Цифровой феррозондовый магнитометр

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Н 33/02 1) 4 САНИ ЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Краснодарский филиал Научноисследовательского института морской геофизики Всесоюзного морского научно-производственного геолого-геофизического объединения по разведке нефти и газа Союзморгео" (72) Е.Ы.Штеренгарц, А,С.Загурский и Н.Д,Пустовалов(56) Афанасьев Ю,В. Феррозонды. - Л.: Энергия, 1969, с,121-127Семенов Н.И., Яковлев Н.И. Цифровые феррозондовые магнитометрь Л.: Знергия, 1978, с.132-148. (54) ЦИФРОВОЙ ФЕРРОЗОНДОВЬЙ 11 АГНИТОМЕТР(."7) Изобретение касается измерения параметров магнитных полей, например, Земли и может быть использовано в системах автоматического контроля ирегулирования, Цифровой Ферроэондовыймагнитометр содержит генератор 1 возбуждения, феррозонд 2 с обмоткой 3возбуждения и двумя измерительнымиобмотками 4 и 5, цифроаналоговый преобразователь 17, цифровой регистр 18индикации, реверсивный п-разрядныйсчетчик 15, элемент 14 задержки,триггер 12, элемент ИЛИ 13, блок 7суммирования сигналов, формирователь10, генератор 11 тактовых импульсов,(и)-канальный коммутатор 16, амплитудный детектор 9, Работа магнитометра основана на принципе экстремального регулирования с поиском экстремума(с уравновешиванием измеряемого сигнала) по направлению изменения огибающей амплитуды сигнала разбалансаблока 7 суммирования сигналов. Цифровой ферроэондовый магнитометр имеетповышенную точность измерений. 2 илИзобретение относится к измерительной технике, предназначено дляизмерения параметров магнитных полей,например Земли и может быть испольР5зовано в системах автоматическогоконтроля и регулирования,Бель изобретения - повьппение точности измерейия.На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг,2 - диаграммы поясняющие его работу,Цифровой феррозондовый магнитометрсодержит генератор 1 возбуждения,Феррозонд 2 снабженный обмоткой 3возбуждения и двумя измерительнымиобмотками 4 и 5, электронный переключатель 6, блок 7 суммирования сигналов избирательный усилитель 8 амплитудный детектор 9 Формировагель10, генератор 11 тактовых импульсов,триггер 12, элемент ИЛИ 13, элемент14 задержки, п-разрядный реверсивныйсчетчик 15 (и)-канальный коммутатор 16 цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 17 и цифровой регистр 18индикацииМагнитометр работает следующимобразом.С первого выхода генератора 1 30возбуждения сигнал с частотой Г поступает на обмотку возбуждения 3 Феррозонда 2 и периодически насыщаетего магнитопровод, С второго выходагенератора 1 возбуждения сигнал счастотой 2 Г поступает на вход опор 35ного сигнала ЦАП 17.феррозонд 2 снабжен двумя идентичными измерительными обмотками 4 и 5,намотаннь;ми на сердечник биполярно и40имеющими между собой тесную индуктивную связь, Начало обмотки 4 и конецобмотки 5 подключены к общей шинемагнитометра, а другие их концы подключены к входам электронного переключателя 6. С измерительной обмотки4 или 5 (в зависимости от положенияпереключателя 6) сигнал Б переменного тока с частотой 2 Еи амплитудой,пропорциональной величине магнитногополя, воздействующего на Феррозонд 2, 50поступает на первый вход блока 7 суммирования сигналов, на второй входкоторого с выхода ЦАП 17 поступаеткомпенсирующий сигнал Б,п с частотой21, Амплитуда компенсирующего сигна ла Б, зависит от значения кода нацифровых входах, поступающего с соответствуюп;их выходов реверсивного счетчика 15 через коммутатор 16. Рблокесуммирования сигналы Б иПц, поступающие на его входы, вычитаются и с выхода этого блока сигналразбаланса через иэбира.тельный усилитель Я, настроенный на частоту 2 й .,поступает на вход амплитурног детектора 9, На выходе детектора 9 напряжение Б соответствует модулю напряжения разбаланса на выходе избирательного ус.илителя 8 - ,Пп 1, причеммодуль 1 Б 81 зависит от напряжениякомпенсации Бпо кричой 1 Б==Г(Б,)Ц =сопя., показанной на Фиг,2,Кривая Бв=г(Ь)Б =сопз 1 имеет минимум (экстремум) в точке 0, соответствующей полной компенсации измеряемогосигнала Б, сигналом Б, в блоке 7 суммирования. Н момент компенсации измеряемого сигнала код И, на цифровыхвходах ЦйП 17 соответствует (с погрешностью квантования 10,1 компенсирующего сигнала Бамплитуде измеряемого сигнала. Бо значению этого кодаЫв момент равновесия сигналов Би Б судят о значении измеряемой величины. Код с цифровых входов БАП 17поступает в цифровой регистр 18 индикации. Состояние (единичное или нулевое) триггера 12 задает режим работы реверсивного счетчика 15 - суммирование или вычитание импульсов,поступающих на его счетный вход с выхода элемента ИЛИ 13 через элемент14 задержки.Управление работой магнитометраосуществляется импульсами, последовательно подаваемыми с первого, второго и третьего выходов генератора 11тактсвых импульсов на вторые входыэлемента ИЛИ 13 и формирователя 10,а также на вход синхронизации цифрового регистра 18 индикации,Если в момент включения питаниямагнитометра значения измеряемого Би компенсирующего Б, сигналов, например, таковы, что амйлитуда напряп ения разбаланса блока суммированиясигналов 7 соответствует точке "б"на кривой 1 П 1=Г(11,)Б =сопз (Фиг.2),а триггер 12 находится в нулевомсостоянии, при котором реверсивныйсчетчик 15 работает в режиме вычитания, то с первого выхода генератора/11 тактовых импульсов импульс Б через элемент ИЛИ 13 поступает на счетньп вход счетчика 15 и уменьшает еговыходной код на 1. В результатеэтого комг(енсируеощее напряжение Ц1 тскачкообразно уменьшается на один.квант а 11и на выходе детектора 9возрастает амплитуда напряжения П э=сопя. Блок 10 служит для формирования единичного сигнала только приположительном приращении амплитудывыходного сигнала детектора 9 (приположительном приращении 1 Пе), Эатем с второго выхода генератора 11тактовых импульсов импульс П поступает на второй вход формирователя 10и разрешает годачу единичного сигнала (1( на вход триггера 12 и на счетный вход реверсивного счетчика 15через элемент ИЛИ 13 и элемент 14задержки, При этом триггер 12 меняетсвае состояние, а единичный сигнал20Ц, поступающий через элемент ИЛИ13 в реверсинный счетчик 15, унеличинает его код на единицу и возвращаетзначение сигнала разбаланса в предыдущее состояние, соответствующее точке "б", После этого импульс П ,стретьего выхода генератора 11 тактовых импульсов поступает на входсинхронизации регистра 18 индикации,где отсчитываются показания входного30кода.В следующем такте работы генератора 11 тактовых импульсов импульс(1с парного его выхода через элементИЛИ 13 и элемент 14 задержки поступает на счетный вход реверсивного счетчика 15 и увеличивает его код наединицу, напряжение разбала:еса принимает зпачение, соответствующее точке( 1(н . Это вы зы ва е т отрицательный перепад амплитуды напряжения У н а выходедетектора 9и след ств ие чего н ф ормир о ва т ел е 1 0 не происходит 4 р . (ир овани е ед;(нич но го сигнала , Таки о браз ом , по сл едую:цие так то вые имп ул ь сы,11(, с первого выхода генератора 1145тактовых импульсгв через элементИБ 1 3 и элемент 14 задержки поступают на вход реверсивного счетчика 15,увеличивают его выходной код и уменьшают амплитуду напряжения разбалансана выходе блока 7 суммирования дозначения, соответствующего точке "г,которое является самым близким к сос;тоянтпо равновесия (к точке 0),При удалении амплитуды сигнала 55разбаланса на выходе блока 7 суммирования от точки г в любом направлении и;оисходит увеличение амплитуды сигнала разбаланса, а значит, увеличение амплитуды напряжения П на вы"9ходе детектора 9, что вызывает формирование единичного сигнала 11 е в фор"мирователе 10. Этот единичный сигналпоступает на вход триггера 12 и изменяет его состояние, через элементИЛИ 13 и элемент 14 задержки он поступает ееа вход реверсивного счетчика15 и изменяет его код, что влечетза собой изменения компенсирующегонапряжения П в таком направлении,чтобы амплитуда сигнала разбалансана гыходе блока 7 сумыиронаее(я сновасоответствовала точке "г .Таким образом, работа устройстваоснована на принципе экстремальногорегулирования с поиском экстремума(с уравновешиванием измеряемого сигнала) по направлению изменения огибающей амплитуды сигнала раэбалансаблока 7 суммирования.Под воздействием измеряемого маг"нитного поля фаза выходного сигналаферроэонда 2 (фаза сигнала в обмотках 4 и 5) может меняться на 180оВведенные в феррозонд 2 вторая изме"рительная обмотка, идентичная первой(которые включены встречно), и переключатель 6, подключающий эти обмотки к входу блока 7 суммирования,дают возможность изменять фазу выходного сигнала Феррозонда в блоке 7асуммироваееия на 180 . Причем. положение переключателя 6 в процессе уравновешивания изменяется сигналами,снимаемыми с и - го (старшего) разрядареверсивного счетчика 15, остальныеразряды которого подключаются к цифровым входам 1(АП 17 через (и)-канальный коммутатор 16. Коммутатор 16может быть выполнен, например, налогических элементах 2 И-ИЛИ и преду .смотрен для того, чтобы в момент замещения единиц младших разрядов единицей п-го (старшего) разряда, и наоборот (О 1,1 . 100), сохраня"лась плавность изменения напряжениякомпенсации 11( Входы коммутатора 1 бсоединены с входами счетчика 15 согласно логической функции Ь=а а,++а .а где Ь; - логический сигнална выходе х-го канала (на выходе-го элемента 2 И-ИЛИ); а; и а(, - выходные сигналы соответствующих раэрядон реверсивного счетчика 15,В этом случае при единичном значении п-го (старшего) разряда на цифро вые входы ЦАЛ 17 подается Грямой копа при нулевом значецци п-го разряда инверсный код, В результате чего при изменении положения перЯклкчателя б (при изменении .Язы измеряемого сигцала) ампл;";уда комтец сирт;дпР отг: нала происходит чср з нулевое значение, что обеспечивает устсйчцтзость процесса следящего уравноведвани 1,1 о окончании процесса уравцовец" Вя 111 логцче 1(ое зячецце и-Го уставшего) разряда реверсивного счетчика 15 указывает положегце перЯклачятеля б, а следовательно указывает рС- ЗУ 1,ЗЦЯК ЯЗЫ) ВЬХОДЦОГО СЦГНЯЛЯ фа- розонда 2, код на цифровьх Входах соответствует амплитуде этого сигнала.Формула изобретенияНфровой феррозондбвь 1 маГццто метр содержащий феррозоц сЯ бженцвй измерительной обмоткой. а также обмоткой Возбуждения, соеаиненцо 1 первым Выходом гецератоэа Возбуждения из бира теьнььй чтсилцтел зр( аналоговдй псеобразоватЯ 1 ь и ци 1 ровой регис-.р индикации. дифровье ВХОДЫ КОТОРЫХ СООТВЕТСТБЗЦЦО СОЕДИ 1 ЦЗ цы между собой реверсвць;". и-разряд цый счетчик., злемент задержки триггер злеест 1 Щ.,ззвь;"1 гход которого соединен с Входом тригсера выход через злемецт задержки " с первь 1 Входом 1 разряз э " Р зевс,. . ного счетчика. о: л ия з и и с я тем, что,дЯлк повь:ле: п точНзстц измерения, сц дополнительно снабжен блоком суммирования сигналов, 4 ормирователем, Генератором тактовых импульсов, ,и) -капаьгым коммутато Ом, амплцтудфцс Летекторо 1, второй измерительной обмоткой, .электронным г;ереклсателем, причем к первому и второму Входам электроццого переклочателя присоединены соо.ветстпегпо ПРРВЯЯ И ВТОРЯЯ ПЯРЯЛЛРЛЬО-ЭСРЕНЦО Вкл 1 оченные измерительные обмотки,ВьХод электронного переключае.я через сумматор, узкопо.о.ный усилит льи Яплтунць".: Дете;оР пвисоеДицецк зс,у Формровяте:.яВьг(од которо-э 1 ерез триггер сосДнец с вторымРходо и-ряз 1 зядцого реверсицОгос-Ртчикя пр.мо;: ИВход и ГО азрядя сг которого ссадиен с упразльоцим Входом электрон.:ого и Ве(Лк 1: тсл, я1, . " 1, ра Зрядг " с сс.Ве тс тву(1,м 1яуи, 1 канально о - Ощ 1,тО Рдзя входа кядо ГО канала котороГО со: ицен 1 ( оо; ВРТСТВР;.1 цо с прямь;.1тР "Ы 1; .сЫХО:ТЯМИ Г" ,г ВЯЗОЯДОВ Г,. Вер -иво о счятикя я лва пругих Входа всех каналов - с п 1 тьи и;:нВРРсным гьхооу каналов с и-Го Раз-,; РХДа РЕВ РСИВНО ГО С 1.КЯВТОЭОйвыход енератора возбуждения соединен с входом Опорного напряжения ф 1 ОанаОгозого преобразсвателя, :Ь ХОД КО ТООО ГО СО РДЦНЕН.Ходом вор: цздателяВторы; Входомо ом диЬр оза ГО ре 1 стэя инпи "ацииЗаказ 5890/4 б Подписиа СССРтийд. 4/5 772 БНЖПИ Государственного комит по делам изобретений и отк13035, Москва, Ж, Раушская н венно-полиграфическое пре Произв