RU1775693C - Способ измерени напр женности магнитного пол и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к магнитным измерени м с помощью магнитомодул цион- ных приборов и может быть использовано в простых измерител х средней точности. Цель изобретени  - повышение точности измерени  напр женности магнитного пол  и уменьшение энергопотреблени . Способ заключаетс  в возбуждении обмотки феррозонда периодически измен ющимс  током, форма импульса которого имеет короткий передний и зат нутый задний фронты, выделении полезного сигнала из выходного сигнала феррозонда, ограничениеего поам/ плитуде и интегрировании. Устройство дл  осуществлени  способа содержит последовательно соединенные первый резистор 5, усилитель 4, первый конденсатор 7, феррозонд 8, фильтр 9 высокой частоты, амплитудный ограничитель 12, интегратор 16 и индикатор 21, а также второй резистор 3, подключенный между выходом усилител  и его вторым входом, третий резистор 6, подключенный между выходом усилител  и его первым входом, второй конденсатор 2, подключенный между вторым входом усилител  и свободным выводом первого резистора 5, и резистор 20 обратной св зи, подключенный между выходом интегратора и вторым входом феррозонда. Благодар  предложенной совокупности признаков уменьшаетс  вли ние флуктуации параметров петли гистерезиса сердечника феррозонда, длительности фронтов импульсов и их амплитуды, а также величины порогов амплитудного ограничител  на точность измерений до 40% по сравнению с прототипом, при этом энергопотребление уменьшаетс  в 2 раза. 2 с. п. ф-лы. 2 ил. 20 (S С vi VI ел о О со Фиг. 1

Description

Изобретение относитс  к магнитным измерени м с помощью магнитомодул ци- онных приборов и может быть использовано в простых измерител х средней точности.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  напр женности магнитного пол  и уменьшение энергопотреблени .

На фиг. 1 приведена принципиальна  схема устройства дл  осуществлени  способа; на фиг. 2 изображена петл  гистерезиса сердечника феррозонда, 26 - изменение индукции сердечника во времени, 2в - зависимость пол  возбуждени  от времени, 2г - зависимость напр жени  после амплитудного ограничени  от времени.

Сущность изобретени  заключаетс  в следующем.

Периодически измен ющеес  магнитное поле, созданное током протекающим через обмотку феррозонда и имеющим форму разнопол рных импульсов с коротким передним и зат нутым задним фронтом (см. фиг. 2в) перемагничивает сердечник феррозонда по предельной петле гистерезиса (см. фиг. 2а). В течение времени ti - хз внешне измер емое поле Н0 0, в интервале времени т,з - te внешнее поле не равно нулю (Н0 0) В объеме сердечника феррозонда внешнее поле суммируетс  с полем, созданным током возбуждени  в обмотк е феррозонда.

В интервале времени ti - тз сердечник феррозонда перемагничиваетс  последовательно по участкам петли гистерезиса (см. фиг. 2а) в следующей последовательности А - 6 - 1 - 2, а индукци  В измен етс  в соответствии с фиг. 26. В результате изменени  индукции В в обмотке феррозонда по вл етс  ЭДС. котора  после частотной фильтрации имеет вид, показанный на фиг. 2г.

Как видно из фиг. 2 в момент времени ti (короткий передний фронт) сердечник феррозонда перемагничиваетс  по участку петли гистерезиса 2-4 (фиг. 2а) в течение очень короткого времени (пор дка микросекунды ), Это соответствует быстрому изменению индукции В (фиг. 26). Сигнал с обмотки после частотной фильтрации имеет форму импульса а, с малой длительностью (пор дка микросекунды) и большой амплитудой (см. фиг. 2г). Далее в интервале времени ti - т... происходит перемагничивание сердечника феррозонда по участку петли гистерезиса 4-6 зат нутым задним фронтом . Это соответствует изменению индукции , показанному на фиг. 26 временной интервал ti - ta. Сигнал с обмотки феррозонда имеет форму импульса б с малой амплитудой и большой длительностью (пор дка

дес тка микросекунд) (см. фиг. 2, интервал ti - 12).

Сигналы в, г с обмотки феррозонда после частотной фильтрации в интервале t2

- t4 аналогичным импульсом в интервале ti - t2. но имеет другую пол рность. После амплитудного ограничени  (уровни И1 и И2 на фиг. 2г) проводитс  интегрирование сигнала . Интеграл за период ц -14 будет равен

0 нулю, так как площади импульсов а, б, в, г равны, а импульсы а, г и б, в разнопол рны. Таким образом, нулевому внешнему полю Н0 0 соответствует нулевой уровень на выходе интегратора. После

5 по влени  внешнего пол  в момент времени тз сердечника феррозонда будет перемагничиватьс  по участку 3-4-5-1 в интервале времени t4 - te. В момент времени t.4 сердечник феррозонда перемагничи0 ваетс  по участку петли гистерезиса 3-4. Поскольку этот участок характеризуетс  меньшим изменением индукции по сравнению с участком 2 - 4, то импульс д в момент времени (см. фиг. 2г) будет меньше по

5 амплитуде импульса а, а длительность его практически не измен етс .

При перемагничивании сердечника феррозонда по участку 4 - 5 в интервале времени t4 - ts на выходе фильтра высокой

0 частоты сформируетс  импульс е (см. фиг. 2г) характеризующийс  малой амплитудой по сравнению с импульсами б, г. В момент времени ts сердечник перемагничиваетс  по участку петли гистерезиса 5, 1,

5 соответствующий большему изменению индукции по сравнению с участком 6 - 1. В результате на выходе фильтра высокой частоты формируетс  импульс з, имеющий большую амплитуду по сравнению с импуль0 сами а, в.

При перемагничивании сердечника феррозонда 1 - 3 на выходе фильтра высокой частоты по вл етс  импульс ж, имеющий большую амплитуду по сравнению с импульса5 ми б, г. После амплитудного ограничени  по уровн м U1, U2 (см. фиг. 2г), и последующего интегрировани  на выходе интегратора по витс  напр жение, не равное нулю и пропорциональное внешнему полю Но, что по0 звол ет использовать его дл  измерени  напр женности внешнего магнитного пол .

Изменение параметров петли гистерезиса сердечника феррозонда, длительностей фронтов импульсов и их амплитуды не вли ют

5 на выходной сигнал, так как эти изменени  привод т к симметричному изменению импульсов (см. фиг. 2г) обоих пол рностей. Изменение порогов U1 и U2 также не приводит к изменению выходного сигнала, так как пороги выбраны таким образом, что импульсы б, г, е, ж, проход т через амплитудный ограничитель без изменений, а изменение уровней ограничений а, в, д, э не приводит практически к ошибке, так как длительность этих импульсов в 50 - 100 раз короче.

Устройство дл  осуществлени  способа в соответствии с фиг. 1 содержит генератор возбуждени  1, предназначенный дл  генерации тока возбуждени  и состо щий из операционного усилител  4 типа К157УД1, резисторов 3, 5, 6 и конденсаторов 2,-7 который подключен к одноэлементному феррозонду 8. Фильтр 9 высокой частоты, предназначенный дл  частотной фильтра- ции выходного напр жени  феррозонда и выполн етс  на конденсаторе 10 и резисторе 11, выход которого подключен к амплитудному ограничителю 12, предназначенному дл  ограничени  по амплитуде импульсов с вы- хода ФВЧ 9 и состо щему из резистора 13 и кремниевых диодов 14, 15, который подсоединен к интегратору 16, предназначенному дл  интегрировани  сигнала с выхода амплитудного ограничител  12 и выполненному на резисторе 17, конденсатора 18 и операционном усилителе 19 типа К157УД1, а выход интегратора 16 подключен к индикатору 21, предназначенному дл  индикации показаний устройства и резистору обратной св - зи 20, через который вводитс  ток компенсации в обмотку феррозонда.

Генератор возбуждени  1 вырабатывает ток в виде периодических разнопол рных импульсов с коротким передним и зат нутым задним фронтом, который протека  через обмотку феррозонда 8, перемагничивает его сердечник. Сигнал с феррозонда поступает на ФВЧ 9 и далее на амплитудный ограничитель 12. В качестве диодов 14, 15 использу- ютс  кремниевые диоды. Сигнал с выхода амплитудного ограничител  поступает на интегратор 16, выход которого соединен с резистором обратной св зи 20, через который и вводитс  ток компенсации в обмотку феррозонда 8 таким образом, чтобы скомпенсировать внешнее магнитное поле в объеме феррозонда. При этом напр жение на входе интегратора 16 близко к нулю. Напр жение на выходе интегратора 16, про- порционально току, протекаемому через

резистор обратной св зи 20, поступает на блок индикации 21.

Параметры конденсатора 7 выбираютс  таким образом, чтобы длительность переднего фронта импульса возбуждени  была короче в 50 - 100 раз длительности заднего (зат нутого) фронта.

Использование изобретени  позволит получить высокую точность измерени  (0,3%) и низкое энергопотребление (на возбуждение расходуетс  5% от общей энергии потреблени ).

Claims (2)

1.Способ измерени  напр женности магнитного пол , включающий возбуждение обмотки феррозонда периодически измен ющимс  током, выделение полезного сигнала, его ограничение и интегрирование, отличающийс  тем, что. с целью повышени  точности измерени  и уменьшени  энергопотреблени , ток возбуждени  формируют в виде импульса с коротким передним и зат нутым задним фронтом, а ограничение полезного сигнала осуществл ют сверху.

2.Устройство дл  измерени  напр женности магнитного пол , содержащее после- довательно соединенные генератор возбуждени  и феррозонд, а также последовательно соединенные нелинейный элемент , интегратор и индикатор, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  и уменьшени  энергопотреблени , в него введены фильтр высокой частоты и резистор обратной св зи, подключенный между выходом интегратора и вторым входом феррозонда, выход которого через фильтр высокой частоты подключен к входу нелинейного элемента, при этом нелинейный элемент выполнен в виде амплитудного ограничител , а генератор возбуждени  выполнен в виде последовательно соединенных первого резистора, усилител  и первого конденсатора, а также второго, третьего резисторов и второго конденсатора , подключенного между свободным выводом первого резистора и вторым входом усилител , выход которого черед второй резистор подключен к второму, а через третий резистор - к первому входам усилител .

фиг.2