Градиентометр

)4 СО БРЕТЕНИЯ ПИ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение может быть использовано для измерения величины и определения знака градиента одновременно двух компонент полного вектора магнитной индукции постоянного инизкочастотного магнитного поля.Градиентометр содержит четыре каналаизмерения индукции магнитного поля,вВь ф 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ каждый иэ которых включает один изусилителей 1,3, 1.4, 2,3, 2.4 напряжения, синхронных детекторов 1.5,1.6, 2,5, 2.6, низкочастотных усилителей 1.7, 1.8, 2,7, 2.8 и формирователей. 1.9, 1.10, 2.9 2,10 импульсов, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ1.11, 2,11, элементы 2 И 1.12, 1,13,2, 12, 2. 13, КБ-триггеры 1, 14, 1,5,214, 2.15, генератор 3 низкочастотных модулирующих линейно изменяющихся колебаний, генератор 4 возбуждения, формирователь 5 импульсов сброса, дешифратор 6 и блок 7 индикации.Градиентометр имеет повышенную точность измерения и расширенные функциональные возможности. 9 ил.Изобретение относится к магнитометрии и предназначено для измерения величины и определения знака пространственной производной (гради 5 ента) одновременно двух компонент полного вектора магнитной индукции постоянного и низкочастотного магнитного поля, а также определенияквадранта или направления местоположения источника возмущения магнитного поля,Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностейпутем изме рения направления местоположения источника возмущения магнитного поляи индукции одновременно в двух взаимно ортогональных направлениях.На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства, на фиг.2расположение датчиков при измерениях; фиг, 3 - временные диаграммыработы устройства.Устройство (фиг, 1) содержит четыре феррозондовых датчика 1.1, 1.2,2,1, 2,2, четыре усилителя 1.3, 1.4,2.3,. 2.4 напряжения, четыре синхронных детектора 1.5, 1.6. 2.5, 2,6,четыре низкочастотных усилителя 1.7.301.8, 2.7, 2.8, четыре формирователя1,9, 1.10, 2.9, 2.10 импульсов, дваэлемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1.11 и 2.119четыре элемента 2 И 1.12, 1.13, 2,12,2.13, четыре КБ-триггера 1, 14, 1. 15,2. 14, 215, генератор 3 низкочастотных модулирующих линейно изменяющихся колебаний, генератор 4 возбуждения, Формирователь 5 импульсов сброса, дешифратор 6 и блок 7 индикации,Феррозондовые датчики включают всвой состав следующие обмотки: измерительные 1.16, 1.17, 2.16, 2.17,возбуждения 1. 18, 1. 19, 2. 18, 2. 19,модулирующие 1.20, 1.21, 2,20, 2,21,Отрезки, соединяющие Феррозондовыедатчики 1.1 и 1.2, а также 2,1 и 2,2(фиг. 2) являются базами, Базы датчиков взаимно ортогональны и, пересекаясь, образуют симметричный крест(на фиг. 2 показано положение "креста" в прямоугольной системе координат ХОс и принятая нумерация квадрантов), Попарно расположенные датчики 1,.1, 1,2 и 2, 1, 2,2 (фиг. 2) иобведенные на фиг. 1 штрихпунктирными контурами электронные схемы образуют независимые измерители градиен- "тов неоднородного магнитного поля в двух взаимно ортогональных направлениях, Генераторы 3 и 4, формирователь 5, дешифратор 6 и блок 7 являются общими для этих двух измерителей. В каждом из двух градиентометрических измерителей для полученияинформации о величине и знаке измеряемого неоднородного магнитного поля в цифровом виде используется способ времяимпульсной модуляции низкочастотной сгибающей несущей частоты,позволяющий преобразовать измеряемуюаналоговую величину в пропорциональный временной интервал,Рассмотрим работу анализируемогообъекта на примере работы одного иэидентичных по устройству и принципудействия градиентометрических измерителей на датчиках 1.1 и 12. На разнесенные в пространстве датчики 1,1 и 1.2 действует неоднородное внешнее магнитное поле, соответственно В и Й, (Фиг. За, б). С помощью генератора 4 возбуждения и обмоток 1.18 и 1,19 возбуждения феррозондовые датчики возбуждаются с частотой Г. С генератора 4 также вы- даются сигналы с частотой 2 Р для управления синхронными детекторами 1.5 и 1.6. С помощью специального модулирующего генератора 3 и модули рующих обмоток 1.20 и 1,21 в объемахферрозондовых датчиков 1.1 и 1,2 создаются переменные линейно изменяющиеся во времени магнитные поля В(с) (фиг. За, б), модулирующие измеряемые магнитные поля В 1 и В 1. С измерительных обмоток 1.16 и 1.17 датчиков на входы усилителей 1.3 и 1,4 напряжения поступает сигнал частотой 2 Р (фиг, Зв, г), пропорциональный величине измеряемого в объеме каждого датчика неоднородного магнитного поля. С выхода каждого усилителя 1.3 (1.4) напряжения сигнал поступает на синхронный детектор 1,5 (1.6)и через низкочастотный усилитель 1.7 (1.8) на вход формирователя прямоугольных импульсов 1.9 (1.10). Формирователи 1.9 и 1.10 вырабатывают импульсные сигналы (фиг. Зд, е) при переходе действующих на датчики полей В + В(с.) и В+ В(г) через нулевые значения. Разность длительности этих сигналов (фиг. Зж) ДТ = Т - Т. = - (ВТ 1 + й Т) пропорциональна раз-" ности величин. магнитной индукции по 1413565лей В - В в точках расположения1 1феррозондон 1.1 и 1,2,Импульсы положительной полярностис длительностями Т 1 и Т, (фиг. 3 д,е)поступающие с выходов формирователей1,9 и 1.10, подвергаются дальнейшейобработке в знакочувствительном вычитающем функциональном узле, которыйформирует импульсы дТ, и 1 Т разности длительностей (фиг, Зж) и определяет знак разности,В процессе измерений в знакочувствительном функциональном узле возможны следующие соотношения длительностей Т 1 и Т импульсов положительной1полярности:- Т(Т 20- Т- Т 1= Т Рассмотрим случай, когда Т 1 ( ТДля этого воспользуемся временными 25диаграммами (Фиг. 4) и таблицей истинности (фиг, 5), описывающей всевозможные комбинации сигналов П и0 с выходов формирователей 1.9 и1.10 (фиг. 1) и возникающие при этом 30комбинации на выходах других логи.ческих элементов. За " 1" принят положительный потенциал импульсов сформирователей 1,9, 1,10 и 5 или положительный уровень логической единицы элементов ИСКЛЮЧАКПЕЕ ИЛИ 1.11,2 И 112, 1,13 и Б.Б-триггеров 1.14,1.15Из таблицы (фиг. 5) видно,что с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ1, 11 на первый вход блока 7 индикациипоступает два импульса (фиг. 4, 03),40дТи ДТ, несущие информацию овеличине измеряемого градиента. Навход "2 " дешифратора 6 поступаетединичный сигнал (фиг. 4, У 7) спрямого выхода КБ-триггера 1.15,Задний фронт этого сигнала Формируется в момент прихода импульса 11(фиг. 1). Импульс П(фиг, Зз) формируется в момент перехода из положительной полуплоскости в отрицательную сигнала В с генератора низко-,частотных линейно изменяющихся модулирующих колебаний (фиг. За, б).1Рассмотрим случай, когда Т, 7 Т,.Работа схемы происходит в соответствии с временными диаграммами,изображенными на Фиг. 6, и таблицей истинности на Фиг, 7. При этом с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1.11 на вход блока 7 индикации поступают два импульса дТ, и дТ (фиг. 6, БЗ), сумма длительностей которых равна разности длительностей Т, и Т, импульсов У 1 и П(Фиг, 6) . На вход 2 дешифратора 6 с прямого выхода ВБ-триггера 1,14 поступает единичный сигнал (Фиг, 6, Б), констатирующий соотношение ТТ . Задний Фронт этого сигнала Формируется в момент прихода импульса П (Фиг.Зз) на установочный вход КБ-триггера 1.14 с формирователя 5.Случай равенства временных интервалов Т 1 и Т, (измеряемый градиентравен нулю) и работу знакочувствительного вычитающего узла отражают временные диаграммы на Фиг. 8 и таблица на фиг, 9. В рассматриваемом случае на выходе элемента 1.11 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (фиг. 8, 0) нет импульсов разности временных интервалов Т, и Т На прямых выходах ЕБтриггеров 1.14 и 1,15 (фиг, 1) нуле 1 вые потенциалы - нет информации о знаке разности.Следовательно, выходные сигналы Уъ П, П (фиг, 1) знакочувствительного функционального узла на элементах первого градиентометрического измерителя несут информацию о величине измеряемого градиента и устраняют неоднозначность определения положения источника возбуждения магнитного поля относительно датчиков 1,1 и 1,2. Информация о величине измеряемого градиента содержится в сигнале П и заключена в величине разности длительностей Т 1 - Т=дТ, + ДТ 1 импульсов У 1 и П (фиг, 4 д, е, ж). При этом единичный сигнал У с прямого выхода КБ-триг,гера 1.14 указывает, что в точках1 расположения датчиков индукция измеряемых полей удовлетворяет условию В 1 1 В , т.е. датчик 1.1, измеряющий поле В , расположен ближе к источнику возмущения магнитного поля. Если единичный сигнал поступает с прямого выхода триггера 1.15, то индукция измеряемых полей удовлетворяет условию В, 1 В 1, т,е, источник ,возмущения расположен со стороны датчика 1.2, измеряющего поле В 1,Отсутствие единичных сигналов У ,1413565 рующей, о т л и ч а ющ и й с ятем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей путем определения местоположения источника возмущения магнитного поля и измерения одновременно в двух взаимно ортогональных направлениях, в него дополнительно введены еще два канала измерения индукции магнитного поля, два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два элемента 2 И, два КБ-триггера, атакже дешифратор, в каждом из каналов измерения индукции магнитного поля выход формирователя импульсовсоединен с Б-входом КБ-триггера через элемент 2 И, выходы формирователя каждого из каналов измерения индукции магнитного поля также подключены к входам соответствующихэлементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходпервого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИсоединен с вторыми входами элементов2 И первого и второго каналов измерения индукции магнитного поля ипервым входом блока индикации, выхо-;ды формирователей третьего и четвертого каналов измерения индукциимагнитного поля подключены к входам второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,выход которого соединен с вторымивходами элементов 2 И третьего и четвертого каналов и с вторым входомблока индикации, генератор возбуждения подключен к второму входу четырех синхронных детекторов и к обмотФ о р м у л а и з о б р е т е н и я кам возбуждения четырех феррозондовых датчиков, выход генератора Ц, П указывает, что измеряемыйградиент имеет нулевое значение, аисточник возмущения расположен вплоскости, перпендикулярной к линии5базы датчиков и проходящей через еесередину. Аналогично работает второй грациентометрический измеритель с феррозондами 2,1, 2.2 и электроннойсхемой. Прямые выходы триггеров214 и 2.15 соединены соответственно с входами "2 " и "2" дешифратора 6,15Таким образом, информация о положении источника возмущений магнитного поля по результатам градиентометрических измерений в двух взаимноортогональных направлениях содержится в поступающих на дешифратор6 сигналах с КБ-триггеров 1, 14, 1. 15,2,14, 2,15, При расположении датчиков устройства в соответствии сфиг. 2 с выхода дешифратора 6 снима"ется информация о положении источника возмущения магнитного поля всоответствии с шестнадцатью теоретически возможными комбинациями сигналов. с четырех триггеров, из которых физический смысл имеют толькодевять комбинаций, Остальных сочетаний на входе дешифратора 6 быть неможет, так как "1" не может появиться на обоих выходах любого из двухградиентометрических измерителей. Градиентометр, содержащий два ка 40 нала измерения индукции магнитного поля, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных :с измерительной обмоткой феррозондового датчика усилителя напряжения, синхронного детектора, низкочастот 45 ного усилителя и формирователя импульсов, генератор возбуждения, генератор низкочастотных линейно изменяющихся модулирующих колебаний, формирователь импульса сброса, два элемента 2 И, два КБ-триггера, блок индикации, при этом феррозондовый датчик каждого из каналов выполнен в виде сердечника с обмотками возбуждения измерительной и модулинизкочастотных модулирующих колебанийподключен к модулирующим обмоткамчетырез феррозондовых датчиков ичерез формирователь импульса сбросак К-входам четырех КБ-триггеров,прямые выходы КБ-триггеров подключены к входам дешифратора, выходы которого параллельно соединены с соответствующими входами блока индикации, феррозондовые датчики геометрически расположены в вершинах квадрата, при этом датчики первого и второго каналов измерения индукции маг"нитного поля расположены по однойдиагонали, а третьего и четвертогоканалов - по другой диагонали квадрата, 14135651413565 ие Составитель Л.УстиноваТехред М.Дидык Корректор Н Ко Ред акт эоренк 49 ираж 772 аказ одписно ит и о ая д. 4 нно полиграфическое предприятие, г, Ужгород ул, Проектная 4 эв 311 ИИПИ Государственног по делам иэобретени13035, Москва, Ж, Рауш та СССтий