FI67963C - Kopplingsarrangemang foer att reglera magnetiseringsstroem - Google Patents

Description

, 67963

Kytkentäjärjestely magnetointivirran säätelemiseksi . Flux-gate magnetometri on magneettisen kenttävoimakkuuden mittauslaite. Suuren herkkyytensä ansiosta flux-gate magnetometriä käytetään heikon magneettikentän, kuten maan mag-5 neettikentän, mittaamiseen. Niinsanottu rengassydäminen flux-gate magnetometri soveltuu symmetrisen rakenteensa ansiosta maan magneettikentän suunnan mittaamiseen. Flux-gate kompassin eräs rakenne on esitetty julkaisussa WIRELESS WORLD October 1982, sivut 49...64.

10 Keksintö koskee flux-gate magnetometrin magnetointivirtaa ohjaavaa elektronista kytkentäjärjestelyä. Keksinnön mukainen kytkentäjärjestely parantaa flux-gate magnetometrin mittaustuloksen tarkkuutta, tekee mittaustuloksen riippumattomaksi ympäristön lämpötilan vaihtelusta ja alentaa flux-gate 15 magnetometrin tehontarvetta. Keksinnön mukainen järjestely alentaa flux-gate kompassin valmistuskustannuksia. Flux-gate kompassin ferromagneettisena rengassydämenä voidaan keksinnön mukaisella järjestelyllä käyttää valmistuskustannuksiltaan halpaa ferriittirengasta aikaisemmin käytettyjen valmistus-20 kustannuksiltaan kalliitten Permalloy- tai Mu-metallirenkait-ten asemesta.

Rengassydämisen flux-gate magnetometrin on ensimmäisenä esittänyt William A. Geyger julkaisussa AIEE Transactions, pt. I (Communication and Electronics) March 1962 sivut 63... 25 73. Tämän jälkeen on aihetta käsitelty mm. seuraavissa jul kaisuissa: IEEE Transactions on Magnetics, December 1965 ja IEEE Transactions on Geoscience Electronics, October 1969.

Rengassydämisen flux-gate magnetometrin periaatteellinen kytkentäjärjestely on esitetty kuvassa 1.

30 Renkaan muotoiselle ferromagneettisesta aineesta valmistetulle sydämelle A sijoitetun toroidikäämin ja S2 kautta kulkeva vaihtovirta i, jonka tuottaa virtalähteen B, käämin Si ja S2, takaisinkytkentäkäämin ja R2 sekä transistori-kytkimien M ja N muodostama magneettinen multivibraattori, 35 aikaansaa sydämen A vuorottaisen, magneettisen kyllästymisen. Rengassydämen lävistäjän suuntaisesti sijoitettuun toisio-käämiin T indusoituu jännite u, jossa esiintyvien jännite-huippujen v^, u^, v2 ja u2 amplitudi on verrannollinen ulkoisen, mitattavan magneettikentän voimakkuuteen ja suuntaan 40 rengassydämen tasossa. Jännitehuiput v^ ja v2 muodostuvat 2 67963 virran i kasvunopeuden muuttuessa, sydämen kyllästyessä, aikaväleillä t^...t2 ja t^...t(.. Jännitehuiput u^ ja muodostuvat vastaavasti virran i nopeasti pienentyessä, kytkimien M tai N aukeamisen jälkeen, aikaväleillä t2.-.t2 ja 45 t,-...tg. Mitattavan magneettikentän suuntaan ja voimakkuu teen verrannollinen tasajännite aikaansaadaan huipputasasuun-taamalla jännitehuiput u^ ja u2 sekä muodostamalla tasasuun-nattujen jännitteiden geometrinen summa.

Edellä esitetyissä tutkimuksissa on osoitettu, että flux-50 gate magnetometrin herkkyys kasvaa, kun toimintataajuus kasvaa, joka on itseasiassa seurausta magnetointivirran nopeutuneesta muutoksesta katkaisun jälkeen. Herkkyyttä voitaisiin siis parantaa huolehtimalla siitä, että katkaisu ja sitä seuraava virran aleneminen tapahtuvat suurella nopeudella.

55 Edelleen voidaan siihen nojautuen, että mittaustulos syntyy huippujännitteiden geometrisen yhteenlaskun tuloksena, kytkentäjärjestelylle asettaa vaatimus, että vuorottaisiin suuntiin kulkevan virran voimakkuus saavuttaa ennen virran katkaisua saman voimakkuuden molemmissa magnetoinnin suunnissa 60 ja, että virta katkaisun jälkeen alenee samalla nopeudella molemmissa suunnissa. Viimeksi mainittu vaatimus on asetettava erikoisesti silloin, kun ferromagneettisen sydämen magneettiset ominaisuudet riippuvat lämpötilasta. Lämpötila vaikuttaa tuntuvasti esimerkiksi ferriitin magneettisiin omi-65 naisuuksiin.

Magneettista multivibraattoria käytettäessä ei asetettuja vaatimuksia voida täysin tyydyttää ja pyrkimys yleensä johtaa tehontarpeen kasvuun.

Kirjassa, Nonlinear-Magnetic Control Devices (William A.

70 Geyger, Mc Graw-Hill Book Company, New York) sivut 328...363, on esitetty kytkentäjärjestely, jossa ulkoisella generaattorilla ohjataan kytkimet M ja N vuorottain ja magnetointivir-ran huippuarvon määrittelee magnetointivirtapiiriin sijoitettu vastus. Tällä kytkentäjärjestelyllä voidaan magneet-75 tisen multivibraattorin puutteet välttää, mutta keskimääräinen virta ja edelleen tehontarve kasvavat lämpötilan kasvaessa .

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut haitat ja erikoisesti aikaansaada sellainen kytken- 80 täjärjestely, että flux-gate magnetometrin rengassydämenä 3 67963 voidaan käyttää ferriittirengasta.

Keksinnölle on tunnusomaista, että ferromagneettisen sydämen magnetointivirta kulkee vastuksen kautta, jonka navoissa syntyvä jännite viedään jännitevertaimelle, jonka anto 85 liipaisee 2-jakajaks.i kytketyn kiikkupiirin, jonka annot ohjaavat transistorikytkimiä, jolloin magnetointivirta katkeaa ja vaihtaa suuntaa aina magnetointivirran saavutettua sellaisen arvon, että magnetointivirran sarjavastuksessa aikaansaama jännitehäviö vastaa jännitevertaimen vertailujän-90 nitettä.

Kuva 2. esittää keksinnönmukaista kytkentäjärjestelyä sekä jännite- ja virtamuotoja aika-akselilla.

Kuvassa 2. esitetyn keksinnönmukaisen kytkentäjärjestelyn toiminta on seuraava: Oletetaan, että kiikkupiiri F on aluk- 95 si tilassa, jossa ulostulo Q on 1 ja 5 on 0. Virta i kulkee virtalähteen tnavasta kytkimen , magnetointikäämin S, kytkimen M2 ja mittausvastuksen R kautta virtalähteen -napaan. Aluksi virta kasvaa hitaasti, mutta ferromagneettisen sydämen kyllästyessä virran nousunopeus kasvaa. Kun vastuksen R 100 navoissa syntyvä, magnetointivirtaan suoraan verrannollinen jännitehäviö saavuttaa jännitevertaimen K. asetusarvon Uv nousee jännitevertaimen K ulostulo positiiviseksi liipaisten kiikkupiirin F toiseen tasapainoasentoon, jolloin Q on 0 ja Q on 1.

105 Kiikkupiirin ohjaamista kytkimistä ja M2 aukeavat, magnetointivirta alenee nopeasti, kytkimet ja ^ sulkeutuvat ja magnetointivirta käämin S kautta alkaa uudelleen kasvaa edelliselle päinvastaisessa suunnassa, kunnes virta uudelleen saavuttaa asetusarvoa Uv vastaavan voimakkuuden, jännitever-110 taimen K ulostulopulssi liipaisee kiikkupiirin, virta alenee nopeasti ja vaihtaa suuntaansa.

Kuvan 2 mukaisen kytkentäjärjestelyn ansiosta huippuvirta saadaan yhtäsuureksi molemmissa magnetoinnin suunnissa, virran aleneminen tapahtuu nopeasti, koska transistorikytkimet 115 , M2, ja N2 eivät ole kyllästystälassa katkaisuhetkellä ja keskimääräinen virrankulutus, jota edustaa pinta-ala W, on pieni.

Claims (1)

1. k Patenttivaatimus 6 V 9 6 3 Kytkentäjärjestely flux-gate magnetometrin magnetointivirran ohjaamiseksi, johon kytkentään kuuluvat jännitevertain (K), jonka anto on liitetty 2-jakajaksi kytketyn kiikkupi.irin (F) ottoon (C), jonka annot (Q, Q) ohjaavat transistorikytkimiä (, ^), jotka ovat siten kytketty magnetointikäämin (S) napoihin, että magnetointivirran suunta käämissä (S) vaihtuu, kun kiikkupiirin (F) annot (Q,Q) vaihtavat tilaa, tunnettu siitä, että virtalähteen (B), magnetointikäämin (S) ja transistorikytkimien muodostaman virtapiirin kanssa on sarjaan kytketty vastus (R), jonka navat on kytketty jännitevertaimen (K) ottoon niin, että magnetointivirta katkeaa ja vaihtaa suuntaa aina kun vastuksessa (R) syntyvä, magnetointivirtaan verrannollinen jännitehäviö (U= i x R) saavuttaa jännitevertaimen vertailuarvon (U ).