Градиентометр

ото " ".,4 сИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социапистических Республик(23) Приоритет М. Кл.6 01 В 33/О вордаротнваны 1 ноантвтОоввта Мнннотров СССРно.нвнав наоорвтвннйн атнритнй 43) Опубликовано 0505.78.Бюллетень ЭЙ 17 45) Дата опубликования описания 18.04.76 З) УДК 621 317(71) Заявитель Воронежский политехнический институт(54 РАДИЕНТОМЕТ 2 едостаточно тоПрибор предназначен для измерения неоднородностей магнитного поля в широком диапазоне внешних условий, при размещении прибора как на неподвижных, так и на подвижных объектах, может 5 быть использован в геофизике, магнитобиологии для поиска и обнаружения ферромагнитных тел.,Известен феррозондовый градиентометр, содержащий два магниточувстви тельных полузонда, генератор возбуждения, усилительно-преобразовательную схему и индикатор, у которого погрешности измерения компенсируются ручной регулировкой коэффициентов преобразования полузондов 11.Однако этот прибор нчен и чувствителен.Известен также градиентометр, со держащий два параллельных магнитомо) дуляционных датчика, обмотка возбуждения каждого из которых через соответствующий усилитель мощности связана с выходом задающего генератора,обмотка смещения - с выходом управляемо го источника гостоянного смещения, приемная обмотка-со входом блока разделения частот, а также последовательно соединенные компенсирующие обмотки, синхронный детектор, входы которого связаны с выходом усилителя мощности и блока разделения частот, а выход со входом разностного блока 2.Этот прибор также недостаточно точен и чувствителен.Цель изобретения - повышение точности измерения и чувствительности градиентометра - достигается тем, что в него введены дополнительный идентич-.ный магнитомодуляционный датчик, расположенный параллельно основным, последовательно соединенные контрольные обмотки, установленные на основных и дополнительном датчиках, последова- тельно соединенные задающий генератор и усилитель мощности контрольного сигнала, своими выходами подключенный к контрольным обмоткам, блок компенсации, выход которого соединен с компенсирующими обмотками, а вход - с выходом синхронного детектора дополнительного датчика, три блока выделения рабочих частот компенсации, три синхронных детектора выравнивания по чис" лу магнитомодуляционных датчиков и два дополнительных разностных блока, входы которых попарно соединены с выходами синхронных детекторов выравнивания. Первые входы последних подключены к выходам соответствующих блоковразделения частот, вторые входы - через соответствующие блоки выделения рабочих частот компенсации ко второму выходу задающего генератора контрольного сигнала, вторые входы каждого бло ка выделения рабочих частот компенсации - ко второму выходу соответствующего задающего генератора, причем выходы дополнительных разностных блоков соединены со входами управляемого ис- р точника постоянного смещения основных магнитомодуляционных датчиков.На чертеже представлена структурная схема устройства.ферритовые магнитомодуляционные па раметрические датчики 1-3 со строго параллельными магнитными осями, пространственно разнесенные друг от друга, состоят из пар неперемагничивающихся ферритоных стержней 4-6, магнитоснязанных между собой перемагничивающимися кольцами - модуляторами 7-9. На кольцах-модуляторах расположены обмотки постоянного тока 10-12 и обмотки возбуждения 13-15, по которым протекает переменный ток. Обмотки постоянно-, 25 го тока соединены с управляемыми источниками постоянного тока .16-18 Обмотки возбуждения соединены с усилителями мощности переменного тока 19- 21. На датчиках 1-3 расположены основ ные приемные обмотки 22-24 . На датчи.ках 1 и 3 расположены последовательно включенные обмотки компенсации постоянного геомагнитного поля 25, 26, соединенные с блоком компенсации 27. Кро ме этого, на всех датчиках расположены соединенные последовательно обмотки контрольного сигнала 28-30, подключенные к усилителям мощности контрольного сигнала 31. 40Выходы приемных обмоток датчиков соединены с блоками разделения частот 32-.34, которые соединены с синхронными детекторами 35-37, а также с синхронными детекторами выравнивания 38-40.45 Усилители мощности 19-21, 31 связаны с высокостабильными задающими генераторами 41-44, которые, в свою очередь, связаны с блоками выделения рабочих частот компенсации 45-47, а последниес синхронными детекторами выравнивания 38-40. Детекторы выравнинанйя соединены с разностно-управляющими блоками 48 и 49, которые,в свою очередь,связаны с управляемыми источникамипостоянного тока 16, 18, Выходы синхронных детекторов 35 и 37 соединены с основным разностным блоком 50. Выходсинхронного детектора 36 снязан с бло ком 27 компенсации геомагнитного поля,60Рассмотрим работу градиентометра.При.рассмотрении Работы градиентометра в режиме измерения градиента будем считать, что нсе датчики идентичны по своему коэФфициенту преобразо вания и что постоянное геомагнитное поле в датчиках 1 и 3 скомпенсиронано.Градиент измеряется посредством датчиков 1 и 3. Геомагнитное поле в них скомпенсировано до разности между геомагнитными полями в месте расположения датчиков 1 и 3 и в месте расположения компенсационного датчика 2. Модуляторы датчиков 1 и 3 возбуждают-, ся токами с частотами сд 1 и жЬ, обеспечиваемыми усилителями мощности 19 и 21, которые усиливают сигнал высоко-, стабильных генераторов 44 и 43. Сигналы с рабочих обмоток 22 и 24 датчиков поступают в блоки разделения частот 32, 34, где на выходах, связанных с синхронными детекторами 35 и 37, выделяются частоты н полосах Ю 1 + ью Ю + ьж, где да 1- полоса частот при- нимаемых сигналов.В качестве опорного сигнала синхронных детекторов используются напряжения с дополнительных выходов усилителей мощности 19 и 21 с частотами и 11 и ыэ. Сигналы с детекторов 35 и 37 поступают в разностный блок 50, на выходе которого выделяется напряжение, пропорциональное градиенту.Для компенсации геомагнитного поля используется датчик 2, Обмотка возбуждения 14 модулятора датчика 2 питается от усилителя мощности 20, усиливающего напряжение высокостабильного генератора 42, вырабатывающего напряжение с частотой и 2. Выходной сигнал, пропорциональный напряженностигеомагнитного поля в месте расположения датчика 2, с приемной обмотки23 поступает в блок разделения частот33, где на одном из выходов выделяетсясигнал с частотой Ш. Этот сигналпоступает на детектор 36, в котором вкачестве опорного сигнала используется напряжение с соответствующего выхода усилителя мощности 20. С детектора сигнал поступает через блок компенсации 27 н обмотки компенсации 25, 26 датчиков 1 и 3, включенные последовательно.Коэффициент передачи блока 27 выбирают такимобразом, чтобы поле,возбуждаемое им в датчиках 1 и 3, было равно полю, возбуждаемому н датчике 2 полем Н 1, и направлено навстречу полям,созданаемым н датчиках 1 и 3 полями Н и НЗ (Н 1, Нъ, НЭ - напРяженности магнитного поля н месте расположения датчиков 1, 2, 3 соответственно).флюктуации выходного тока блока 27 не приводят к появлению помех на выходе разностного блока 50, так как они одинаковы и обоих датчиках 1 и 3, поскольку компенсационные обмотки включены последовательно и через них протекает один и тот же ток компенсации, а выходной сигнал градиентометра равен разности напряжений на выходах датчиФормула изобретения Градиентометр, содержащий два параллельных магнитомодуляционных датчика, обмотка возбуждения каждого из ко-. торых через соответствующий усилитель мощности связана с выходом задающего генератора, обмотка смещения - с выхо дом управляемого источника постоянного смещения, приемная обмотка - со входом блока разделения частот, а также последовательно соединенные компенсирующие обмотки, синхронный детектор, входы которого связаны с выходом усили теля мощности и блока разделения частот, а выход - са входом разностного блока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения и чувствительности, в него введены дополнительный идентичный магнитомодуляционный датчик, расположенный параллельно основным, последовательно соединенные контрольные обмотки, установленные на основных и дополнительном датчиках, последовательно соединенные задающий генератор и усилитель мощности контрольного сигнала, выходами подключенный к контрольным обмоткам, блок компенсации, выход которого соединен с компенсирующими обмотками, а вход с выходом синхронного детектора дополнительного датчика, три блока выделе-. ния рабочих частот компенсации, три синхронных детектора выравнивания по числу магнитомодуляционных датчиков и два дополнительных раэнсстных блока, входы которых соединены с выходами синхронных детекторов выравнивания, первые. входы последних подключены к ков 1 и 3, Таким образом, флюктуациитока компенсации на выходе. разностногоблока 50 взаимно уничтожаются.Для выравнивания коэффициентов передачи датчиков используются соединенные последовательно обмотки контрольного сигнала 28-30, запитываемые отусилителя мощности 31, усиливающегосигнал высокостабильного генератораконтрольного сигнала 44 с частотой ж, 10Ток контрольного сигнала, протекающийпо обмоткам 28-30, создает в магнитопроводах датчиков 1-3 одинаковые пере.менные магнитные поля с частотой шкБлоки 32-34 выделяют сигналы комби 15национных частот, поступающих с рабочих обмоток датчиков 1-3. В зависимости от выбранных режимов работы этимичастотами могут быть:2 К 3 к 202) ш 1 г и)к, оз 2+ и), и)з +мк.Выделенные комбинационнйе частотыпоступают на синхронные детекторы 3840. В качестве опорных напряжений вних используются те же комбинационныечастоты, получаемые .путем смешиванияв блоках 45-47 частот возоуждения датчиков от генераторов 41-43,и частотыконтрольного сигнала от генератора 44,В качестве опорного коэффициентапреобразования используется коэффициент преобразования тракта датчика 2.Преобразованный контрольный сигнал этого датчика поступает с детектора 39на разностно-управляющие блоКи 48 и 49.На блок 48 поступает также контрольный сигнал датчика 1, снимаемый с синхронного детектора 38 на блок 49контрольный сигнал датчика 3 с синхронного детектора 40,На выходах разностно-управляющих 40блоков появляются напряжения, пропорциональные .разности напряжений конт -рольных сигналов: с датчиков 1 и 2на выходе блока 48, с датчиков 2 и 3на выходе блока 49. Если коэффициентыпреобразования соответствующей парыдатчиков одинаковы, то равна нулю разность напряжений контрольных сигналови, соответственно равно нулю выходноенапряжение разностно-управляющего бло 50ка.Если коэффициенты преобразованияпары датчиков разные, на выходе соответствующего разностно-управляющегоблока появляется напряжение, пропорциональное разности коэффициента преобразования соответствующей парыдатчиков,Напряжения с разностно-управляющихблоков управляют величиной постоянного тока смещечия источников 16 и 18.Выходные напряжения блоков 48 и 49через управляемые источники постоянного смещения изменяют постоянные токив обмотках 10 и 15, выравнивания темсамым коэффициент преобразования датчи 65 ков 1 и 3 относительно коэффициентапреобразования датчика 2.Аналогичный эффект может быть получен,если воздействовать напряжениемразностно-управляющих блоков не на смещение,модуляторов,а на выходное напряжение усилителей мощности 19,21.Приэтом смещение остается фиксированным,а усилители мощности 19,21 должны допускать управление выходным напряженйем.Источник 17 является автономным ислужит для установки коэффициента пре-образования датчика 2 в заданных пределах,Данный градиентометр не чувствителен к ориентации относительно постоянного геомагнитного поля, посколькукомпенсация последнего в градиентометре происходит автоматически. Нечувствителен он и к временным вариациям геомагнитного поля.Благодаря большой широкополосностидатчиков этот градиентометр может бытьиспользован для измерения градиентовне только постоянных, но и переменныхмагнитных полей с частотами до 1000 Гцвыходам соответствующих блоков разделения частот, вторые входы-через соответствующие блоки выделения рабочихчастот компенсации ко второму выходузадающего генератора контрольного сигнала, вторые входы каждого блока выделения рабочих частот компенсации - ковторому выходу соответствующего задающего генератора, причем выходы дополнительных разностных блоков соединены со входами управляемого источника постоянного смещения основных магнитомодуляционных датчиков. Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе:1, Авторское свидетельство СССРф 373678, С 0193/00, 1973.2, Авторское свидетельство СССРР 368560, б. 01 й 33/00, 1972,606146 раж 1112 Подписноенного комитета Совета Министам иэобретений и открытийЖ, Раушская наб., д. 4/5 Эакаэ 2465/43ЦНИИПИ Го дарств по дел осква,3035 илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель Е.Данилинаедактор Б.федотов Техред Э.мужик Корректор С.Гарасин