11703 10 где 0 ф - напряжение на линейной индуктивности 1., При известных .д В(И(где К - коэффициент пропорплональ 30 ности) напряжение на линейной индуктивности имеет вид (фиг, 2 г):38 М0 Ц = Г, со 6 я 1-М,35 Напряжение 11 ф подается на вход интегратора, на выходе которого имеем сигнал (1 (,) полностью совпадающий по форме с током, протекающим через индуктивность т.е. с током возбуждения феррозонда п К (фиг. 2 а), так как 40ф-,ф:фЖЙ - 5,ь.и 1- - Вр,н,45 где Ни - поле возбуждения феррозонда (фиг. 2 а). Входящую в это выражение функцию бф, содержащую гармоники, используемые для измерения магнитного поля НО 1 можно представить в виде (фиг, 2 б) Щ=В зпМ 1 В И,Я,5где В Н -- постоянная величиН3ника становится функцией времени ВИ) - сердечник периодически пере-. магничивается (фиг. 2 б, сплошная линия).На фиг. 2 в изображена форма напря. жения на обмотке возбуждения сердечника (16 ф, это напряжение содержит вторую гармонику частоты возбуждения, несущую информацию об измеряемом магнитном поле. Так как процесс перемагничивания сердечника до насыщения сопровождается гистерезисом и магнитными шумами, обусловленными дискретной природой перемагничивания отдельных доменов 1 и микрообластей сердечника - скачками Баркгаузена, то напряжение Д содержит шумовые компоненты.Для цепи , содержащей последовательно соединенные генератор напряже ния 6 Яобмотку возбуждения с ферромагнитным сердечником и линейную индуктивность 1. , выполняетсяе,( ) =1 Ю 0% Оо 48, И) - поСледовательностьнесимметричных относительно нулевого уровня импульсовСледовательно, полезный сигнал в виде четных гармоник может быть выделен из последовательности импульсов 8,(Я),Для тока возбуждения (фиг. 2 а) можно записатьАКЯБ зп я( Вя 910 ЫР ф Вр ККак видно из фиг. 2 а,б, во времядействия импульсов 6, К сердечникнаходится в насьпцении, процесс перемагничивания закончился и сопутствующие ему магнитные шумы минимальны, Кроме того, в эти интервалывремени напряжение на выходе интегратора (1 и(Ц)имеет величину,превышающую уровень, определяемыйполем насьпцения в (фиг. 2 а), чтопозволяет путем двустороннего ограничения снизу отделить часть напряжения )1 ф , содержащую магнитныешуьщ, от информационного сигнала,пропорционального 8,Таким образом, снимая напряжениес линейной индуктивности, затемпроведя его интегрирование и двустороннее ограничение снизу на уровне,определяемом полем насьпценияможно отделить магнитные шумы отсигнала, гармонические составляющие которого несут информацию обизмеряемом поле.Чтобы не применять резонансные усилители с высокой избирательностью ко второй гармонике, что технически трудно выполнимо, использована мостовая схема (дифференциальный двухэлементый феррозонд - два ферромагнитных сердечника с обмотками).Канал преобразования сигнала ферромагнитного сердечника (второй канал) работает аналогично первому.Обмотка второго ферромагнитного элемента феррозонда включена так, что его поле возбуждения сдвинуто на 180 относительно поля возбужденияопервого элемента. Поэтому если под воздействием внешнего поля 1, положительные импульсы на выходе первого канала возрастают по длительности и амплитуде, а отрицательнье убы 1170390вают, то на выходе второго каналанаоборот - отрицательные возрастают,а положительные убывают (фиг. 2 д,соответственно 01 и 0 ) . Выходыпервого и второго канала подключенысоответственно на прямой и инверсный входы дифференциального усилителя, на выходе которого получаемсигнал содержащий только четные гармоникичастоты возбуждения (фиг. 2 ж),1170390 Фиг.2 Корректор Л.Пилипенко едактор Н.Ки аказ 4701/4 иал ППП Патент , г Ужгород ул Проектная,Составитель В,Шульгец ТехредИ,Гергель ираж 748сударственногм изобретенийосква, ЖНИИПИ по д 13035 Подписноекомитета СССРоткрытийушская наб. д.4