RU199110U1 - Information signal generator of a fluxgate magnetometer - Google Patents

Information signal generator of a fluxgate magnetometer Download PDF

Info

Publication number
RU199110U1
RU199110U1 RU2020114801U RU2020114801U RU199110U1 RU 199110 U1 RU199110 U1 RU 199110U1 RU 2020114801 U RU2020114801 U RU 2020114801U RU 2020114801 U RU2020114801 U RU 2020114801U RU 199110 U1 RU199110 U1 RU 199110U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
signal
common
amplifier
differential amplifier
Prior art date
Application number
RU2020114801U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Николаевич Цыбин
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт командных приборов"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-исследовательский институт командных приборов" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт командных приборов"
Priority to RU2020114801U priority Critical patent/RU199110U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU199110U1 publication Critical patent/RU199110U1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

Устройство относится к измерительной технике, представляет собой формирователь информационного сигнала феррозондового магнитометра, использующего метод компенсации магнитного поля, и может использоваться в точных измерениях компоненты индукции магнитного поля в условиях повышенного уровня синфазной помехи.Для подавления синфазной помехи прием сигнала феррозонда осуществляется дифференциальным усилителем по симметричной линии связи. Обратная связь по полю осуществляется двойной токовой цепью. Снижение влияния синфазной помехи обеспечивается введением дифференциального усилителя, инвертирующего усилителя, двух симметрирующих резисторов, дополнительного резистора обратной связи, причем первый и второй входы дифференциального усилителя соединены соответственно с первой и второй сигнальными входными шинами, между которыми включены последовательно соединенные два симметрирующих резистора, точка соединения которых соединена с общей шиной выходного сигнала, выход усилителя постоянного напряжения через последовательно соединенные инвертирующий усилитель и дополнительный резистор обратной связи соединен со второй сигнальной входной шиной, общие выводы дифференциального усилителя и инвертирующего усилителя соединены с общей шиной выходного сигнала, выход дифференциального усилителя соединен с входом фильтра второй гармоники.Техническим результатом является повышение помехоустойчивости. Формирователь информационного сигнала феррозондового магнитометра представляет собой унифицированную структуру и может быть использован в серийном изготовлении в виде микросхемы с малыми первичными затратами, например, на базовом матричном кристалле.The device refers to a measuring technique, is a generator of the information signal of a fluxgate magnetometer using the method of magnetic field compensation, and can be used in accurate measurements of the magnetic field induction component under conditions of an increased level of common-mode noise. To suppress common-mode noise, the flux-gate signal is received by a differential amplifier along a symmetrical line communication. Field feedback is provided by a double current circuit. Reducing the influence of common-mode noise is provided by the introduction of a differential amplifier, an inverting amplifier, two balancing resistors, an additional feedback resistor, and the first and second inputs of the differential amplifier are connected respectively to the first and second signal input buses, between which two balancing resistors are connected in series, the connection point of which connected to the common bus of the output signal, the output of the constant voltage amplifier through a series-connected inverting amplifier and an additional feedback resistor is connected to the second signal input bus, the common terminals of the differential amplifier and the inverting amplifier are connected to the common bus of the output signal, the output of the differential amplifier is connected to the input of the filter of the second harmonics. The technical result is an increase in noise immunity. The information signal generator of a fluxgate magnetometer is a unified structure and can be used in serial production in the form of a microcircuit with low primary costs, for example, on a base matrix crystal.

Description

Область примененияApplication area

Заявленное техническое решение относится к измерительной технике, представляет собой формирователь информационного сигнала феррозондового магнитометра, использующего метод компенсации магнитного поля (МП) и может использоваться в точных измерениях компоненты индукции МП в условиях повышенного уровня синфазной помехи.The claimed technical solution relates to measuring equipment, is a generator of the information signal of a fluxgate magnetometer using the magnetic field (MF) compensation method and can be used in accurate measurements of the MF induction component under conditions of an increased level of common-mode noise.

Уровень техникиState of the art

Известен трехкомпонентный феррозондовый магнитометр [1] и реализующий способ измерения компонент индукции МП при помощи векторной компенсации. Способ включает измерение напряжения сигналов, наведенных в измерительных катушках и пропорциональных трем компонентам индукции внешнего МП, преобразование измеренных напряжений в токи компенсации, формирование этими токами вектора индукции компенсационного МП с помощью дополнительных компенсационных катушек.Known three-component fluxgate magnetometer [1] and implementing a method for measuring the components of the magnetic flux density of the MF using vector compensation. The method includes measuring the voltage of the signals induced in the measuring coils and proportional to the three components of the induction of the external MF, converting the measured voltages into compensation currents, forming these currents of the induction vector of the compensating MF using additional compensation coils.

К недостаткам данного способа, соответственно и устройства следует отнести необходимость использования дополнительных катушек компенсации. Для обеспечения ортогональности компонент феррозондового датчика дополнительные катушки компенсации должны удовлетворять следующим требованиям:The disadvantages of this method, respectively, and the device should include the need to use additional compensation coils. To ensure orthogonality of fluxgate sensor components, additional compensation coils must meet the following requirements:

каждая катушка компенсации должна быть параллельна измерительной катушке по одноименной компоненте;each compensation coil must be parallel to the measuring coil for the component of the same name;

каждая катушка компенсации должна быть взаимно ортогональна катушкам компенсации по двум другим компонентам;each compensation coil must be mutually orthogonal to the compensation coils for the other two components;

это представляет определенные трудности при изготовлении феррозонда.this presents certain difficulties in the manufacture of a flux gate.

Известен трехкомпонентный феррозондовый магнитометр [2], в каждом канале которого формирователь информационного сигнала содержит согласующую цепь, синхронный детектор, полосовой усилитель, формирователь постоянного тока. При этом входной сигнал формирователя информационного сигнала поступает относительно общей цепи от одного вывода измерительной обмотки феррозонда, другой вывод которой соединен с общей цепью канала.Known three-component fluxgate magnetometer [2], in each channel of which the information signal shaper contains a matching circuit, a synchronous detector, a band-pass amplifier, a direct current shaper. In this case, the input signal of the information signal generator comes with respect to the common circuit from one terminal of the measuring winding of the flux gate, the other terminal of which is connected to the common circuit of the channel.

Устройство обеспечивает формирование компенсирующего МП в сердечнике феррозонда путем подачи тока компенсации непосредственно в измерительную обмотку феррозонда без дополнительной катушки компенсации. Соответственно уменьшены массогабаритные показатели датчика магнитометра (феррозонда).The device provides the formation of a compensating MF in the core of the flux gate by supplying the compensation current directly to the measuring winding of the flux gate without an additional compensation coil. Accordingly, the weight and dimensions of the magnetometer sensor (flux gate) have been reduced.

Недостатком его является повышенная чувствительность к синфазной помехе вследствие соединения вывода измерительной обмотки феррозонда с общей цепью канала формирователя информационного сигнала. Особое значение данный недостаток имеет при использовании магнитометра в сложных объектах с большим удалением феррозонда от формирователя информационного сигнала.Its disadvantage is the increased sensitivity to common-mode interference due to the connection of the output of the measuring winding of the flux gate with the common circuit of the information signal generator channel. This drawback is of particular importance when using a magnetometer in complex objects with a large distance of the flux gate from the information signal shaper.

ПрототипPrototype

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности является часть устройства [3], которая представляет собой формирователь информационного сигнала феррозондового магнитометра. Устройство предназначено для функционирования с магнитометром на базе микроконтроллера (МК), организованным по методу компенсации измеряемого МП в сердечнике феррозонда, и содержит последовательно соединенные сигнальную входную шину, фильтр второй гармоники, согласующую цепь, сигнальную выходную шину. Также устройство содержит усилитель постоянного напряжения, две входные шины напряжения компенсации, резистор обратной связи, общие шины входного и выходного сигналов. Первый и второй входы усилителя постоянного напряжения соединены с первой и второй входными шинами напряжения компенсации (соединены с выходами цифроаналогового преобразователя - ЦАП МК магнитометра). Выход усилителя постоянного напряжения через резистор обратной связи соединен с сигнальной входной шиной (соединена с сигнальным выводом измерительной обмотки феррозонда магнитометра). Общие выводы фильтра второй гармоники, согласующей цепи, усилителя постоянного тока соединены с общей шиной выходного сигнала, общей шиной входного сигнала (второй вывод измерительной обмотки феррозонда магнитометра).Of the known analogs, the closest in technical essence is the part of the device [3], which is the generator of the information signal of the fluxgate magnetometer. The device is designed to operate with a magnetometer based on a microcontroller (MC), organized by the method of compensation of the measured MF in the fluxgate core, and contains a serially connected signal input bus, a second harmonic filter, a matching circuit, and a signal output bus. The device also contains a constant voltage amplifier, two input compensation voltage buses, a feedback resistor, common input and output signal buses. The first and second inputs of the constant voltage amplifier are connected to the first and second input buses of the compensation voltage (connected to the outputs of a digital-to-analog converter - DAC MK magnetometer). The output of the constant voltage amplifier through a feedback resistor is connected to the signal input bus (connected to the signal output of the measuring winding of the magnetometer flux gate). Common terminals of the second harmonic filter, matching circuit, DC amplifier are connected to the common bus of the output signal, to the common bus of the input signal (the second terminal of the measuring winding of the magnetometer flux gate).

На сигнальной выходной шине (соединенной далее с входом аналого-цифрового преобразователя - АЦП МК магнитометра) формируется на уровне постоянного напряжения равного половине рабочего диапазона АЦП МК, напряжение второй гармоники ЭДС феррозонда, усиленное посредством фильтра второй гармоники. Устройство обеспечивает формирование компенсирующего МП в сердечнике феррозонда путем подачи тока компенсации через резистор обратной связи непосредственно в измерительную обмотку феррозонда без дополнительной катушки компенсации.On the signal output bus (further connected to the input of the analog-to-digital converter - ADC of the MK magnetometer), at a constant voltage level equal to half of the operating range of the ADC MK, the voltage of the second harmonic of the EMF of the fluxgate, amplified by a second harmonic filter. The device provides the formation of a compensating MF in the core of the flux gate by supplying the compensation current through a feedback resistor directly to the measuring winding of the flux gate without an additional compensation coil.

Недостатком его является повышенная чувствительность к синфазной помехе вследствие соединения вывода измерительной обмотки феррозонда с общей цепью канала формирователя информационного сигнала. Особое значение данный недостаток имеет при использовании магнитометра в сложных объектах с большим удалением феррозонда от формирователя информационного сигнала.Its disadvantage is the increased sensitivity to common-mode interference due to the connection of the output of the measuring winding of the flux gate with the common circuit of the information signal generator channel. This drawback is of particular importance when using a magnetometer in complex objects with a large distance of the flux gate from the information signal shaper.

Цель полезной моделиPurpose of the utility model

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в повышении помехоустойчивости в условиях повышенного уровня синфазной помехи.The problem to be solved by the claimed technical solution is to increase the noise immunity in conditions of an increased level of common-mode noise.

Поставленная цель достигается за счет того, что введены дифференциальный усилитель, инвертирующий усилитель, два симметрирующих резистора, второй резистор обратной связи, причем первый и второй входы дифференциального усилителя соединены соответственно с первой и второй сигнальными входными шинами, между которыми включены последовательно соединенные два симметрирующих резистора, точка соединения которых соединена с общей шиной выходного сигнала, выход усилителя постоянного напряжения через последовательно соединенные инвертирующий усилитель и второй резистор обратной связи соединен со второй сигнальной входной шиной, общие выводы дифференциального усилителя и инвертирующего усилителя соединены с общей шиной выходного сигнала, выход дифференциального усилителя соединен с входом фильтра второй гармоники.This goal is achieved due to the fact that a differential amplifier, an inverting amplifier, two balancing resistors, a second feedback resistor are introduced, and the first and second inputs of the differential amplifier are connected, respectively, to the first and second signal input buses, between which two balancing resistors are connected in series, the connection point of which is connected to the common output signal bus, the output of the constant voltage amplifier through the series-connected inverting amplifier and the second feedback resistor is connected to the second signal input bus, the common terminals of the differential amplifier and the inverting amplifier are connected to the common output signal bus, the output of the differential amplifier is connected to second harmonic filter input.

Сущность полезной моделиThe essence of the utility model

Устройство иллюстрируется фиг. 1, где представлен формирователь 1 информационного сигнала феррозондового магнитометра, в котором последовательно соединены первая сигнальная входная шина 2, один вход дифференциального усилителя 3, фильтр второй гармоники 4, согласующая цепь 5, сигнальная выходная шина 6. Также устройство содержит усилитель постоянного напряжения 7, выход которого соединен с входом инвертирующего усилителя 8, выход которого последовательно соединен с первым резистором обратной связи 9, первым резистором симметрирования 10, вторым резистором симметрирования 11, вторым резистором обратной связи 12, другой вывод которого соединен с выходом усилителя постоянного напряжения 7. Второй вход дифференциального усилителя 3 соединен со второй шиной сигнального входа 13 и с точкой соединения резистора обратной связи 9 и резистора симметрирования 10. Первый вход усилителя постоянного напряжения 7 соединен с входной шиной напряжения компенсации 14, второй вход которого соединен с входной шиной напряжения компенсации 15. Общие выводы дифференциального усилителя 3, фильтра второй гармоники 4, согласующей цепи 5, усилителя постоянного напряжения 7, инвертирующего усилителя 8, точка соединения резисторов симметрирования 10 и 11, соединены с общей шиной выходного сигнала 16 формирователя информационного сигнала 1.The device is illustrated in FIG. 1, which shows the shaper 1 of the information signal of the fluxgate magnetometer, in which the first signal input line 2, one input of the differential amplifier 3, the second harmonic filter 4, the matching circuit 5, the signal output line 6 are connected in series. The device also contains a constant voltage amplifier 7, output which is connected to the input of the inverting amplifier 8, the output of which is connected in series with the first feedback resistor 9, the first balancing resistor 10, the second balancing resistor 11, the second feedback resistor 12, the other terminal of which is connected to the output of the constant voltage amplifier 7. The second input of the differential amplifier 3 is connected to the second bus of the signal input 13 and to the connection point of the feedback resistor 9 and the balancing resistor 10. The first input of the constant voltage amplifier 7 is connected to the input bus of compensation voltage 14, the second input of which is connected to the input bus of compensation voltage and 15. Common terminals of differential amplifier 3, second harmonic filter 4, matching circuit 5, constant voltage amplifier 7, inverting amplifier 8, junction point of balancing resistors 10 and 11, are connected to the common bus of the output signal 16 of the information signal driver 1.

В магнитометре (фиг. 1) выводы сигнальной обмотки феррозонда 17 соединены соответственно с первой и второй сигнальными входными шинами 2 и 13 формирователя информационного сигнала 1 соответственно, сигнальная выходная шина 6 которого соединена с сигнальным входом микроконтроллера 18, первый выход которого соединен с входом формирователя сигнала возбуждения 19, парафазные выходы которого соединены с выводами обмотки возбуждения феррозонда 17, а общий вывод соединен с общим выводом микроконтроллера 18 и с общей шиной 16 выходного сигнала формирователя информационного сигнала 1. Второй и третий выходы микроконтроллера 18 соединены с входными шинами 14 и 15 напряжения компенсации формирователя информационного сигнала 1 соответственно. Четвертый выход микроконтроллера 18 соединен с приемником 20 результата измерения индукции МП.In the magnetometer (Fig. 1), the outputs of the signal winding of the flux gate 17 are connected, respectively, to the first and second signal input lines 2 and 13 of the information signal generator 1, respectively, the signal output line 6 of which is connected to the signal input of the microcontroller 18, the first output of which is connected to the signal generator input excitation 19, the paraphase outputs of which are connected to the terminals of the excitation winding of the flux gate 17, and the common terminal is connected to the common terminal of the microcontroller 18 and to the common bus 16 of the output signal of the information signal generator 1. The second and third outputs of the microcontroller 18 are connected to the input buses 14 and 15 of the compensation voltage information signal generator 1, respectively. The fourth output of the microcontroller 18 is connected to the receiver 20 of the result of measuring the induction MF.

Работа формирователя 1 информационного сигнала осуществляется следующим образом. Выходной сигнал сигнальной обмотки феррозонда 17 по симметричной линии поступает на сигнальные входные шины 2 и 13. Прецизионные резисторы симметрирования 10 и 11 предназначены для симметричной привязки цепи каждой фазы сигнальной обмотки феррозонда 17 к общей шине 16. Номиналы резисторов симметрирования 10 и 11 равны. Дифференциальный усилитель 3 с прямым и инверсным входами обеспечивает формирование знакопеременного выходного сигнала относительно общей шины 16. Фильтр второй гармоники 4 выделяет информационный сигнал U2f0 из выходного сигнала дифференциального усилителя 3, амплитудно-частотный спектр которого определен ЭДС феррозонда 17 и, в частности, уровнем МП, воздействующего на феррозонд 17. На выходе фильтра второй гармоники 4 формируется знакопеременное напряжение с частотой в 2 раза большей частоты сигнала возбуждения f0 феррозонда 17. Величина и знак напряжения U7 на выходе усилителя постоянного напряжения 7 формируется в зависимости от напряжений компенсации на входных шинах 14 и 15 и определяется режимом работы магнитометра. На выходе инвертирующего усилителя 8 формируется напряжение U8=- U7. Таким образом, в сигнальную обмотку феррозонда в стационарном режиме магнитометра поступает ток компенсации iк измеряемого МП: iк=(U7-U8)/(R9+R12+rф), где R9=R12 - значение резисторов 9 и 12 обратной связи, rф - значение сопротивления сигнальной обмотки феррозонда 17 и rф << R9. При этом в стационарном режиме магнитометра U2f0→0. АЦП микроконтроллера 18 является его сигнальным входом и в подавляющем большинстве случаев предназначен для измерения положительных напряжений. Соответственно, как один вариант, согласующая цепь 5 формирует на сигнальной выходной шине 6 уровень постоянного напряжения, равный половине рабочего диапазона АЦП микроконтроллера 18, который суммируется с знакопеременным сигналом U2f0 с выхода фильтра второй гармоники 4. Указанный выше уровень постоянного напряжения на выходе согласующей цепи 5 является виртуальным нулем (смещением информационного сигнала U2f0) и его значение может храниться в памяти микроконтроллера 18. При этом согласующая цепь 5 также содержит, например, ограничитель величины положительного напряжения на уровне верхнего предела рабочего диапазона АЦП МК и ограничитель величины отрицательного напряжения на уровне нуля. Ограничитель напряжений может быть выполнен, например, с использованием повторителя напряжения с однополярным напряжением питания равного верхнему пределу рабочего диапазона АЦП МК. Это обеспечивает в любой момент времени уровень суммарного напряжения на входе АЦП микроконтроллера 18 только в положительной области при любой амплитуде U2f0. Другой вариант исполнения согласующей цепи 5 - компаратор с нормированным по напряжению уровнем выходного сигнала. При этом фаза выходного сигнала компаратора соответствует направлению проекции вектора МП на ось феррозонда 17.The operation of the information signal generator 1 is carried out as follows. The output signal of the signal winding of the flux gate 17 through a symmetrical line is fed to the signal input buses 2 and 13. Precision balancing resistors 10 and 11 are designed to symmetrically tie the circuit of each phase of the signal winding of the flux gate 17 to the common bus 16. The balancing resistors 10 and 11 are equal. The differential amplifier 3 with direct and inverse inputs provides the formation of an alternating output signal relative to the common bus 16. The second harmonic filter 4 extracts the information signal U 2f0 from the output signal of the differential amplifier 3, the amplitude-frequency spectrum of which is determined by the EMF of the flux gate 17 and, in particular, by the MF level acting on the flux gate 17. At the output of the second harmonic filter 4, an alternating voltage is formed with a frequency 2 times higher than the frequency of the excitation signal f 0 of the flux gate 17. The magnitude and sign of the voltage U 7 at the output of the constant voltage amplifier 7 is formed depending on the compensation voltages on the input buses 14 and 15 and is determined by the operating mode of the magnetometer. At the output of the inverting amplifier 8, a voltage is generated U 8 = - U 7 . Thus, the signal winding of the flux gate in the stationary mode of the magnetometer receives the compensation current i to the measured MF: i to = (U 7 -U 8 ) / (R 9 + R 12 + r f ), where R 9 = R 12 is the value of the resistors 9 and 12 feedback, r f is the resistance value of the signal winding of the flux gate 17 and r f << R 9 . In this case, in the stationary mode of the magnetometer U 2f0 → 0. The ADC of the microcontroller 18 is its signal input and in the overwhelming majority of cases is designed to measure positive voltages. Accordingly, as one option, the matching circuit 5 forms on the signal output bus 6 a constant voltage level equal to half of the operating range of the ADC of the microcontroller 18, which is added to the alternating signal U 2f0 from the output of the second harmonic filter 4. The above-mentioned constant voltage level at the output of the matching circuit 5 is a virtual zero (offset of the information signal U 2f0 ) and its value can be stored in the memory of the microcontroller 18. In this case, the matching circuit 5 also contains, for example, a positive voltage limiter at the upper limit of the operating range of the MK ADC and a negative voltage limiter at the level scratch. The voltage limiter can be made, for example, using a voltage follower with a unipolar supply voltage equal to the upper limit of the operating range of the ADC MK. This provides at any time the level of the total voltage at the input of the ADC of the microcontroller 18 only in the positive region at any amplitude U 2f0 . Another version of the matching circuit 5 is a comparator with a voltage-normalized output signal level. In this case, the phase of the output signal of the comparator corresponds to the direction of the projection of the MF vector onto the axis of the flux gate 17.

Магнитометр (фиг. 1) функционирует по методу компенсации МП в сердечнике феррозонда 17 [4]. Возбуждение феррозонда 17 обеспечивается формирователем сигнала возбуждения 19, на вход которого поступает импульсный сигнал частоты f0 с первого выхода микроконтроллера 18, например, типа меандр. Следящая система магнитометра образована формирователем 1 информационного сигнала, программным обеспечением (ПО) микроконтроллера 18, усилителем постоянного напряжения 7, инвертирующим усилителем 8 и резисторами обратной связи 9 и 12. Принцип функционирования магнитометра по методу компенсации МП в сердечнике феррозонда 17 заключается в приведении U2f0→0 путем формирования тока iк в сигнальной обмотке феррозонда такой величины и знака, при которых МП поле в сердечнике создаваемое этим током противоположно по направлению и равно по величине измеряемому МП. Приведение U2f0→0 осуществляется путем синхронного с частотой возбуждения измерения с учетом фазы амплитуды U2f0 АЦП микроконтроллера 18 и изменении выходного напряжения ЦАП микроконтроллера 18 при соответствующей организации ПО МК. ЦАП микроконтроллера 18 является одним выходом микроконтроллера 18, второй выход которого может быть, например, цифровым. В этом случае усилитель постоянного напряжения 7 по второму входу, например, в зависимости от уровня логического 0 или 1 изменяет знак коэффициента передачи. Уровень логического 0 или 1 на втором выходе микроконтроллера 18 формируется в зависимости от направления измеряемого МП путем определения фазы информационного сигнала U2f0, определяемого АЦП микроконтроллера 18 путем синхронного детектирования средствами ПО МК. При этом синхронное детектирование при первом варианте исполнения согласующей цепи 5 осуществляется относительно указанного выше виртуального нуля, формируемого согласующей цепью 5. При исполнении согласующей цепи 5 в виде компаратора средствами ПО МК осуществляется фазовое детектирование, в зависимости от результата которого меняется направление тока компенсации iк. Результат измерения индукции МП пропорциональный току компенсации iк [4] передается в цифровом или аналоговом виде в приемник 20.The magnetometer (Fig. 1) operates according to the method of MF compensation in the core of the flux gate 17 [4]. The excitation of the flux gate 17 is provided by the excitation signal driver 19, to the input of which a pulse signal of frequency f 0 is supplied from the first output of the microcontroller 18, for example, of the meander type. The tracking system of the magnetometer is formed by the information signal shaper 1, the software (software) of the microcontroller 18, the constant voltage amplifier 7, the inverting amplifier 8 and the feedback resistors 9 and 12. The principle of operation of the magnetometer according to the MF compensation method in the core of the flux gate 17 is to reduce U 2f0 → 0 by forming a current i to in the signal winding of the flux gate of such magnitude and sign, at which the MF field in the core created by this current is opposite in direction and is equal in magnitude to the measured MF. Bringing U 2f0 → 0 is carried out by synchronous measurement with the excitation frequency taking into account the phase of the amplitude U 2f0 of the ADC of the microcontroller 18 and changing the output voltage of the DAC of the microcontroller 18 with the appropriate organization of the MC software. The DAC of microcontroller 18 is one output of microcontroller 18, the second output of which may be digital, for example. In this case, the constant voltage amplifier 7 at the second input, for example, depending on the level of logic 0 or 1, changes the sign of the transmission coefficient. The logic level 0 or 1 at the second output of the microcontroller 18 is formed depending on the direction of the measured MP by determining the phase of the information signal U 2f0 , determined by the ADC of the microcontroller 18 by means of synchronous detection by means of the MC software. In this case, synchronous detection in the first embodiment of the matching circuit 5 is carried out relative to the above virtual zero formed by the matching circuit 5. When the matching circuit 5 is executed in the form of a comparator by means of the MC software, phase detection is carried out, depending on the result of which the direction of the compensation current i to changes. The result of measuring the MF induction proportional to the compensation current i to [4] is transmitted in digital or analog form to the receiver 20.

Возможен иной вариант исполнения согласующей цепи 5 и усилителя постоянного напряжения 7 [3]. В этом случае согласующая цепь 5 содержит пассивные R, С элементы с диодом, а усилитель постоянного напряжения 7 выполнен в виде суммирующего усилителя с прямым и инверсным входами. Соответственно на втором выходе (один ЦАП) микроконтроллера 18 формируется постоянное напряжение, пропорциональное индукции одного направления МП, а на первом выходе (другой ЦАП) микроконтроллера 18 - уровень напряжение равен нулю и наоборот при другом направлении МП.A different version of the matching circuit 5 and the constant voltage amplifier 7 [3] is possible. In this case, the matching circuit 5 contains passive R, C elements with a diode, and the constant voltage amplifier 7 is made in the form of a summing amplifier with direct and inverse inputs. Accordingly, at the second output (one DAC) of the microcontroller 18, a constant voltage is formed, proportional to the induction of one direction of the MP, and at the first output (another DAC) of the microcontroller 18, the voltage level is zero and vice versa with the other direction of the MP.

Технический результатTechnical result

Техническим результатом является повышение помехоустойчивости в условиях повышенного уровня синфазной помехи. Формирователь информационного сигнала феррозондового магнитометра представляет собой унифицированную структуру и может быть использован в серийном изготовлении в виде микросхемы с малыми первичными затратами, например, на базовом матричном кристалле.The technical result is to increase the noise immunity in conditions of an increased level of common-mode noise. The information signal generator of a fluxgate magnetometer is a unified structure and can be used in serial production in the form of a microcircuit with low primary costs, for example, on a base matrix crystal.

Источники информацииSources of information

1. Афанасьев Ю.В. Бушуев Л.Я. Трехкомпонентный феррозонд // Приборы и системы управления. 1978. №1. с. 29-31.1. Afanasyev Yu.V. Bushuev L.Ya. Three-component flux gate // Instruments and control systems. 1978. No. 1. from. 29-31.

2. Описание изобретения к патенту RU 2539726, МПК: G01R 33/02, 27.01.2015 г.2. Description of the invention to the patent RU 2539726, IPC: G01R 33/02, 27.01.2015

3. Плата П-35.377, Схема электрическая принципиальная ИНАЯ.469135.377 Э3, 2016 г.3. Board P-35.377, Electrical schematic diagram OTHER.469135.377 E3, 2016

4. Афанасьев Ю.В. Феррозондовые приборы. - Л.: Энергоатомиздат, 1986 г.4. Afanasyev Yu.V. Fluxgate devices. - L .: Energoatomizdat, 1986

Claims (1)

Формирователь информационного сигнала феррозондового магнитометра, содержащий первую и вторую сигнальные входные шины, последовательно соединенные фильтр второй гармоники, согласующую цепь, сигнальную выходную шину, а также усилитель постоянного напряжения, выход которого через резистор обратной связи соединен с первой сигнальной входной шиной, а первый и второй входы усилителя постоянного напряжения соединены с первой и второй входными шинами напряжения компенсации соответственно, общие выводы фильтра второй гармоники, согласующей цепи и усилителя постоянного напряжения соединены с общей шиной выходного сигнала, характеризующийся тем, что в него введены дифференциальный усилитель, инвертирующий усилитель, два симметрирующих резистора, второй резистор обратной связи, причем первый и второй входы дифференциального усилителя соединены соответственно с первой и второй сигнальными входными шинами, между которыми включены последовательно соединенные два симметрирующих резистора, точка соединения которых соединена с общей шиной выходного сигнала, выход усилителя постоянного напряжения через последовательно соединенные инвертирующий усилитель и второй резистор обратной связи соединен со второй сигнальной входной шиной, общие выводы дифференциального усилителя и инвертирующего усилителя соединены с общей шиной выходного сигнала, выход дифференциального усилителя соединен с входом фильтра второй гармоники.An information signal generator of a fluxgate magnetometer, containing the first and second signal input lines, a series-connected second harmonic filter, a matching circuit, a signal output line, and a constant voltage amplifier, the output of which is connected to the first signal input line through a feedback resistor, and the first and second the inputs of the constant voltage amplifier are connected to the first and second input buses of the compensation voltage, respectively, the common terminals of the second harmonic filter, the matching circuit and the constant voltage amplifier are connected to the common bus of the output signal, characterized in that a differential amplifier, an inverting amplifier, two balancing resistors are introduced into it , the second feedback resistor, and the first and second inputs of the differential amplifier are connected, respectively, with the first and second signal input buses, between which are connected in series two balancing resistors, the connection point which is connected to the common output signal bus, the output of the constant voltage amplifier is connected to the second signal input bus through a series-connected inverting amplifier and the second feedback resistor, the common terminals of the differential amplifier and the inverting amplifier are connected to the common output signal bus, the output of the differential amplifier is connected to the input second harmonic filter.
RU2020114801U 2020-04-14 2020-04-14 Information signal generator of a fluxgate magnetometer RU199110U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020114801U RU199110U1 (en) 2020-04-14 2020-04-14 Information signal generator of a fluxgate magnetometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020114801U RU199110U1 (en) 2020-04-14 2020-04-14 Information signal generator of a fluxgate magnetometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU199110U1 true RU199110U1 (en) 2020-08-17

Family

ID=72086501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020114801U RU199110U1 (en) 2020-04-14 2020-04-14 Information signal generator of a fluxgate magnetometer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU199110U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020100178A1 (en) * 2000-12-06 2002-08-01 Honeywell International Inc. Electronic compass and compensation of large magnetic errors for operation over all orientations
RU2380718C1 (en) * 2008-06-04 2010-01-27 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" Digital ferroprobe magnetometre
RU2441250C1 (en) * 2010-05-17 2012-01-27 Открытое акционерное общество "Информационные спуниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" Digital ferroprobe magnetometer
RU2539726C1 (en) * 2013-06-18 2015-01-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Ferroprobe magnetometer and method to measure components of induction of magnetic field by means of vector compensation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020100178A1 (en) * 2000-12-06 2002-08-01 Honeywell International Inc. Electronic compass and compensation of large magnetic errors for operation over all orientations
RU2380718C1 (en) * 2008-06-04 2010-01-27 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" Digital ferroprobe magnetometre
RU2441250C1 (en) * 2010-05-17 2012-01-27 Открытое акционерное общество "Информационные спуниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" Digital ferroprobe magnetometer
RU2539726C1 (en) * 2013-06-18 2015-01-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Ferroprobe magnetometer and method to measure components of induction of magnetic field by means of vector compensation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10001530B2 (en) Reading circuit with automatic offset compensation for a magnetic-field sensor, and related reading method with automatic offset compensation
US9341686B2 (en) Single-package power meter
CN104246517B (en) The device for being used to measure electric current of current transducer with Rogovski type
CN107102187B (en) Zero-flux fluxgate current sensor for measuring alternating current and direct current heavy current
US11112434B2 (en) Sensor apparatus for measuring direct and alternating currents
CN113866477B (en) Four-magnetic-core six-coil magnetic modulation high-precision ultra-large aperture current detection method and system
US3649912A (en) Direct current transformer employing magnetoresistance diodes for use in current measurement
CN113447699A (en) Tunnel magnetoresistance annular array current sensor and current measuring method
RU2381513C1 (en) Method of testing attachement insulation resistance in direct current mains with isolated neutral, device for implementation thereof and differential sensor therefor
CN106289206A (en) A kind of apparatus and method that stably magnetic field environment is provided
RU199110U1 (en) Information signal generator of a fluxgate magnetometer
CN113341193A (en) Broadband alternating current shunt balanced type bridge measuring device and measuring method
CN116930589A (en) AC/DC multi-air gap magnetic resistance current sensor and current measuring method
Slomovitz et al. Shielded electronic current transformer
EP0490880B1 (en) Negative feedback power supply apparatus
CA1276234C (en) Electrical measuring instrument for high voltage power measurements
RU2539726C1 (en) Ferroprobe magnetometer and method to measure components of induction of magnetic field by means of vector compensation
JP5877262B1 (en) Calibrator for electromagnetic flowmeter
SU1700491A1 (en) Device for measuring direct current
SU1151097A1 (en) Device for checking magnetic induction measures
CN112964928B (en) Clamp ammeter without integrated magnet core and automatic balance adjustment method
RU2730097C1 (en) Navigation three-component ferroprobe magnetometer
SU1221623A1 (en) Gradientometric unit of gradiometer
Ihlenfeld Current comparator based current divider
Yimga et al. Performances of current monitor for a long pulse width sensing