Магнитометр

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскии Социапистических Республик(61) Дополнительное к авт. сви 2) Заявлено 13027 аявни Ио с присо ение Госуд ствеиныи номиСССРам изобретеиии открытий 23) Прио Опубтет 230381. Бюллетень ЙЯ 11 ован 3) УДК 621. 317. ,44(088.8) Дата о 3,8 кованияописан 2) Авторизобретения ьников 1) Заявите рский политехнический институ(54 мАгнитОмктР сокой чувствиприборы име-25 в определении тора магнитноако обладая в стью, известны ышенную ошибку х координат ве т ель нют поу гловыго поЦелшение овы я.ью изобретенияточности иэмер вляетсИяф Изобретение относится к измерению 1 величин и направлений вектора напряженности магнитного поля в плоской системе координат в широком диапазоне частот и может быть использовано в5 геологии, геофизике, технике магнитных измерении и других областях науки и техники.Известны приборы для измерения величины и направления вектора магнитного поля, содержащие магнитомодуляционный датчик с концентраторами, на которых намотаны сигнальные обмотки, концентраторы магнитно связаны между собой посредством модулятора, на котором расположена ео обмотка, связанная с генератором. Сигнальные обмотки через согласующие блоки и раэностные блоки связаны с фазовращателяьи, в схему также входят два сум матора и фазовый детектор с индикатором 1112722947/18-21 (53) М. КЛ.0018 3 Цель достигается тем, что в магнитометр, содержащий неперемагничивающееся Ферромагнитное кольцо модулятора с обмотками возбуждения, два генератора возбуждения, два усилителя мощности, усилитель, два синхронных детектора, подключенных входами к выходам усилителя и генераторов возбуждения, а выходами - ко входу сумматора, измерители фазы и напряжений, введены последовательно соединенные генератор поднесущей и фазорасщепитель, подключенные к его выходу два модулятора, связанные с генераторами возбуждения, выходы которых подключены к соответствукщим обмоткам возбуждения через усилители мощности, а внутри кольца модулятора помещено неперемагничивающееся кольцо с двумя взаимно перпендикулярными приемными обмотками, связанными со входами усилителя.На фиг. 1 изображена конструкция магнитомодуляционного входного блока магнитоМетра; на фиг. 2 - блоксхема магнитометра.Магнитометр состоит иэ входного магнитомодуляционного блока, в свою очередь состоящего из внутреннего40 неперемагничивакщегося кольца 1, накотором размещены две взаимно перпендикулярные обмотки 2 и 3 канала Х иканала У, состоящие каждая иэ двухсекций.Внутреннее кольцо 1 будем называтьприемным и обмотки 2 и 3 соответственно приемными. Снаружи приемного кольца 1 расположено ферритовое модуляторное кольцо 4, на котором расположены две модуляторные обмотки, Обмотка 5 Х-канала и обмотка 6 У-канала, которые геометрически совмещеныи намотаны одна в одной. Входы моду,ляторных обмоток соединены с выходами усилителей 7 и 8 мощности. У-канала и Х-канала.Входы усилителей 7 и 8 мощностисоединены соответственно с выходамимодуляторов 9 и 10, которые в своюочередь соединены с генераторами 11и 12 несущих частот У-канала и Х-ка нала. Кроме этого, вторые входы модуляторов 9 и 10 соединены с выходамифазорасщепителя 13, вход которого всвою очередь соединен с выходом генератора 14 поднесущей.Приемные обмотки подключены ковходам развязывакщих устройств 15и 16 с амплитудой коорекцией Х-канала и У-канала. Выходы развязывающихустройств 15 и 16 соединены со входами усилителя 17. Выходы усилителя17 соединены со входами синхронныхдетекторов 18 и 19 Х-канала и У-канала, вторые входы которых соединенысо вторыми выходами генераторов 11 и12 несущей частоты, Выходы синхронных детекторов 18 и 19 соединены совходами сумматора 20Один из выходов сумматора 20 соединен с индикатором 21 амплитуды, а второй - с индикатором 22 фазы, второй вход которого соединен со вторым выходом генератора 14 поднесущей.Работает магнитометр следующим образом,Генератор 12 несущей частоты Х-канала генерирует синусоидальное напряжение с частотой Юх, генератор 11У-канала - с частотой Яу. Генератор14 поднесущей частоты генерирует синусоидапьное напряжение с частотой Й.,В фаэорасщепителе 13 это напряжение разделяется на два, сдвинутые пофазе на 90 , т,в. с одного выходафаэовращателя снимается напряжениевида О,51 пдс, а с другого напряжениевида О,со 5 рй. Эти напряжения поступают на модуляторы 9 и 10, на вторыевходы модуляторов поступают напряжения с выходов, генераторов несущей. Свыходов модуляторов снимаются модулированные,напряжения. По Х-каналу смодулятора 10 снимается напряжениеОКО 1 П 5 ПМ 51 ПЙ)С 1по У-каналу с модулятора 9 снимаетсянапряжениеОу О,ФС 05 ДЙ 5Пйу йЭти напряжения поступают на входыусилителей мощности, а оттуда на об-мотки 5 и 6 модулятора. Это приводитк тому, что изменяющаяся во времениобратная проницаемость модулятора 4будет .содержать гармоники, содержащиесоставляющие с частотами 51 пйй51 пик си с 05 йсс 05 юус. В связи .с нелинейнойхарактеристикой феррита спектр магнитной проницаемости будет содержать .значительно большее число гармоник,однако,они здесь рассматриваться не1 будут, поскольку синхронными детекторами выделяются только эти две гармоники. Остальные гармоники на работумагнитометра влияния не оказывают.Благодаря магнитной модуляциивнешнего кольца, т.е, модуляции магнитного сопротивления, модулируетсяи поток измеряемого магнитного поляН. Для упрощения выкладок будем счи тать внешнее магнитное поле постоянным во времени. Для ничастотных магнитных полей, те. таких, частоты которых йн 4 Презультаты,полученные дляпостоянного тока, полностью справед ливы.Пусть вектор внешнего магнитногополя Н направлен под углом 8 к оси Х,как это показано на фиг. 1. Тогда напряжение снимаемое с выходным катушек 2 Х-канала, относительно рабочихгармоник, будет иметь вид0111= НКИХС 05851 ПЛС 51 ПЯХС ++ НКЯуС 056 С 05 Й 1 5 1 ПИуСу (1)аналогично для канала У с выхода приемной обмотки 3 получаем 0 = Н К 13 11 5111 6 51 И 0 1 5111 О 31 1.1 уР)+ НК Ь,)у 51 И 8 СО 5 Й 1. 5 И л)у Сгде К - коэффициент пропорциональности.Далее зти сигналы поступают в развязывающее устройства 15 и 16, у которых имеет место зависимость амплитудного коэффициента передачи от частоты в рабочем диапазоне частот вида 1/сд. Это делается для того, чтобы выравнить амплитуды гармоник с частотами о) и .ь 2 у,йоскольку мак фснуНа выходе развязывакщего устройства 15 Х-канала, .выходной сигнал имеет вид Оу-ККсоьВ ьмй 1 ыпсахЬ+ р)НК,СО 50 СОЗЕ Ъ 1111 уф,на выходе раэвязывакщего устройстваУ-каналаОу = НК 151 И 8 51 И ЙФ 51 г 1 Сдх+6 О+ НК 51 И 8 СОЬОФ, Ь 1 И ИУ 1.Усилитель 17 представляет из себядвухканальный усилитель с абсолютноидентичными каналами по амплитудно 5 фаэовым характеристикам, имекщим ра,на выходе синхронного детектора 19У-канала, опорный вход которого связак с выходом генератора 11 несущейУ-канала с частотой ИУ будет соответственно выделяться напряжение 20 Озх =нкз 1 и 6 созО 1 (б) Напряжения с выходов синхронных детекторов поступают на входы суммирующего устройства 20, в котором реализуется операцияЗОс зх+ з = НКз + В). )Ц Таким образом, напряжение на выходе суммирующего каскада представляет иэ себя синусоиду с частотой 11, амплитуда которой пропорциональная величине напряженности измеряемого поля и не зависит от ориентации вектора поля относительно координатных осей, Фаза синусоиды равна азимутальному углу вектора магнитного поля от носительно координатных осей и не эабочую полосу частот с равномерной амплитудно-фазовой характеристикой, превышающей частотную полосу суммы полезных сигналов, т.е. все полезные гармоники в нем усиливаются строго одинаково, без вынесения дополнительных различных фазовых сдвигов для различных гармоник.Усиленные до необходимых уровней сигналы каналов поступают на входы синхронных детекторов 18 и 19. Для детектора Х -канала, опорный вход которого связан с генератором 12 не" сущей Х -канала, опорной частотой является частота (дх, поэтому на его выходе будет выделяться напряжение, определяемое выражением15 висит от величины напряженности поля. С одного из выходов сумматора сигнал. поступает на измеритель амплитуды, индикатор которого проградуирован в величинах напряженности измеряемого поля. Со второго выхода сумматора по" ступает на вход индикатора 22 фазы, на второй вход которого поступает напряжение опорной фазы с частотой от генератора 14 поднесущей. Выход индикатора фазы проградуирован в значениях азимутального угла 6Формула изобретенияМагнитометр, содержащий неперемагничивающееся ферромагнитное кольцо модулятора с обмотками возбуждения, два генератора возбуждения, два усилителя мощности, усилитель, два синхронных детектора, подключенных входами к выходам усилителя и генераторов возбуждения, а выходами - ко входу сумматора, измерители фазы и напряжений, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные генератор поднесущей и фазорасщепитель, подключенные к его выходу два модулятора, связанные с генераторами возбуждения, выходы которых подключены к соответствующим обмоткам возбуждения через усилители мощности, а внутри кольца модулятора помещено неперемагничивающееся кольцо с двумя взаимно перпендикулярными приемныья обмотками, связанными со входами усилителя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 545939, кл. С 01 В 33/00, 1976.815689 Составитель Е. ДанилинаВ. Лазаренко ТехредЖ. Кастелевнч тор Н, Стец 1031/77 Тираж 7.32 П ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раущская наб., д