RU106002U1

RU106002U1 - FERROSENDER MAGNETOMETER

Info

Publication number: RU106002U1
Application number: RU2011105612/28U
Authority: RU
Inventors: Георгий Владимирович Миловзоров; Дмитрий Георгиевич Миловзоров; Линар Рифхатович Зигангиров
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2011-06-27

Abstract

Феррозондовый магнитометр, включающий в себя генератор прямоугольных импульсов, первый выход которого последовательно соединен через конденсатор с катушкой возбуждения, содержащую магнитонасыщаемый сердечник, отличающийся тем, что в него введен аналоговый коммутатор, два фильтра нижних частот, два повторителя напряжения и интегратор, при этом первый вход аналогового коммутатора связан с высокопотенциальным выводом катушки возбуждения, второй управляющий вход аналогового коммутатора соединен со вторым выходом генератора прямоугольных импульсов, первый выход аналогового коммутатора подключен к входу первого фильтра нижних частот, второй выход аналогового коммутатора соединен с входом второго фильтра нижних частот, выход первого фильтра нижних частот соединен с входом первого повторителя напряжения, выход второго фильтра нижних частот связан с входом второго повторителя напряжения, выходы последних соединены с входом интегратора, выход которого связан с входом измерительного прибора. A flux-gate magnetometer including a rectangular pulse generator, the first output of which is connected in series through a capacitor to an excitation coil containing a magnetically saturated core, characterized in that an analog switch, two low-pass filters, two voltage followers and an integrator are introduced into it, with the first input the analog switch is connected to the high-potential output of the excitation coil, the second control input of the analog switch is connected to the second output of the generator pulses, the first output of the analog switch is connected to the input of the first low-pass filter, the second output of the analog switch is connected to the input of the second low-pass filter, the output of the first low-pass filter is connected to the input of the first voltage follower, the output of the second low-pass filter is connected to the input of the second voltage follower , the outputs of the latter are connected to the input of the integrator, the output of which is connected to the input of the measuring device.

Description

Полезная модель относится к магнитным измерениям, в частности к феррозондовым магнитометрам.The utility model relates to magnetic measurements, in particular to fluxgate magnetometers.

Известен феррозондовый магнитометр с выделением полезного сигнала на второй гармонике частоты напряжения возбуждения, в котором для получения сигнала используется двухэлементный феррозонд, содержащий два идентичных стержневых сердечника, каждый из которых помещен в идентичные катушки возбуждения, оси которых расположены параллельно друг относительно друга. Катушки соединены последовательно и подключены к генератору возбуждения. Поверх катушек возбуждения намотана сигнальная катушка, подключенная к входу усилителя, настроенного на вторую гармонику частоты напряжения возбуждения. Выход резонансного усилителя подключен к детектору, который соединен с измерительным прибором (см. Афанасьев Ю.В. Феррозонды. - Л.: Энергия, 1969, с.10.).A fluxgate magnetometer is known with the extraction of a useful signal at the second harmonic of the frequency of the excitation voltage, in which a two-element fluxgate is used to receive the signal, containing two identical rod cores, each of which is placed in identical excitation coils, the axes of which are parallel to each other. The coils are connected in series and connected to the excitation generator. A signal coil connected to the input of an amplifier tuned to the second harmonic of the frequency of the excitation voltage is wound over the field coils. The output of the resonant amplifier is connected to a detector that is connected to a measuring device (see Afanasyev Yu.V. Ferrozond. - L .: Energia, 1969, p.10.).

Недостатком магнитометра является невысокая точность измерения, обусловленная как сложностью подбора двух идентичных сердечников и их механической юстировки относительно катушек возбуждения на минимум остаточного напряжения по первой и второй гармоникам, так и трудностями обеспечения стабильности конструкции в условиях, когда магнитометр работает в широком интервале температур.The disadvantage of the magnetometer is the low accuracy of the measurement, due to both the difficulty of selecting two identical cores and their mechanical alignment with respect to the excitation coils to minimize the residual voltage for the first and second harmonics, and the difficulties in ensuring the stability of the structure when the magnetometer operates in a wide temperature range.

Известен феррозондовый магнитометр [Авт.св. СССР №1303951, кл. G01R 33/02, oп. 15.04.1987], в котором используется одностержневой феррозонд, помещенный в катушку, подключенную к генератору возбуждения. Параллельно обмотке катушки возбуждения включены последовательно соединенные пиковый детектор, усилитель и измерительный прибор.Known flux-gate magnetometer [Auth. USSR No. 1303951, class G01R 33/02, op. 04/15/1987], which uses a single-core flux probe placed in a coil connected to an excitation generator. Parallel to the field coil winding, a peak detector, amplifier, and measuring device are connected in series.

Недостатком этого магнитометра является невысокая точность, обусловленная тем, что поскольку детектор подключен параллельно катушке возбуждения феррозонда и, следовательно, параллельно генератору возбуждения, то в выходном сигнале неизбежно присутствуют составляющие напряжения, которые не связаны с измеряемым полем и которые могут быть частично продетектированными пиковым детектором и, соответственно, привести к возникновению погрешностей измерений.The disadvantage of this magnetometer is its low accuracy, due to the fact that since the detector is connected parallel to the excitation coil of the flux gate and, therefore, parallel to the excitation generator, the output signal inevitably contains voltage components that are not connected to the measured field and which can be partially detected by a peak detector and , accordingly, give rise to measurement errors.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является феррозондовый одностержневой магнитометр [Патент РФ №2330303, кл. G01R 33/02, on. 27.07.2008], включающий в себя генератор прямоугольных импульсов, выход которого последовательно соединен через конденсатор с катушкой возбуждения, содержащую магнитонасыщаемый сердечник, детектор, цепь отрицательной обратной связи, а также нагрузку с подключенным к ней параллельно фильтром низкой частоты. При этом в качестве детектора использованы два нелинейных симметричных сопротивления, представляющие собой в схемном отношении пару диодов, включенных встречно-параллельно. Этот магнитометр по числу существенных признаков выбран в качестве ближайшего аналога заявляемой полезной модели.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is a flux-gate single rod magnetometer [RF Patent No. 2330303, cl. G01R 33/02, on. July 27, 2008], which includes a rectangular pulse generator, the output of which is connected in series through a capacitor to an excitation coil containing a magnetically saturated core, a detector, a negative feedback circuit, and a load with a low-pass filter connected in parallel to it. In this case, two nonlinear symmetric resistances are used as a detector, which are, in circuit terms, a pair of diodes connected in opposite-parallel fashion. This magnetometer by the number of essential features is selected as the closest analogue of the claimed utility model.

Недостатком ближайшего аналога является то, что при изменении внешних условий работы магнитометра, например, при изменении температуры окружающей среды, в выходном сигнале появляется дрейф нуля, обусловленный различным изменением параметров p-n переходов встречно включенных диодов детектора, что приводит к увеличению погрешности измерений напряженности магнитного поля.A disadvantage of the closest analogue is that when the external conditions of the magnetometer change, for example, when the ambient temperature changes, a zero drift appears in the output signal due to various changes in the p-n junctions of the on-board detector diodes, which leads to an increase in the measurement error of the magnetic field strength.

Задачей полезной модели является повышение точности измерений напряженности магнитного поля, за счет уменьшения температурной погрешности измерений.The objective of the utility model is to increase the accuracy of measurements of magnetic field strength, by reducing the temperature error of measurements.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в магнитометр, включающий в себя генератор прямоугольных импульсов, первый выход которого последовательно соединен через конденсатор с катушкой возбуждения, содержащую магнитонасыщаемый сердечник, согласно полезной модели введен аналоговый коммутатор, два фильтра нижних частот, два повторителя напряжений и интегратор, при этом первый вход аналогового коммутатора связан с высокопотенциальным выводом катушки возбуждения, второй управляющий вход аналогового коммутатора соединен со вторым выходом генератора прямоугольных импульсов, первый выход аналогового коммутатора подключен к входу первого фильтра нижних частот, второй выход аналогового коммутатора соединен с входом второго фильтра нижних частот, выход первого фильтра нижних частот соединен с входом первого повторителя напряжения, выход второго фильтра нижних частот связан с входом второго повторителя напряжения, выходы последних соединены с входом интегратора, выход которого связан с входом измерительного прибора.The solution to this problem is achieved by the fact that in the magnetometer, which includes a rectangular pulse generator, the first output of which is connected in series through a capacitor to an excitation coil containing a magnetically saturated core, according to a utility model, an analog switch, two low-pass filters, two voltage followers and an integrator are introduced, the first input of the analog switch is connected to the high-potential output of the excitation coil, the second control input of the analog switch is connected to the second by the square-wave generator output, the first output of the analog switch is connected to the input of the first low-pass filter, the second output of the analog switch is connected to the input of the second low-pass filter, the output of the first low-pass filter is connected to the input of the first voltage follower, the output of the second low-pass filter is connected to the input the second voltage follower, the outputs of the latter are connected to the input of the integrator, the output of which is connected to the input of the measuring device.

Сущность полезной модели поясняется чертежом.The essence of the utility model is illustrated in the drawing.

Феррозондовый магнитометр содержит (см. фиг.) генератор прямоугольных импульсов 1, первый выход которого последовательно соединен через конденсатор 2 с катушкой возбуждения 3, высокопотенциальный вывод которой связан с первым входом аналогового коммутатора 4, второй управляющий вход которого соединен с вторым выходом генератора прямоугольных импульсов 1, первый выход аналогового коммутатора подключен к входу первого фильтра нижних частот 5, второй выход аналогового коммутатора соединен с входом второго фильтра нижних частот 6, выход первого фильтра нижних 5 частот соединен с входом первого повторителя напряжения 7, выход второго фильтра нижних частот 6 связан с входом второго повторителя напряжения 8, выходы последних соединены с входом интегратора 9, выход которого связан с входом измерительного прибора 10.The flux-gate magnetometer contains (see Fig.) A rectangular pulse generator 1, the first output of which is connected in series through a capacitor 2 to an excitation coil 3, the high-potential output of which is connected to the first input of the analog switch 4, the second control input of which is connected to the second output of the square-wave generator 1 , the first output of the analog switch is connected to the input of the first low-pass filter 5, the second output of the analog switch is connected to the input of the second low-pass filter 6, the output of th low-pass filter 5 connected to the frequency input of the first voltage follower 7, the second low-pass filter output 6 is connected to the input of the second voltage follower 8, the outputs of the latter are connected to the input of the integrator 9 whose output is connected to the input of the measurement instrument 10.

Устройство работает следующим образом. Генератор прямоугольных импульсов 1 через цепь, образованную последовательным соединением конденсатора 2, катушки возбуждения 3, осуществляет циклическое перемагничивание сердечника катушки возбуждения 3 разнополярными импульсами прямоугольной формы.The device operates as follows. The rectangular pulse generator 1 through a circuit formed by the series connection of the capacitor 2, the excitation coil 3, performs a cyclic magnetization reversal of the core of the excitation coil 3 with rectangular opposite-shaped pulses.

Высокопотенциальный вывод катушки возбуждения 3, при поступлении положительного импульса на управляющий вход аналогового коммутатора 4 от генератора прямоугольных импульсов 1, подключается с помощью аналогового коммутатора 4 к первому фильтру нижних частот 5 в первую четверть периода работы схемы, а ко второму фильтру нижних частот 6 - в третью четверть периода, при поступлении отрицательного импульса на управляющий вход аналогового коммутатора 4. Тем самым достигается возможность выделения первой половины положительной полуволны сигнала с катушки возбуждения 3 и первой половины отрицательной полуволны, таким образом, достигается возможность выделения информативного сигнала по времени.The high-potential output of the excitation coil 3, when a positive pulse is received at the control input of the analog switch 4 from the square-wave generator 1, is connected using the analog switch 4 to the first low-pass filter 5 in the first quarter of the operating period of the circuit, and to the second low-pass filter 6 in the third quarter of the period, when a negative pulse arrives at the control input of the analog switch 4. Thus, it is possible to highlight the first half of the positive half-wave of the signal From the excitation coil 3 and the first half of the negative half-wave, this makes it possible to extract an informative signal in time.

Для исключения влияния схемы выделения полезного сигнала с катушки возбуждения 3, образованной последовательным включением аналогового коммутатора 4, фильтров нижних частот 5, 6 и интегратора 9, выходы фильтров нижних частот подключены к повторителям напряжения 7 и 8 соответственно.To exclude the influence of the useful signal extraction circuit from the excitation coil 3, formed by the sequential inclusion of an analog switch 4, low-pass filters 5, 6 and integrator 9, the outputs of the low-pass filters are connected to voltage repeaters 7 and 8, respectively.

Если далее допустить, что напряженность измеряемого магнитного поля равна нулю, то за счет симметрии кривой намагничивания уровни постоянных напряжений на выходах повторителей напряжения 7 и 8 будут равны по модулю и противоположны по знаку, поэтому сигнал на выходе интегратора 9 будет отсутствовать. При наличии внешнего поля нарушается баланс напряжений на входе интегратора 9 и появляется сигнал на его выходе, который и является электрической мерой величины измеряемого поля. Далее этот сигнал поступает на вход измерительного прибора 10.If we further assume that the strength of the measured magnetic field is zero, then due to the symmetry of the magnetization curve, the constant voltage levels at the outputs of the voltage followers 7 and 8 will be equal in magnitude and opposite in sign, so there will be no signal at the output of the integrator 9. In the presence of an external field, the voltage balance at the input of the integrator 9 is violated and a signal appears at its output, which is an electrical measure of the magnitude of the measured field. Further, this signal is fed to the input of the measuring device 10.

При этом точность измерений напряженности магнитного поля оказывается более высокой, в результате снижения температурной погрешности измерений. Это обусловлено тем, что изменения параметров аналогового коммутатора, фильтров нижних частот, повторителей напряжения в результате изменения температуры окружающей среды компенсируются на входе интегратора.At the same time, the accuracy of measurements of the magnetic field strength is higher due to a decrease in the temperature error of measurements. This is due to the fact that changes in the parameters of the analog switch, low-pass filters, voltage followers as a result of changes in the ambient temperature are compensated at the input of the integrator.

Claims

A flux-gate magnetometer including a rectangular pulse generator, the first output of which is connected in series through a capacitor to an excitation coil containing a magnetically saturated core, characterized in that an analog switch, two low-pass filters, two voltage followers and an integrator are introduced into it, with the first input the analog switch is connected to the high-potential output of the excitation coil, the second control input of the analog switch is connected to the second output of the generator pulses, the first output of the analog switch is connected to the input of the first low-pass filter, the second output of the analog switch is connected to the input of the second low-pass filter, the output of the first low-pass filter is connected to the input of the first voltage follower, the output of the second low-pass filter is connected to the input of the second voltage follower , the outputs of the latter are connected to the input of the integrator, the output of which is connected to the input of the measuring device.