Устройство для измерения параметров магнитного поля

1 1866511 Союз СоветскикСоциалистическиеРеспубпин ОП ИКАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет по делам изобретений н открытийДата опубликования описания 23.09.81 Ю Н. Бобков и Б, М, Смирнов(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МАГНИТНОГО ПОЛЯИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров магнитного поля (составляющих вектора магнитной индукции, пространс гвенных производных вектора магнитной индукции и т.д.), например в геофизике для проведения магниторазведочных работ, в медицине для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний, в промышленности для автоматизации производственных процессов и т.д,Известно устройство для измерения параметров магнитного поля, содержащее ферромодуляционный преобразователь, удвоитель частоты, источник переменного тока, выходы которого подключены к перт 5 вому входу ферромодуляционного преобразователя и ко входу удвоителя частоты, генератор переменного ЭДС, фазовращатель, вход которого подключен к выходу20 генератора переменной ЭДС, усилитель, основной синхронный детектор, первый вход которого подключен к выходу усилителя, а второй вход - к выходу фазовращателя, дополнительный синхронный детектор,первый вход которого подключен к выходу ферромодуляционного преобразователя,а второй вход - к выходу удвоителя частоты, модулятор, первый вход которого подключен к выходу дополнительного синхронного детектора, а второй вход - к выходугенератора переменной ЭДС. Кроме того,известное устройство содержит регистрирующий прибор, вход которого подключенк выходу основного синхронного детектора и элемент отрицательной обратной связи, вход которого подключен к выходу основного синхронного детектора, а выходко второму входу первого модуляционногопреобразователя,В известном устройстве выход ферромодуляционного ттреобразователя подключен к фильтру (дополнительному синхронному детектору), который пропускает синфазную составляющую ЭДС второй гармоники и не пропускает как нечетные гармоники, так и квадратурную составляюшуюЭДС второй гармоники, Выходной сигналс дополнительного синхронного детекторапреобразуется модулятором в переменный,усиливается, детектируется и подается нарегистрирующий прибор. Следовательно,в выходном сигнале известное устройство5исключает погрешность, обусловленную влиянием нечетных гармоник и кввдратурнойсоставляющей ЭДС второй гармоники 11,Недостатком известного устройства яв ляется низкая точность измерения параметров магнитного поля из за дрейфа нуля дополнительного сицхронного детектора.Дрейф нуля дополнительного синхронного детектора в виде медленно изменяющегося напряжения преобразуется модулятором в переменное напряжение, которое затем детектируется и поступает на регистрирую,щий прибор. Таким образом, дрейф нуля дополнительного синхронного детектора ре 0 гистритуется как полезный сигнал в магнитном поле. Следовательно, дрейф нуля ограничивает порог чувствительности известного устройства и тем самым снижает точность измерения параметров магнитного поля,Цель изобретения - повышение точности измерения параметров магнитного поля.Эта цель достигается тем, что устрой 30 ство для измерения параметров магнитного поля, содержащее ферромодуляционный преобразователь, удвоитель частоты, источник переменного тока, выходы которого подключены к первому входу ферромо дуляционного преобразователя н ко входу уЬвоителя частоты, генератор переменной ЭДС, усилитель, основной синхронный детектор, первый вход которого подключен к выходу усилителя, дополнительный син хронный детектор, первый выход которого подключен к выходу ферромодуляционного преобразователя, элемент отрицательной обратной связи, вход которого подключен к выходу основного синхронного детекто ра, а выход - ко второму входу ферромодуляционного преобразователя, и регистрирующий прибор, вхоД которого подключен к выходу основного синхронного детектора, снабжено коммутатором, два первых 50 входа которого подключены к двум выходам удвоителя частоты, а третий вход - к первому выходу генератора переменной ЭДС.При этом два выхода коммутатора подключены ко второму и третьему выходам до полнительного синхронного детектора, выход которого подключен ко входу усилителя, а второй вход основного синхронно 1 4го детектора подключен ко второму выходу генератора переменной ЭДС.Такое включение коммутатора с удво-ителем частоты с генератором переменнойЭДС и дополнительным синхронным детек-тором ослабляет влияние дрейфа нуля дополнительного синхронного детектора иврезультат измерения параметров магнитного поля более чем на порядок, что обеспе-,чивает уменьшение порога чувствительности предлагаемого устройства, а следовательно, и повышение точности измерений.На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 эпюры напряжений с удвоителя частоты, сгенератора переменной ЭДС, с коммутатора и с выхода дополнительного синхронного детектора.Устройство (фиг. 1 ) содержит ферромодуляционный преобразователь 1, удвоитель 2 частоты, источник 3 переменного тока, выходы которого подключены кпервому входу ферромодуляционного преобразователя 1 и ко входу удвоителя 2 частоты, генератор 4 переменной ЭДС, усилитель 5, основной синхронный детектор 6,первый вход которого подключен к выходду усилителя 5, а второй вход - к выходугенератора 4 переменной ЭДС, дополнительный синхронный детектор 7, первыйвход которого подключен к выходу ферромодуляционного преобразователя 1, коммутатор 8, два первых входа которого под-.ключены к двум выходам удвоителя 2частоты, а третий вход - к выходу генератора 4 переменной ЭДС, элемент 9 отрицательной обратной связи, вход которого подключен к выходу основного синхронного детектора 6, а выход - ко второму входу ферромодуляционного преобразователя 1, и регистрирующий прибор 10;вход которого подключен к выходу детектора 6. При этом два выхода коммутатора 8 подключейы ко второму и третьемувыходам детектора 7, выход которого подключен ко входу усилителя 5,Устройство работает следующим образом,При перемагничивании ферромодулицонного преобразователя 1, возбуждающимсигналом воспроизводимым источником 3переменного тока и при наличии магнитного поля, и выходной ЭДС упомянутогопреобразователя 1 возникают кратные нечетные и четные гармонические составляющие. В ферромодуляционном преобразователе 1 в качестве полезного сигнала, пропорционального измеряемым параметраммагнитного поля, используется вторая гармоника. Однако в выходном сигнале ферромодуляцконного преобразователя 1 содержится не только синфазная, но и квадратурная составляющая ЭДС второй гармоники. Выход ферромодуляционного пре-.образователя 1 подключен к первому входу дополнительного :инхронного детекто=ра 7. Второй и третий входы дополнительного синхронного детектора 7 подключены к коммутатору 8. Дополнительныйдетектор 7 настроен на синфазную составляющую ЭДС второй гармоники выходногосигнала ферромодуляционного преобразователя 1, поэтому сигнал с выхода упомянутого детектора 7 пропорционален синфазной ЭДС второй гармоники. Информацияоб измеряемом магнитном поле снимается с выхода дополнительного синхронногодетектора 7 в виде переменного напряже-ния, частота которого равна частоте генератора 4 переменной ЭДС. Для получениятакого напряжения с выхода детектора 7,первые два входа коммутатора 8 подключены через удвоитель 2 частоты к источнику 3 переменного тока, а третий входэтого коммутатора 8 - к первому выходугенератора 4 переменной ЭДС. Частотанапряжения в удвоителе 2 частоты удваивается. Импульсные напряжения 0 иО,1 с удвоителя 2 частоты (фиг. 2) подаются на первый и второй входы коммутатора 8 (фиг. 1). При этом импульсынапряжения О (фиг, 2) задержаны относительно импульсов напряжения У на полпериода. Кроме того, на третий вход35 коммутатора 8 (фиг, 1) поступают импульсы напряжения коммутации О (фиг. 2) с . генератора 4 (фиг. 1), частота которыхболее чем на порядок меньше частоты то 40ка и напряжения, создаваемых источником 3 переменного тока. Импульсами напряжения У (фиг, 2) осуществляется управление коммутации дополнительного синхронного детектора 7 (фиг, 1). Так например, при положительной полярности45 напряжения Оп, (фиг. 2) с обоих выходов коммутатора 8 (фиг, 1) поступают на второй и третий выходы дополнительного синхронного детектора 7 импульсы напряжения коммутации 04 и О (фиг. 2), совпадающие по времени и полярности соотвественно с импульсами напряжений О и О. При отрицательной полярности напря. жения Ц с обоих выходов коммутатора 8 (фиг. 1) поступают иа второй и третий 55 входы детекторыимпульсы напряже ний О, и О (фиг, 2), сдвинутые во фазе на 180 ф по отношению к этим же им 11 6пульсам, когда напряжение О было положительной полярности. При такой коммутации детекторы 7 (фиг. 1) и при отсутствии измеряемого магнитного поля на выходе этого детектора 7 будет напряжение ОА (фиг. 2) равное значению дрейфов нуля упомянутого детектора 7 (фиг. 1).При, наличии измеряемого магнитного поля напряжение, пропорциональное этому измеряемому полю, на выходе детектора 7 меняет полярность при смене фаз напряжений, поступающих на этот детектор 7 с коммутатора 8, в то время как полярность напряжения дрейфа нуля детектора 7 не зависит от смены фаз напряжений, постуОпаюших с коммутатора 8, Например, при положительной полярности напряжения (фиг, 2) на выходе детектора 7 (фиг, 1 ) будет сигнал равный (Оь, + О ) (фиг, 2 ), а при отрицательной полярности напряжения О-( 0- 0,), где 0, - напряжение пропорциональное измеряемому магнитному полю, Таким образом, с выхода детектора 7 (фиг, 1) поступает на вход усили- теля 5 переменный сигнал с частотой равной частоте переменного напряжения генератора 4 переменной ЭДС и с амплитудой, пропорциональной только измеряемому магнитному полю.Усилитель 5 (фиг, 1) осуществляет усиление переменного напряжения, частота которого много больше частоты напряжения дрейфа нуля, т,е. усилитель 5 является фильтром верхних частот, поэтомуна выходе усилителя 5 будет сигнал, пропорциональный,только измеряемому магнитному полю.ОС выхода усилителя 5 сигнал, пропорциональный измеряемому магнитному полю, поступает на первый вход основного синхронного детектора 6, на второй вход которого подано напряжение со второго выхода генератора 4 переменной ЭДС. Основной синхронный детектор 6 преобразует переменный сигнал, поступающий на его первый вход, в постоянный, пропорциональный амплитуде и фазе упомянутого сигнала. Сигнал с синхронного детектора 6 снимается регистрирующим прибором 10 и поступает через элемент 9 отрицательной обратной связи на второй вход ферромодуляционного преобразователя 1 для обеспечений необходимой отрицательной обратной связи по измеряемому магнитному полю.Повышение точности измерения параметров магнитного поля предлагаемым усзъ ройством по сравнению с известным достигнуто благодаря ослаблению влияния7 86651 напряжения дрейфа нуля дополнительного синхронного детектора 7 на результаты измерений более чем на порядок.5формула изобретенияУстройство для измерения параметров магнитного поля, содержащее ферромодуляционный преобразователь, удвоитель чао- о тоты, источник переменного тока, выходы которого подключены к первому входу ферромодуляционного преобразователя и ко входу удвоителя частоты, генератор переменной ЭДС, усилитель, основной синхронный детектор, первый вход которого подключен к выходу усилителя, дополнительный синхронный детектор, первый вход которого подключен к выходу ферромодуляционного преобразователя, элемент отрицательной обратной связи, вход которого подключен к выходу основного синхронного детектора, а выход - ко второму 1 8входу ферромодуляционного преобразователя, и регистрирующий прибор, вход которого подключен к выходу основного синхронного детектора, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено коммутатором, два первых входа которого подключены к двум выходам удвоителя частоты, а третий вход - к первому выходугенератора переменной ЭДС, при этом двавыхода коммутатора подключены ко второму и третьему выходам дополнительного синхронного детектора, выход которогоподключен к усилителю, а второй вход основного синхронного детектора подключенко второму выходу генератора перемен -ной ЭДС. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР позаявке2562541/18 21,кл. С 01 й 33/02, 1978,. Москва, Ж 35, Ра Подписноекомитета СССРоткрытийушская наб., д. Заказ 8073/69ВН 130 ал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Составитель Г. Семеноваедактор Г. Волкова Техред А. Савка Корректо