Градиентометр

(23) П риоритет 1 Я 33 Гесударстеенньй неннтет СССР ее делам нзабретеннй н открытей(54) ГРАДИЕНТОМЕТ ыходь ика переменного тока.феррозондов подключеньой усилительно-преобразхемы, выход которой поистрирующему прибору,истрирующего прибора с ист вхоосновных ду основ тельной нен к ре зания ре дсоедиПокаоответ-. Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения параметров магнитного поля (составляющих вектора индукции магнитного поля, градиента индукции магнитного поля и т. д.).Известно устройство для измерения градиента индукции магнитного поля, содержащее два основных феррозонда и один дополнительный феррозонд, вырабатывающий регулируемую поправку к показаниям устройства 11. Поправка эта равна величине ложного градиента,обусловленного влиянием однородного магнитного поля при непараллельности магнитных осей основных феррозондов. Недостатком этого устройства является появление ложного градиента индукции магнитного поля, обусловленного непостоянством угла между магнитными осями основных феррозондов. При изменении угла между магнитными осями основных феррозондов регулировку, связанную с компенсацией ложного градиента, необходимо производить заново.Известны градиентометры с компенсацией несоосности, в которых осуществлена электрическая компенсация ложного градиента, обусловленного наличием поперечного однородного магнитного поля и непараллельностью осей феррозондов 1, 2 1. Устройство содержит два основных феррозонда оси которых приблизительно параллельны выбранной оси, и два дополнительных феррозонда, оси которых перпендикулярны друг к другу и к выбранной оси, Основные и дополнительные феррозонды плотно прикреплены к жесткой немагнитной опоре. К феррозондам (основным или дополнительным) подведены возбуждающие колебания6874 ствуют измеряемому градиенту индукции магнитного поля. Выходы дополнительных феррозондов подключены к входам двух дополнительных усилительно- преобразовательных схем, выходы которых подключены через переменные резисторы к компенсационным обмоткам ложного градиента, расположенным на основных феррозондах. Регулировкой переменных резисторов компенсируется 10 величина ложного градиента, обусловленного поперечным однородным магнитным полем при непараллельности осей феррозондов.Недостатком этого устройства является непостоянство угла между магнитными осями основных феррозондов, что при наличии поперечного магнитного поля приводит к появлению ложного градиента и, следовательно, снижает точность измерения.20 Цель изобретения - повышение точности измерения параметров магнитного поля.Для этого предлагаемый градиенто 25 метр, содержащий два основных ферромо. дуляционных преобразователя, оси которых параллельны выбранной оси, жестко прикрепленных к немагнитной опоре, два30 дополнительных ферромодуляционных преобразователя, оси которых перпендикулярны друг к другу и к выбранной оси, источник переменного тока, подключенный к основным и дополнительным ферромо 35 дуляционным преобразователям, два усилительно-преобразовательных блока, подключенных первыми входами и выходами к дополнительным ферромодуляционным преобразователям, две компенсационные обмотки ложного градиента, два переменных резистора и регистрирующий прибор, снабжен двумя парами последовательно соединенных обмоток, переменной ЭДС, оси которых параллельны осям дополнительных ферромодуяционных преобразователей, двумя управляемыми аттенюаторами, выходы которых подключены к компенсационным обмоткам ложного градиента через переменные резисторы, а первые входы - к выходам усилительно-преобразовательных блоков, парой последовательно, соединенных усилителей и синхронных детекторов, второй вход которых соединен с выходом источника переменного тока, блоком сложения градиента магнитного поля, к входукоторого подключены выходы синхронных детекторов, а к выходу- регистрирующий прибор, генератором пе 25 4ременной ЭДС, генератором тактовых импульсов, подключенным к выходам упомянутых генераторов,. распределительным блоком, вторые входы которого подключены к выходам обоих синхронных детекторов и к первым входам основных ферромодуляционных преобразователей, двумя фильтрами переменной ЭДС, входы которых соединены с выходами усилителей и с выходами распределительного блока, а выходы фильтров - со вторыми входами основных ферромодуляционных преобразователей, двумя синхронными детекторами ложного градиента, входы которых подключены к выходам фильтров переменной ЭДС и генератора переменной ЭДС, блоком сложения основных ферромодуляционных преобразователей, входы которого подключены к выходам двух синхронных детекторов ложного градиента, эле. ментом сравнения, первый вход которого подключен к выходу блока сложения, второй вход - к выходам распределительного блока, а третий и четвертый входык выходам управляемых аттенюаторов, двумя запоминаюшими элементами, входы которых подключены к выходам элемента сравнения, а выходы - ко вторым входам управляемых аттенюаторов, жестко прикрепленных к немагнитной опоре вспомогательным ферромодуляционным преобразователем, ось которого параллельна выбранной. оси, вспомогательным усипительно-преобразовательным блоком, один из входов которого подключен к выходу вспомогательного преобразователя, а другой - к источнику переменного тока, и двумя вспомогательными обмотками, расположенными на основных ферромодуляционных преобразователях так, что оси их параллельны выбранной оси, а обмотки соединены последовательно согласно и подключены к выходу вспомогательно го усилительно-преобразовательного блока, выход которого подсоединен также к вспомогательному ферромодуляционному преобразователю, при этом основные ферфомодуляционные преобразователи установлены в центре взаимно перпендикулярных обмоток переменной ЭДС, расположенных на жесткой немагнитной опоре, вторые входы усилительно-преобразовательных блоков соединены: с источником переменного тока, а входы усилителей связаны с основными ферромодуляционными преобразователями.На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства.Гридиентометр содержит два основных 1 и 2 и два дополнительных 3 и 4 ферромодуляционных преобразователя. Входы основных и дополнительных ферромодуляционных преобразователей подключены к источнику переменного тока 5, Выходы дополнительных ферромодуляционных преобразователей 3 и 4 подключены к первым входам усилительно-преобразовательных блоков 6 и 7, вторые входы которых соединены с источником переменного тока 5, Выходы усилительно-преобразовательных блоков подключены к первым входам управляемых аттенюаторов 8 и 9, выходы которых соединены через переменные резисторы 10 и 11 с компенсационными обмотками 12 и 13 ложного градиента. Выходы основных преобразователей 1 и 2 подключены к входам уси- р 0 лителей 14 и 15, выходы которых соединены с первыми входами синхронных детекторов 16 и 17. Вторые входы синхронных детекторов подключены к выходу источника переменного тока 5. Выходы 25 синхронных детекторов подключены к блоку 18 сложения градиента магнитного поля, выход которого соединен с регистрирующим прибором 19. Выходы синхронных детекторов 16 и 17 подключены 30 также к двум входам распределительного блока 20. Два других входа распределительного блока 20 подключены к генераторам тактовых импульсов 21 и переменной ЭДС 22. Выходы распределитель- з 5 ного блока 20 подключены к последовательно соединенным обмоткам 23, 24, 25 и 26 переменной ЭДС, Выходы усилителей 14 и 15 подключены к первым входам фильтров 27 и 28 переменной 40 ЭДС, вторые входы которых соединеныс выходами распределительного блока 20, Выходы фильтров 27 и 28 подключены к основным ферромодуляционным преоб раэователям 1 и 2 и к первым входам синхронных детекторов 29 и 30 ложного градиента, вторые входы которых соединены с выходом генератора 22 переменной ЭДС. Выходы детекторов 29 и 30 подключены к входам блока 31 сложения основных ферромодуляционных преобразователей, выход которой соединен с элементом сравнения 32. Другие входы элемента сравнения 32 соединены с выхода ми управляемых аттенюаторов 8 и 9 и распределительного блока 20. Выходы элемента сравнения 32 подключены к входам запоминающих элементов 33 и 34, выходы которых соединены со вторыми входами аттенюаторов 8 и 9. Выходы усилительно-преобразовательных блоков 6 и 7 соединены с дополнительными ферромодуляционными преобразователями 3 и 4, а выходы синхронных детекторов 16 и 17 - с основными преобразователями 1 и 2. Вход вспомогательного ферромодуляционного преобразователя 35 подключен к источнику переменного тока 5, а выход - к первому входу вспомогательного усилительно -преобразовательного блока 36, второй вход которого соединен с выходом источника 5, а выход - с входом последовательно соединенных вспомогательных обмоток 37 и 38. Выход вспомогательного усилительно-преобразовательного блока 36 подключен к вспомогательному преобразователю 35.Градиентометр работает следующим образом.Основные ферромодуляционные преобразователи 1 и 2 измеряют продольные составляющие вектора индукции, а дополнительные преобразователи 3 и 4 - его поперечные составляющие. К основным 1 и 2 и дополнительным 3 и 4 ферромодуляционным преобразователям подводятся возбуждающие колебания от источника переменного тока 5. Выходные сигналы с дополнительных преобразователей 3 и 4 поступают на входы усилительно-преобразовательных блоков 6 и 7, каждый из которых коммутируется сигналами от источника переменного тока 5. С выходов усилительно-преобразовательных блоков сигналы, пропорциональные поперечным составляющим вектора индукции магнитного поля, поступают на первые входы управляемых аттенюаторов 8 и 9, с выхода которых- через переменные резисторы 1 0 и 11 к компенсационным обмоткам 12 и 13 ложного градиента, Регулируя переменные резисторы 10 и 11, можно скомпенсировать влияние поперечной составляющей однородного магнитного поля при непареллельности магнитных осей основных ферромодуляционных преобразователей 1 и 2. С выходом основных преобразователей 1 и 2 сигналы, пропорциональные продольным составляющим вектора индукции магнитного поля, подаются на усилители 14 и 15, а с их выходов - на синхронные детекторы 16 и 17. Последние комму 687425тируются сигналами от источника перев Щменного тока 5. Выпрямленные сигналы с синхронных детекторов Поступают на блок 18 сложения градиента магнитного поля. При воздействии продольной составляющей однородного магнитного поля на основные преобразователи 1 и 2 сигналы на выходах синхронных детекторов 16 и 17 равны по модулю, но противоположны по знаку, В таком 1 О случае сигнал на выходе блока сложения 18 равен нулю. С ВыхОда блока сложения 18 сигнал поступает на регистрирующий прибор 1 9, показания которого пропорциональны неоднородности индукции магнитного поля в нростренстве между ос. новными феррожауляционными преобразователями 1 и 2. Сигналы с выходов синхронных детекторов 16 и.17 подаются на два входа распределительного бпока 20.На два других вхОда распределительного блока поступают сигналы с генераторов 21 и 22. Через распределительный блок 20 в определенные интервалы времени генератор. 22 подключается то к одной паре последовательно соединенных Обмо тОК 23 и 24, тО к другой парю 06 МОтОк 25 и 26. При протекании токов по обмоткам 23 и 24, 25 и 26 иа основные зО преобразователи 1 и 2 действуют поперечные магнитные иола. Если магнитные оси основнык преобразователей 1 и 2 ие перпендикулярны осям обмоток 23 и 24, 25. и 26, то иа Выходах преобразователей 1,и Й ВОзникают ВмплитуднО модулиро- ванные кОлебаниЯ, Изменение угла между магнитными осями основных преобразователей 1 и 2 приводит к изменению4 О коэффициентов модуляций ампиитуднофасмо ф дупированных копебаний.(коэффициента модуляции одного из амплитудно-модулированных колебаний) на выходах преобразователей 1 и 2. Фазы огибающих амплитудно-модулированых копебаний могут изменяться скачком от 0 до 180 при изменении угла между магнитными осями Основных преобразователей 1 и 2, .Вщ Выделения переменных ЭДС несущих ин о формацию о изменении угла между магнитными осями основных преобразователей 1 и 2, применяются фильтры 27 и 28 переменных ЭДС. На входы этих фильтров подаются сигналы с распределительного блока 20 и амплитудно-.модулированные сигналы с усилителей 14 и 15. С распределительного блока 20 на фильтры 27 и 28 поступают такие электрические сигналы, чтобы фазы переменныхЭДС с фильтров 27 и 28 не зависели отизменения фаз и несущей частоты амплитудно-модулированных колебаний с усилителей 14 и 15. С выходов фильтров 27и 28 сигналы, частота которых равначастоте переменной ЭДС генератора 22,поступают на синхронные детекторы 29и 30 ложного градиента. Последние коммутируются сигналами с генератора 22.В блоке 31 сложения основных преобразователей выпрямленные сигналы переменных ЭДС, подающиеся с синхронныхдетекторов 29 и 30, складываются идалее поступают на элемент сравнения32. На другие входы элемента сравненияподаются сигналы с управляемых аттенюаторов 8 и 9 и распределительного блока 20, Сигналы с распределительногоблока 20 осуществляют управление сравниваемых сигналов в элементе 32, поступающих с аттенюатора .9 нпи 8 и;блока 31 сложения основных преобразователей, и передачу выходного сигналас элемента сравнения 32 к запоминающему апементу 33 или 34. Выходныесигналы с запоминающих элементов 33и 34 поступают на вторые входы уп-.равляемых аттенюаторов 8 и 9. Работу элемента сравнения 32 можно представить следующим образом, Если в один интервал времени распределитель ный блок 20 к обмоткам катушек 23 и 24 подключается генератор 22 переменной ЭДС, то в элементе 32 осуществляется сравнение сигналов с выхода аттенюатора 8 и с блока сложения 31, При этом с элемента сравнения 32 сигнал через запоминающий элемент 34 поступает не аттенюатор 8. Выодой сигнал с запоминающего апемента 34 изменяет сопротивление управляемого аттенюатора 8. до тех пор, пока выходной сигнал с элемента сравнения 32, поступающий на запоминающий элемент 34 не будет равен минимальному остаточному или нулю. В следующий интервал времени через распределительный блок 20 к обмоткам катушек 25 и 26 подключается генератор 22. В элементе 32 осуществляется сравнение сигналов с выхода аттенюатора 9 и с блока сложения 31, В этом случае сигнал с элемента сравнения 32 через запоминающий элемент 33 поступает на аттенюатор 9. Выходной сигнал с запоминающего элемента 33 изменяет сопротивление управляемо6874 Вспомогательный преобразователь 35 измеряет, так же как и основные преобразователи 1 и 2 продольную составляющую вектора индукции магнитного поля, К вспомогательному преобразователю 35 подводятся возбуждающие колебания от источника переменного тока 5. С выхода вспомогательного преобразователя 35 сигнал поступает на вспомогательный усилительно-преобразовательный блок 36, который коммутируется сигналами от источника переменного токе 5. С выхода блока 36 сигнал поступает на вход последовательно соединенных вспомогательных обмоток 37 и 38. Э результате этого продольная составляющая вектора индукции магнитного. подя 1 действуюд40 щая на основные преобразователи 1 и 2, компенсируются, Применение вспомогательного магнитометра, состоящего из вспомогательного преобразователя 35, вспомогательного усилительно преобра 45 зоватедьного блока 36 и обмоток 37 и 38, устраняе в выходном сигнале появление ложного градиента, обусловленного продольной составляющей однородного магнитного поля при неидентичности чувствительностей основных преобразователей 1 и 2 и их усилительно-преобразовательных схем, которые включают усилители 14 и 15 и синхронные детекторы 16 и 1 7. Применение вспомогательного маг нитометра устраняет также ложное изменение магнитного поля, обусловленное, например различным временем установления переходных процессов в каждой ос 9го аттенюатора 9 до тех пор, пока выходной сигнал элемента сравнения 32,поступающий на запоминающий элемент33, не будет равен минимальному остаточному или нулю,Токи в обмотках 12 и 13 ложногоградиента изменяются пропорциональноизменениям сопротивлений управляемыхаттенюаторов 8 и 9. Таким образом, впредлагаемом градиентометре осуществляется не только автоматическая компенсация ложного градиента, обусловленного непаралдельностью осей основных преобразователей 1 и 2, но и автоматическая компенсация ложного градиента, обус 15ловленного непостоянством угла междумагнитными осями преобразователей 1 и2, что позволит измерять градиент индукции магнитного поля с высокой точностью при наличии однородного поперечного магнитного поля. 10новной усилительно-преобразовательной схеме при различной ориентации градиентометра в однородном магнитном поле.Автокомпенсация ложного градиента, обусловленного наличием поперечной составляющей однородного магнитного поля и автокомпенсация продольной составляющей однородного магнитного поля снижают порог чувствительности градиентометра, т. е. точность измерения параметров магнитного поля в предлагаемом градиентометре повышается.Формула изобретенияГрадиентометр, содержащий два основных ферромодуляциониых преобразователя, оси которых параллельны выбранной оси, жестко прикрепленных к немагнитной опоре, два .дополнительных фзрромоауляционных преобразователя, оси которых перпендикулярны друг к другу и к выбранной оси, источник переменного тока, подключенный к основным и дополнительным ферромодуляционным преобразователям, два усилительно-преобразовательных блока, подключенных первыми входами и выходами к дополнительным ферромодул яционным преобразователям, две компенсационные обмотки ложного градиента, два переменных резистора и регистрирующий прибор, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения параметров магнитного поля он снабжен двумя парами последовательно соединенных обмоток переменной ЭДС, оси которых параллельны осям дополнительных ферромодудяционных преобразователей, двумя управляемыми аттенюаторами, выходы которых подключены к компенсационным обмоткам ложного градиента через переменные резисторы, а первые входы - к выходам усилительно-преобразовательных блоков, парой последовательно соединенных усилителей и синхронных детекторов, второй вход которых соединен с выходом источника переменного тока, блоком сложения градиента магнитного поля, к входу которого подключены выходы синхронных детекторов, а к выхоцу - регистрирующий прибор, генератором переменной ЭДС, генератором тактовых импульсов, подключенным к выходам упомянутых генераторов, распределительным блоком, вторые входы которого подключены к выходам обоих синхронных детекторов и к первымвходам основных ферромодуляционных преобразователей, двумя фильтрами переменной ЭДС, входы которых соединены с выходами усилителей и с выходами распределительного блока, а выходы фильтров - со вторыми входами основных ферромодуляционных преобразователей, двумя синхронными детекторами ложного градиента, входы которых подключены к выхо дам фильтров переменной ЭДС и генератора переменной ЭДС, блоком сложения основных ферромодуляционных преобразователей, входы которого подключены к выходам двух синхронных детекторов ложного градиента, элементом сравнения, первый вход которого подключен к выходу блока сложения, второй вход- к выходам распределительного блока, а третий и четвертый входы.- к выходам управляемых аттенюаторов, двумя запоминающими элементами, входы которых подключены к( выходам элементов сравнения, а выходыко вторым входам управляемых аттенюаторов, жестко прикрепленным к немагнитной опоре вспомогательным ферромодуляционным преобразователем, ось которого параллельна выбранной оси, вспомогательным усилительно-преобразовательным бло ком, один из входов которого подключен к выходу вспомогательного преобразователя, а другой - к источнику переменного тока, и двумя вспомогательными обмотками, расположенными на основных ферромодуляционных преобразователях так, чтооси их параллельны выбранной оси, аобмотки соединены последовательно согласно и подключены к выходу вспомогательного усилительно-преобразователь 10 ного блока, выход которого подсоединентакже к вспомогательному ферромодуля.ционному преобразователю, при этом основные ферромодуляционные преобразователи установлены в центре взаимноперпендикулярных обмоток переменнойЭДС, расположенных на жесткой немагнитной опоре, вторые входы усилительнопреобразовательных блоков соединены систочником переменного тока, а выходы0 усилителей связаны с основными ферромодуляционными преобразователями.Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе1. Заявка % 2064713,М, Кла 5 01 Я 33/02, 1974, по которойпринято решение о выдаче авторскогосвидетельства,2. Патент США Ио 3488579.324-43, опубл, 1970,з 5572/43 Тираж 1090 ЦНИИПИ Государственного по делам изобретени 113035, Москва, Ж, РаушсПодписное комитета СССР и открытий кая набд. 4/5Филиал ППП Патен г. Ужгород, ул. Проекты