Способ измерения компонент вектора магнитного поля

т-с,ОЛЯСАНЙЕИЗОБРЕТЕИИЯ Союз Советаымк Социалистических Респубпыы(22) Заявлено 140776 (21) 2384905/18-21 с присоединением заявкиС 01 Р. 33/02 Государственный комитет СГОР по делам изобретений и открытий(53) УДЫ 621. 317, .4 1,2 088,8) Опубликовано 25.04.79. Боллетеиь15 Дата опубликования описания 280479(72) Авторы мзобретеиия Ю.В.Афанасьев и Ю.Н.Бобков 54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПОНЕНТ ВЕКТОРА МАГНИТНОГО ПОЛЯ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения компонент вектора магнитного поля или циркуляции этого вектора в инфраниэкочастотном диапазоне,Известен способ измерения компонент вектора магнитного поля, заключающийся в том, что ферромагнитные сердечники периодически перемагничивают в продольном или поперечном ортогональном) о направлении по отнсшению к измеряемой компоненте поля вспомогательным переменным полем и выделяют переменную составляющую магнитной индукции в продольном направлении, кратную частоте вспомогательного поля, по амплитчде которой судят о значении измеряемой компоненты постоянного или инфранизкочастотного магнитного поля 1), Однако иэ-за влияния шумов Баркгаузена В известный способ не обеспечивает достаточно высокую точность измерений.Известен также способ измерения компонент вектора магнитного поля, заключающийся в том, что ферромагнит-Ж ный сердечник насыщают в направлении, ортогональном компоненте измеряемого поля при одновременном наложении переменного поля и выделении переменной составляющей магнитной индукции в И продольном направлении 2)Однако из-эа нестабильности нуля и наличия наводок от переменного поля, имеюдего ту же частоту, что и полезный сигнал, известный способ не обеспечивает достаточно высокую точность измерений.Целью изобретения является повышение точности измерений.Достигается зто тем, что в известном способе, заключающемся в том, что фер 1.омагнитный сердечник насыщают в направлении ортогональном компоненте измеряемого поля при одновременном наложении переменного поля и выделении переменной составляющей магнитной индукции в продольном направлении, насыщение сердечника производят знакопеременными грямоугольными импульсами поля, частота следования которых по кра 1 чей мере на порядок ниже частоты упомянутого переменного поля, а о значении продольной компоненты измеряемого поля судят по алгебраической сумме сигналов, соответствующих положительным и отрицательным импульсам поля на. сыщения.На фиг,1 приведены варианты схем наложения полей на ферромагнитный сердечник в соответствии с предлагаемы способом измерения; на фиг.2 и 3показаны эпюры,полснлюцке принципы модуляции продольной проницаемости; наФиг.4 изображена векторная диаграмма,пояснлЮщал возникновение помехи, соз,цаваемой полем насыщения; на Фкг,5 иб приведены Функцкокалькые схемы измерительных устройств реализующих 5предложенный способ,способ (см,.фиг,1, а и б) зак.лючается в том, что Ферромагнитный сердеч - нкк 1, выполненный, например, в Форме Фиска, насыщают:о направлении У полем Я (с) в виде знакопеременньх прлмоугбльных импульсов) =Все зд.ил и 5где НЯ. -амплитудаимпульса,Я - круговая частота.ЭтО пале сОздают с ПОмощью катушки2, пропуская по ней ток соответствую"щей Формы. В том же направленииналагают поле Н,у (1), нап 1 имер, синусоидальноеи=н.,э 1 п о 1,где Н - амплитуда полл,Ж кругОвая частОта. 25Иоле Е, создают с помощью катуш"кк ЗупрОпускал ПО ней синусокцалькыйтак. Частоту Я выбирают из расчетаЯ 4 О, 1 сй ,Поле 2; ;) модулирует продольнуюпроницаемость,Ол ,о Поэтому приналичии измеряемого постоянногополн Нв каправлении х полвляетснсоставляющая магнитной индукцииВх = В.З 1 П В, где В, - амплитуда, являющаяся Функциек Н , Информацию,об этой составляющей, а слеовательно, и об измеряемой компоненте11, постоянного или кнфраниэкочастотно"го магнитного поля, можно пол,учить,измеряя ЭДС навоущло в и ",туо 1 ке 4 40Ориентированной перпендикулярна катушкам 2 и 3.Принцип модуляции продольной проницаемости сердечника пс предлагаемому способу (см.фкг.2) заключаетсл в , 45следующем. Значения Нй=Я и Н, = -выбирают из расчета, чтобы модуляцияпродольной проницаемосткд=,о,;-д,(сОосуществлялась за пределами гкстерезисной петли, т.е. на участках однозначной зависимости В(Н), где шугаБаркгауэена отсутствует или сведен кминимуму. Весьма важным моментом приэтом оказывается зависимость началь"ной фазы процесса,О, (а) от изменения знака поля насыщения - начальнаяФаза модулируемой продольной проницаемости изменяется. ка 1.80 О при сменезнака поля насыщения, й это означает,что при наличии компоненты М, измеряемого поля Фаза ЭДС, наводимой в 9)измерительной катушке 4, будет такжепериодичеаки изменяться на 180т.е.сигнал будет модулировак по Фазе счастотой.Я, Эта дополнительная модуляция как раз и позволяет отделить 65 полезный сигнал от помех, создаваемых полем насыщения Нй. и переменным модулкрующим полем Нц .Нз-за несовершенства реальных измерительных устройств, например, изэа кеортагональкостк катушек 2 и 4, вектор Уй будет проектироваться ка продольную ось (см.фиг,4), При положительном импульсе поля насыщения проекция Н 9 , будет иметь один знак, а прн отрицательном - другой. Поэтому за полный период процесса 251(с) суммарная намагниченность сердечника оказывается равной нулю. Прк этом выходная ЭДС, наводимая в катушке 4 за тот же период, уже не будет модулирована по Фазе, так как со сменой знака поля насыщения изменяется непроекци 1 л вектора Н 5 продольную ось, но и начальная Фаза продольнойпроницаемости ,Олл (са) .Что касается наводки, создаваемой полем Нн,:), например, из-за неортогональностк катушек 3 и 4, то ока также не бупет модулированной по фазе,Другой вариакт способа (см.фиг,1, Вке) заключается в том, что Ферромагнитный сердечник 1, выполненный, например, в Форме диска, насыщают в направлении У полем Н в виде знакопеременных прямоугольных импульсов(см,зиг,3, а)где Н , - амплитуда поля,Р. - круговал частота.,Это поле создают с помощью катушки 2, пропускал по ней ток соответствующей Формы, В направлекик К налаН,(1), например, скнусакдальноеН,(;:) = Н 61 ив 1,где Н- амплитуда полл, Ы- круговал частота.Поле Но,(".) создают с помощью катушки 3, пропуская по ней сккусокдалькый ток. Частоту й выбираем кэ условкяПоле Н (о) модулирует продольную проницаемостьф:,О. Прк наличии измеряемого постоянного поля Н вХ направлении х полвлвотся четные гармоники переменной. магнитной индукцииВ ," В-- В 81 и 2 п а"2 П 2 пгде В 2 П - амплитуда и-ной четной гармоники, являющаяся Функцией 11 ри=1,2,3 - номер четной гармоники11 нформацию об измеряемой компонен. те Нх постоянного илк кнфраккзкочастотного магнитного полл можно полуплть, выделля из ЭДС, наводимой в измерительной катушке 4,ориентированной в направлении х игнал п-ой чет - ной гармоники переменной магниткой к ндук ции, 5 бПринцип модуляции продольной проницаемости,б сердечника по Второму варианту способа заключается в следующем. Вид зависимости В (Н ) существенным образом зависит от величины поля в поперечном направлении Н,(СМ.,ФИГ.35) и не зависит от знака этого поля.Устанавливая амплитуду Н Я.поперечного насыщающего поля, соответствующую беэгистеризисной зависимости Ви (Н 4 ), мы тем самым, как и в способе-йрототипе, уменьшаем шумы Баркгаузена при модуляции продольной проницаемости,б.я полем Н ,(+), накладываемым в продольном направлении, Амплитуду Нц, этого поля выбираем из расчета получения достаточной глубины модулиции О, что соответствует условиюН ), (1 - 2)Н,о)где Н -псле насыщениясер-ьдечника в продольном направлении (см,Фиг.З,В).Поскольку,О (Н ) - Функция четная то ОснОВнОЙ частОтой зависимости,б,будет 2 а (см.Фиг,З,г; что иобусловливает появление в спектремагнитной индукции В,(1.) четных гармоник Впри наличии компонен 2 хты Н измеряемого поля.Различие по частоте полезного сигнала и переменного поля Н., позволяет устранить наводки, создаваемыеэтим полем,Нэ-за несовершенства. реальных измерительных устройств, например, изза неортогональности катушек 2 и 4(см.Фиг.4, угол ), поперечное насыщающее поле будет создавать помеху,В выходном сигнале измерительной катушки 4 эта помеха обусловлена проекцией Нй. вектора Н(1-,) на продольную ось Х (см,Фиг,4),Проекции На., соответствующие положительному и отрицательному импульсам поля насыщения, равны по величине, но различны по знаку, а ЭДС вкатушке 4 от этих проекций отличаются друг от друга по Фазе на (Г. Фазаже ЭДС измеряемой компоненты НХне зависит от знака поля НЯ(с)В соответствии с предложенным способом о значении измеряемой компонен"ты поля судят по алгебраической суммесигналов, соответствующих положительным и отрицательным импульсам полянасыщения,Таким образом, за счет насыщениясердечников в поперечном направленииэнакопеременными прямоугольными импульсами поля, алгебраичсского суммирования сигналов соответствующих положительньм и отрицательным импульсамполя насыщения, удается отделить полезный сигнал от помех, создаваемыхполем насыщения и переменным модулирующим полем, и, тем самым, повыЬитьточность измерения компонент вектора58511 5 10 15 20 25 ".д 0 3540 45 50 Предлагаемый способ измерения компонент вектора постОяннОГО или инфра низкочастотного магнитного поля поз волит ча 1,5 - 2 порядка снизить порог чувствительности измерительных устройств и тем самым повысить точность измерения магнитных величин. Формула изобретения Способ измерения компонент вектора магнитного поля, заключающийся в постоянного или ИНФраниэкочастотногомагнитного поля.В качестве примера реализации первого варианта спос;ба (см.Фиг,5) приведена Функциональная схема измерительного устройства. Первичный преобразователь 5-Феррозонд или магнитныйусилитель, содержащий сердечник 1 икатушки 2,3 и 4, подключен к делителю частоты б, Формирующего энакопеременные прямоугольные импульсы тока счастотой следования й., которые, протекая по катушке 2, насыщают сердечник 1 в направлении, ортогональномизмеряемой компоненте Н слабого постоянного или инФранизкочастотного маг"нитного поля, Делитель б синхрониэирован с генератором 7, вырабатывающимсинусоидальный ток частоты (ы, который,протекая по катушке 3, обсспечиваетмодуляцию продольной магнитной проницаемости сердечника 1. Сигнал частоть а, навопимой в катушке 4, поступает на вход избирательного усилителя8 и затем - на синхронный детектор 9,питающийся от генератора 7. Дале сигнал. Гоступает на Фазовый дискриминатор10, осуществляющий вычитание сигналов(напряжений или токов) соответствуюгцих положительным и отрицательным импульсам поля насыщения, Фазовый дискримина:ор коммутируется напряжениемчастоты Я., снимаемым с делителя б инепосредственно сопряжен с регистрирующим прибором 11,Б качестве примера реализации второго варианта способа (см.Фиг,б) приведена Функциональная схема измерительного устройства. Первичный преобразователь 5 - Феррозонд или магнитный усилитель. Блок б, управляющийработой Устройства в целом и Формирующий токи для первичного преобраэовсателЯ 5, Необходимые Для Созданияпоперечного насыщения поля Н УипродольнОГО переменного пОлЯ Н щ ;.) аВыходной сигнал с первичного преобраэоьателя 5 поступает на избирательный усилитель 7, выделяющий вторуР ГармОнику магнитнОЙ индукцииДалее сигнал детектируется синхронным детектором Ь и поступает на суматор 9, который управляется частотой й с блока б. Сумматор 9 непосредственно сопряжен с регистрирующимустройством 10, том, что ферромагнитный сердечникнасыщают в направлении, ортогональном компоненте измеряемого поля приодновременном наложении переменногополя и выделении переменной составляющей магнитной индукции в продольном направлении, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, насыщениесердечника производят знакопеременными прямоугольными импульсами поля,частота следования которых по крайней мере на порядок ниже частотыупомянутого переменного поля, а о 658511значении продольной компоненты измеря.мо го пол я судят по ал ге бр аи чес койсуме сигналов, соответствующих положительным и отрицательным импульсамполя насыщения,Источники информации, принятые5 во внимание при экспертизе1. Афанасьев Ю.В, феррозонды,Л Энергия, 1969, с, 166.2. Мари Ж. Низкочастотные параметрические усилители с ортогональнымщ магнитным управлением, Перевод подрец. В.В.Потемкина, ММир, 1967,с,232.658511 д ОнНнски 15 Фиг,ЮСоставител. Ы,КлыковТехред О.Андрейко Коррект 1.Мус ктор Е,Гон каэ 2050/41 Тираж 1089 ЦНИИПИ Государственного коь по делам изобретений и о 13035, Москва, Ж, Раушская наб