RU2153682C1 - Ferroprobe magnetometer - Google Patents
Ferroprobe magnetometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2153682C1 RU2153682C1 RU98121355A RU98121355A RU2153682C1 RU 2153682 C1 RU2153682 C1 RU 2153682C1 RU 98121355 A RU98121355 A RU 98121355A RU 98121355 A RU98121355 A RU 98121355A RU 2153682 C1 RU2153682 C1 RU 2153682C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- unit
- control
- outputs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области магнитных измерений, в частности к портативным магнитоизмерительным приборам, предназначенным для измерений компонент и полного вектора индукции магнитного поля Земли. The invention relates to the field of magnetic measurements, in particular to portable magnetic measuring instruments for measuring the components and the full induction vector of the Earth's magnetic field.
Известно устройство для измерения вектора магнитной индукции (А.С. N 760002 по заявке N 2625147/18-21 от 08.06.78, М. Кл3 G 01 R 33/02), содержащее компонентные магнитометры с ортогонально ориентированными магнитными зондами, цифровой интегратор с линейным и квадратичным выходами, сумматор, преобразователь код - напряжение, регистрирующий прибор, генератор тактовых импульсов, компараторы напряжения по числу компонентных магнитометров, блок сравнения кодов и регистры.A device for measuring the magnetic induction vector (A.S. N 760002 according to the application N 2625147 / 18-21 from 08.06.78, M. Cl 3 G 01 R 33/02), containing component magnetometers with orthogonally oriented magnetic probes, a digital integrator with linear and quadratic outputs, adder, code converter - voltage, recording device, clock, voltage comparators according to the number of component magnetometers, code comparison unit and registers.
В данном устройстве в процессе сравнения выходных напряжений компонентных магнитометров с линейно изменяемым напряжением преобразователя код-напряжение, подключенного к линейному выходу цифрового интегратора, формируются значения измеряемых компонент и модуля вектора индукции магнитного поля. In this device, in the process of comparing the output voltages of component magnetometers with a linearly variable voltage of the code-voltage converter connected to the linear output of a digital integrator, the values of the measured components and the module of the magnetic field induction vector are formed.
Недостатком данного устройства являются сложность, требующая больших аппаратурных затрат, и большая потребляемая мощность, обусловленная одновременным потреблением всех трех компонентных магнитометров и сложным электронным устройством. The disadvantage of this device is the complexity, requiring large hardware costs, and high power consumption, due to the simultaneous consumption of all three component magnetometers and a complex electronic device.
Известно также устройство для измерения модуля вектора магнитной индукции (А. С. N 789944 по заявке N 2726724/18-21 от 19.02.79, М. Кл3 G 01 R 33/02), содержащее компонентные магнитометры с ортогонально ориентированными магнитными зондами, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и интегрирующий блок с линейным и квадратичным выходами, компараторы напряжения, подключенные к выходам компонентных магнитометров и линейному выходу интегрирующего блока, элементы памяти, входы которых подключены к квадратичному выходу интегрирующего блока, входы управления - к выходам соответствующих первых трех компараторов напряжения, а выходы через аналоговый сумматор подключены к четвертому компаратору напряжения, второй вход которого соединен с квадратичным выходом интегрирующего блока, а выход - с входом управления регистра, информационный вход которого соединен с линейным выходом интегрирующего блока, причем интегрирующий блок содержит последовательно соединенные счетчик импульсов, подключенный к выходу генератора, и первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), второй ЦАП (множительный), аналоговый вход которого соединен с выходом первого ЦАП, а цифровые входы подключены к выходам счетчика импульсов, являющиеся первым линейным (цифровым) выходом, выход первого ЦАП - вторым линейным (аналоговым) выходом, а выход второго ЦАП - квадратичным (аналоговым) выходом интегрирующего блока.There is also known a device for measuring the module of the vector of magnetic induction (A. C. N 789944 according to the application N 2726724 / 18-21 from 02.19.79, M. Кл 3 G 01 R 33/02), containing component magnetometers with orthogonally oriented magnetic probes, serially connected clock generator and integrating unit with linear and quadratic outputs, voltage comparators connected to the outputs of component magnetometers and linear output of the integrating unit, memory elements whose inputs are connected to the quadratic output of the integrating unit, input control s - to the outputs of the first three voltage comparators, and the outputs through an analog adder are connected to the fourth voltage comparator, the second input of which is connected to the quadratic output of the integrating unit, and the output - to the register control input, the information input of which is connected to the linear output of the integrating unit, moreover, the integrating unit contains a series-connected pulse counter connected to the output of the generator, and the first digital-to-analog converter (DAC), the second DAC (multiply one), the analog input of which is connected to the output of the first DAC, and the digital inputs are connected to the outputs of the pulse counter, which are the first linear (digital) output, the output of the first DAC is the second linear (analog) output, and the output of the second DAC is the quadratic (analog) output integrating unit.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
В результате счета выходных импульсов генератора в интегрирующем блоке формируются линейно нарастающие и квадратичный сигналы, циклически повторяемые в процессе работы устройства. В моменты равенства выходных напряжений компонентных магнитометров с линейно нарастающим напряжением интегрирующего блока по сигналам компараторов производится запоминание квадрата мгновенного значения напряжения в соответствующем элементе памяти, затем эти значения суммируются в аналоговом сумматоре и сравниваются в дополнительном компараторе с квадратично нарастающим напряжением интегрирующего блока. В момент равенства этих напряжений по сигналу дополнительного компаратора производится запись в регистрирующий блок значения кода, формируемого на выходе счетчика интегрирующего блока. Это значение равно квадратному корню из суммы квадратов трех ортогональных составляющих (компонент) вектора магнитной индукции, т. е. модулю вектора магнитной индукции. В регистрирующем блоке осуществляется регистрация модуля вектора магнитной индукции. As a result of counting the output pulses of the generator in the integrating unit, linearly increasing and quadratic signals are formed, cyclically repeated during the operation of the device. At the moments when the output voltages of the component magnetometers are equal to the linearly increasing voltage of the integrating unit, the square of the instantaneous voltage value in the corresponding memory element is stored by the comparator signals, then these values are summed in the analog adder and compared in the additional comparator with the quadratically increasing voltage of the integrating unit. At the moment of equality of these voltages, according to the signal of an additional comparator, the value of the code generated at the output of the counter of the integrating unit is recorded in the recording unit. This value is equal to the square root of the sum of the squares of the three orthogonal components (components) of the magnetic induction vector, i.e., the module of the magnetic induction vector. In the recording unit, the magnetic induction vector module is registered.
Применение указанной структуры интегрирующего блока в данном устройстве позволяет заметное упрощение схемы по сравнению с предыдущим аналогом. The use of the indicated structure of the integrating unit in this device allows a noticeable simplification of the circuit compared to the previous analogue.
Недостатками данного устройства являются большие аппаратурные затраты, обусловленные количеством измерительных каналов магнитометра, и большая потребляемая мощность, вызванная одновременным потреблением токов в цепях возбуждения феррозондов. The disadvantages of this device are the large hardware costs due to the number of measuring channels of the magnetometer, and the high power consumption caused by the simultaneous consumption of currents in the excitation circuits of the flux gates.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому и выбранное в качестве прототипа является феррозондовый магнитометр (А.С. N 1755219, МКИ5 G 01 R 33/02 по заявке N 4/28238/21 от 21.03.90. Феррозондовый магнитометр), содержащий три феррозонда с взаимно ортогональными магнитными осями, состоящие каждый из сердечника, обмотки возбуждения, соединенной с соответствующими выходами коммутируемого блока возбуждения и выходной обмотки, усилительно-преобразовательный блок, вход и выход обратной связи которого подключены к входному зажиму выходной обмотки первого феррозонда, выходной зажим которой соединен с входным зажимом выходной обмотки второго феррозонда, выходной зажим которой соединен с входным зажимом выходной обмотки третьего феррозонда, выходной зажим которой подключен к общему проводу, регистрирующий блок, блок управления и генератор, первый выход которого соединен с входом управления усилительно-преобразовательного блока, второй - с частотным входом коммутируемого блока возбуждения, а третий - с входом управления (синхронизации) блока управления, с первого по третий выходы управления которого соединены соответственно с первым по третий входами управления коммутируемого блока возбуждения, а выход сигнала признака окончания переходного процесса - с входом управления регистрирующего блока, информационный вход которого соединен с выходом усилительно-преобразовательного блока.The closest in technical essence to the proposed one and selected as a prototype is a flux-gate magnetometer (AS N 1755219, MKI 5 G 01 R 33/02 according to the application N 4/28238/21 from 03/21/90. Flux-gate magnetometer), containing three a flux-gate with mutually orthogonal magnetic axes, each consisting of a core, an excitation winding connected to the corresponding outputs of a switched excitation block and an output winding, an amplification-conversion block, the input and output of which feedback are connected to the input terminal of the output winding the first flux gate, the output terminal of which is connected to the input terminal of the output winding of the second flux gate, the output terminal of which is connected to the input terminal of the output winding of the third flux, the output terminal of which is connected to a common wire, a recording unit, a control unit and a generator, the first output of which is connected to the control input amplifier-conversion unit, the second with the frequency input of the switched excitation unit, and the third with the control (synchronization) input of the control unit, from the first to the third outputs the board of which is connected respectively to the first to third inputs of the control of the switched excitation unit, and the output of the signal indicating the end of the transient process is connected to the control input of the recording unit, the information input of which is connected to the output of the amplifier-converter unit.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Генератор вырабатывает на втором выходе напряжение частотой, равной частоте возбуждения феррозондов, которое через коммутируемый блок возбуждения поступает поочередно в обмотки возбуждения соответствующих феррозондов. Переключение обмоток возбуждения и формирование сигналов возбуждения осуществляются коммутируемым блоком возбуждения, управляемого блоком управления. Последовательность возбуждения феррозондов определяется последовательностью появления сигналов на соответствующих выходах блока управления. The generator generates a voltage at the second output at a frequency equal to the excitation frequency of the flux gates, which, through the switched excitation block, enters alternately into the excitation windings of the corresponding flux gates. The switching of the field windings and the generation of field signals are carried out by a switched field unit controlled by the control unit. The sequence of excitation of flux gates is determined by the sequence of occurrence of signals at the corresponding outputs of the control unit.
Измеряемая индукция магнитного поля, воздействуя одновременно на три феррозонда, вызывает появление напряжения полезного сигнала второй гармоники на выходной обмотке того феррозонда, на обмотку возбуждения которого в данное время подано напряжение. Поскольку выходные обмотки феррозондов включены последовательно, на вход усилительно-преобразовательного блока в данное время поступает напряжение полезного сигнала второй гармоники, амплитуда которого определяется составляющей вектора индукции магнитного поля, измеряемой соответствующим феррозондом. В усилительно-преобразовательном блоке напряжение усиливается на переменном токе, детектируется, усиливается на постоянном токе, а затем подается на выход усилительно-преобразовательного блока и выход обратной связи, создавая ток обратной связи в выходных обмотках феррозондов. С выхода усилительно-преобразовательного блока напряжение, пропорциональное соответствующей составляющей вектора индукции магнитного поля, поступает в регистрирующий блок. С помощью обратной связи в возбужденном в данный момент феррозонде создается магнитное поле, компенсирующее соответствующую составляющую измеряемого магнитного поля. The measured magnetic field induction, acting simultaneously on three flux gates, causes the voltage of the useful signal of the second harmonic to appear on the output winding of the flux gate whose voltage is applied to the excitation winding. Since the output windings of the flux gates are connected in series, the voltage of the useful signal of the second harmonic, the amplitude of which is determined by the component of the magnetic field induction vector measured by the corresponding flux gate, is currently being input to the amplifier-converter block. In the amplifier-converter unit, the voltage is amplified by alternating current, detected, amplified by direct current, and then fed to the output of the amplifier-converter unit and feedback output, creating a feedback current in the output windings of the flux gates. From the output of the amplifier-converter unit, a voltage proportional to the corresponding component of the magnetic field induction vector enters the recording unit. Using feedback, a magnetic field is created in the currently excited flux gate, which compensates for the corresponding component of the measured magnetic field.
Управление фазочувствительным демодулятором усилительно-преобразовательного блока осуществляется импульсами напряжения, подаваемого с первого выхода генератора на вход управления усилительно-преобразовательного блока, а с помощью импульсов напряжения, подаваемого с третьего выхода генератора на вход управления блока управления, осуществляется синхронизация работы последнего и коммутируемого блока возбуждения. The phase-sensitive demodulator of the amplifier-converter unit is controlled by voltage pulses supplied from the first output of the generator to the control input of the amplifier-converter unit, and using the voltage pulses supplied from the third output of the generator to the control input of the control unit, the operation of the last and switched excitation unit is synchronized.
После окончания переходного процесса, вызванного переключением обмоток возбуждения и воздействием внешнего поля на феррозонды, регистрирующий блок по выходному сигналу (признака окончания переходного процесса) блока управления фиксирует установившиеся значения напряжения на выходе усилительно-преобразовательного блока, пропорциональные соответствующим составляющим измеряемого поля. After the end of the transient process caused by the switching of the field windings and the action of an external field on the flux gates, the recording unit, by the output signal (sign of the end of the transient process) of the control unit, fixes steady-state voltage values at the output of the amplifier-transducer unit, proportional to the corresponding components of the measured field.
Мультиплексный режим работы измерительного канала и цепей возбуждения феррозондов обеспечивает простоту схемной реализации устройства и малую потребляемую мощность. The multiplex mode of operation of the measuring channel and excitation circuits of the flux gates provides simplicity of the circuit implementation of the device and low power consumption.
Недостатком данного устройства является низкая функциональная возможность, обусловленная отсутствием измерения модуля вектора индукции магнитного поля, а также отсутствие возможности формирования цифровых кодов составляющих вектора индукции магнитного поля. The disadvantage of this device is the low functionality due to the lack of measurement of the module of the magnetic field induction vector, as well as the lack of the ability to generate digital codes of the components of the magnetic field induction vector.
Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого технического решения, является расширение функциональных возможностей феррозондового магнитометра, т.е. обеспечение выполнения операции формирования цифровых кодов модуля и компонент вектора индукции магнитного поля при малых дополнительных аппаратурных затратах. The technical result achieved by using the proposed technical solution is to expand the functionality of the flux-gate magnetometer, i.e. ensuring the execution of the operation of generating digital codes of the module and components of the magnetic field induction vector at low additional hardware costs.
Указанный результат достигается тем, что в феррозондовый магнитометр, содержащий три феррозонда с взаимно ортогональными магнитными осями, состоящие каждый из сердечника, обмотки возбуждения, соединенной с соответствующими выходами коммутируемого блока возбуждения и выходной обмотки, усилительно-преобразовательный блок, его вход и выход обратной связи подключены к входному зажиму выходной обмотки первого феррозонда, выходной зажим которой соединен с входным зажимом выходной обмотки второго феррозонда, выходной зажим которой соединен с входным зажимом выходной обмотки третьего феррозонда, выходной зажим которой подключен к общему проводу, регистрирующий блок, блок управления и генератор, первый выход которого соединен с входом управления усилительно-преобразовательного блока, второй - с частотным входом коммутируемого блока возбуждения, а третий - с входом управления блока управления, с первого по третий выходы управления которого соединены соответственно с первым по третий входами упражнения коммутируемого блока возбуждения, и имеющий также выход сигнала признака окончания переходного процесса, дополнительно введены подключенное к выходу усилительно-преобразовательного блока первое пороговое устройство, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с четвертым выходом управления блока управления и четвертым входом управления коммутируемого блока возбуждения, последовательно соединенные интегратор и второе пороговое устройство, интегрирующий блок с линейными и квадратичным выходами, частотный вход которого соединен с четвертым выходом генератора, первый линейный выход соединен с вторым входом первого порогового устройства и с входом интегратора, второй (цифровой) линейный выход соединен с информационным входом регистрирующего блока, квадратичный выход соединен со вторым входом второго порогового устройства, а первый и второй входы управления соединены соответственно с пятым и четвертым выходами блока управления, первый выход которою подключен к первому входу элемента И, а пятый через инвертор подключен к третьему входу элемента ИЛИ и ко второму входу элемента И, выход которого соединен с входом установки в "нуль" интегратора, вход режима работы которого подключен к выходу элемента ИЛИ, блок задания режима и логическое устройство (4И, ИЛИ), первый вход которого соединен с выходом второго порогового устройства, одиннадцатый, восьмой, пятый и второй входы соединены соответственно с первым по четвертый выходами блока управления, двенадцатый, девятый, шестой и третий входы соединены соответственно с первым по четвертый выходами блока задания режимов, четвертый, седьмой и десятый входы соединены с выходом первого порогового устройства, а выход соединен с входом управления регистрирующего блока. This result is achieved by the fact that in a flux-gate magnetometer containing three fluxgates with mutually orthogonal magnetic axes, each consisting of a core, an excitation winding connected to the corresponding outputs of a switched excitation block and an output winding, an amplifier-converter block, its input and feedback output are connected to the input terminal of the output winding of the first flux gate, the output terminal of which is connected to the input terminal of the output winding of the second flux gate, the output terminal of which is connected is connected to the input terminal of the output winding of the third fluxgate, the output terminal of which is connected to a common wire, a recording unit, a control unit, and a generator, the first output of which is connected to the control input of the amplifier-converter unit, the second to the frequency input of the switched excitation unit, and the third to the control input of the control unit, from the first to third control outputs of which are connected respectively to the first to third inputs of the exercise of the switched excitation unit, and also having a signal output As the transition process ends, the first threshold device connected to the output of the amplifier-converter unit is additionally introduced, the output of which is connected to the first input of the OR element, the second input of which is connected to the fourth control output of the control unit and the fourth control input of the switched excitation unit, the integrator connected in series and the second a threshold device integrating a block with linear and quadratic outputs, the frequency input of which is connected to the fourth output of the generator, the first line output is connected to the second input of the first threshold device and to the integrator input, the second (digital) line output is connected to the information input of the recording unit, the quadratic output is connected to the second input of the second threshold device, and the first and second control inputs are connected to the fifth and fourth the outputs of the control unit, the first output of which is connected to the first input of the AND element, and the fifth through an inverter is connected to the third input of the OR element and to the second input of the AND element, the output of which is connected to the input of the integrator to “zero”, the input of the operating mode of which is connected to the output of the OR element, the mode setting unit and a logic device (4I, OR), the first input of which is connected to the output of the second threshold device, the eleventh, eighth, fifth and second inputs connected respectively to the first to fourth outputs of the control unit, the twelfth, ninth, sixth and third inputs are connected respectively to the first to fourth outputs of the mode setting unit, the fourth, seventh and tenth inputs are connected to the output of the first threshold new device, and the output is connected to the control input of the recording unit.
На фиг. 1 показана структурная схема феррозондового магнитометра, на фиг. 2 представлены временные диаграммы работы, а на фиг. 3 и 4 соответственно представлены структурные схемы интегрирующего блока и интегратора. In FIG. 1 shows a block diagram of a flux-gate magnetometer; FIG. 2 shows timing diagrams of operation, and FIG. 3 and 4, respectively, are structural diagrams of an integrating unit and an integrator.
Феррозондовый магнитометр содержит три феррозонда 1, 2, 3 (ФЗx, ФЗy, ФЗz) с взаимно ортогональными магнитными осями, состоящие каждый из сердечника 4, 5, 6, обмотки возбуждения 7 (Wвx), 8 (Wву), 9 (Wвz), соединенной с соответствующими выходами коммутируемого блока возбуждения 16 и выходной (измерительной) обмотки 10 (Wиx), 11 (Wиy), 12 (Wиz), последовательно соединенные усилительно-преобразовательный блок 13, первое пороговое устройство 18 и элемент ИЛИ 19, причем вход усилительно-преобразовательного блока 13 и его выход обратной связи подключены к входному зажиму выходной обмотки 10 первого феррозонда 1, выходной зажим которой соединен с входным зажимом выходной обмотки 11 второго феррозонда 2, выходной зажим которой соединен с входным зажимом выходной обмотки 12 третьего феррозонда 3, выходной зажим которой подключен к общему проводу, последовательно соединенные интегратор 20, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 19, и второе пороговое устройство 21, регистрирующий блок 14, блок управления 17, генератор 15, первый выход которого соединен с входом управления усилительно-преобразовательного блока 13, второй - с частотным входом коммутируемого блока возбуждения 16, а третий - с входом управления блока управления 17, с первого по четвертый выходы управления которого соединены соответственно с первого по четвертый входами управления коммутируемого блока возбуждения 16, интегрирующий блок 22 с линейными и квадратичным выходами, частотный вход которого соединен с четвертым выходом генератора 15, первый линейный выход соединен со вторым входом первого порогового устройства 18 и с входом интегратора 20, второй цифровой линейный выход соединен с информационным входом регистрирующего блока 14, квадратичный выход соединен со вторым входом второго порогового устройства 21, а первый и второй входы управления соединены соответственно с пятым и четвертым выходами блока управления 17, первый выход которого подключен к первому входу элемента И 23, а пятый через инвертор 26 подключен к третьему входу элемента ИЛИ 19 и ко второму входу элемента И 23, выход которого соединен с входом установки в "нуль" интегратора 20, вход режима работы которого подключен к выходу элемента ИЛИ 19, блок задания режима 24 и логическое устройство 25 (4И, ИЛИ), первый вход которого соединен с выходом второго порогового устройства 21, одиннадцатый, восьмой, пятый и второй входы соединены соответственно с первого по четвертый выходами блока управления 17, двенадцатый, девятый, шестой и третий входы соединены соответственно с первого по четвертый выходами блока задания режима 24, четвертый, седьмой и десятый входы соединены с выходом первого порогового устройства 18, а выход соединен с входом управления регистрирующего блока 14.Fluxgate magnetometer contains three ferroprobe 1, 2, 3 (FZ x, FZ y, FZ z) with mutually orthogonal magnetic axes, each consisting of a core 4, 5, 6, the field winding 7 (W Bx), 8 (W wu) 9 (W bz ) connected to the corresponding outputs of the switched excitation block 16 and the output (measuring) winding 10 (W x ), 11 (W and y ), 12 (W and z ), connected in series to the amplifier-
Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.
Генератор 15 вырабатывает напряжение Ufв частотой fв, равной частоте возбуждения феррозондов 1 - 3, которое подается на частотный вход коммутируемого блока возбуждения 16. В последнем осуществляется последовательное переключение обмоток возбуждения 7 - 9 феррозондов 1 - 3 и формирование импульсов сигналов возбуждения по мощности и форме. Управление коммутацией коммутируемого блока возбуждения 16 осуществляется выходными сигналами управления UС1, UС2, UС3, UС4 блока управления 17. Последовательность возбуждения феррозондов 1 - 3 определяется последовательностью появления управляющих сигналов UС1, UС2, UС3, соответственно на первом, втором и третьем выходах блока управления 17. При появлении управляющего сигнала UС4 на четвертом выходе блока управления 17 с помощью коммутируемого блока возбуждения осуществляется отключение подачи напряжения возбуждения во все обмотки возбуждения 7-9 феррозондов 1-3. Таким образом напряжение Ufв, пройдя через коммутируемый блок возбуждения 16, возбуждает поочередно феррозонды 1, 2, 3. Так, на отрезке времени (t2 - t1) возбуждается феррозонд 1 (ФЗx), на отрезке (t3 - t2) - феррозонд 2 (ФЗy), на отрезке (t4 - t3) - феррозонд 3 (ФЗz), а на отрезке (t5 - t4) обмотки возбуждения 7-9 всех феррозондов 1-3 находятся в отключенном (обесточенном) состоянии (фиг.2).The generator 15 generates a voltage U f at a frequency f in equal to the excitation frequency of the flux gates 1 - 3, which is supplied to the frequency input of the switched excitation block 16. In the latter, the field windings 7 - 9 of the flux gates 1 - 3 are sequentially switched and pulse generation of the excitation signals by power and form. The switching control of the switched excitation unit 16 is carried out by the control output signals U C1 , U C2 , U C3 , U C4 of the control unit 17. The excitation sequence of flux gates 1 - 3 is determined by the sequence of occurrence of control signals U C1 , U C2 , U C3 , respectively, on the first, second and third outputs of the control unit 17. When the control signal C4 U at the fourth output of the control unit 17 via the switched excitation unit carried off applying an excitation voltage to all winding excitaton Denia ferroprobes 7-9 1-3. Thus, the voltage U fv , passing through the switched excitation block 16, excites flux gates 1, 2, 3, in turn. So, in the time interval (t 2 - t 1 ), the flux gage 1 (ФЗ x ) is excited, in the interval (t 3 - t 2 ) - a flux gate 2 (ФЗ y ), on a segment (t 4 - t 3 ) - a flux gate 3 (ФЗ z ), and on a segment (t 5 - t 4 ) the excitation windings 7-9 of all fluxgates 1-3 are disconnected ( de-energized) condition (figure 2).
Измеряемая индукция магнитного поля, воздействуя одновременно на три феррозонда 1-3, вызывает появление напряжения полезного сигнала частотой 2fв на выходной обмотке того феррозонда, на обмотку возбуждения которого в данное время подано напряжение возбуждения Ufв. Поскольку выходные обмотки феррозондов 1-3 включены последовательно, на вход усилительно-преобразовательного блока 13 на интервале (t2-t1) поступает напряжение второй гармоники (частотой 2fв), амплитуда которого определяется первой составляющей (ВX) вектора индукции магнитного поля Т, на интервале (t3 - t2) - второй составляющей (BY), на интервале (t4 - t3) - третьей составляющей (Bz), на интервале (t5 - t4) - отсутствием полезного сигнала, т.е. нулевым значением и т. д.The measured magnetic field induction, acting simultaneously on three fluxgates 1-3, causes the appearance of a voltage of a useful signal with a frequency of 2f in the output winding of that fluxgate, the excitation winding of which is currently supplied with an excitation voltage U fv . Since the output winding ferroprobes 1-3 are connected in series, the input of the amplifying and
В усилительно-преобразовательном блоке 13 напряжение усиливается на переменном токе, детектируется, усиливается на постоянном токе, а затем подается на основной выход и выход обратной связи усилительно-преобразовательного блока 13, создавая ток обратной связи в выходных обмотках 10-12 феррозондов 1-3. С выхода усилительно-преобразовательного блока 13 напряжение U13, равное на соответствующих интервалах времени напряжениям UX, UY, Uz, пропорциональным соответствующим составляющим ВX, BY, BZ вектора индукцию поступает на первый вход первого порогового устройства 18. С помощью обратной связи в возбужденном в данный момент феррозонде создается магнитное поле, компенсирующее соответствующую составляющую измеряемого внешнего магнитного поля.In the amplifier-
Управление фазочувствительным демодулятором усилительно-преобразовательного блока 13 осуществляется импульсами напряжения, подаваемого с первого выхода генератора 15 на вход управления усилительно-преобразовательного блока 13, а с помощью импульсов напряжения, подаваемого с третьего выхода генератора 15 на вход управления блока управления 17, осуществляется синхронизация работы последнего и коммутируемого блока возбуждения 16. The phase-sensitive demodulator of the amplifier-
После окончания переходного процесса в моменты времени t'1, t'2,...,t'i, (i= 1,2, . . .,4), вызванного переключением обмоток возбуждения 7 - 9 и воздействием внешнего поля на феррозонды 1 - 3, на пятом выходе блока управления 17 появляются импульсы напряжения Ut'i (фиг. 2), являющиеся сигналами признака окончания переходного процесса.After the end of the transition process at time instants t ' 1 , t' 2 , ..., t ' i , (i = 1,2, ..., 4), caused by switching the field windings 7 - 9 and the action of an external field on the flux gates 1 - 3, voltage pulses Ut ' i appear on the fifth output of the control unit 17 (Fig. 2), which are signals of the sign of the end of the transient process.
В результате счета импульсов напряжения Ufсч в интегрирующем блоке 22, подаваемых на вход последнего с четвертого выхода генератора 15, формируются линейно нарастающие аналоговый Uл на первом линейном выходе, цифровой Nл - на втором линейном выходе и квадратичный аналоговый Uк - на квадратичном выходе интегрирующего блока 22 сигналы, циклически повторяемые в процессе работы устройства. Причем формирование линейно нарастающих сигналов осуществляется во всех четырех повторяемых циклах и начинается после окончания переходного процесса в усилительно-преобразовательном блоке 13, т.е. в момент появления сигнала признака окончания переходного процесса Ut'i, подаваемого с пятого выхода блока управления 17 на первый вход управления интегрирующего блока 22. Формирование квадратичного сигнала Uк осуществляется только в каждом четвертом цикле при наличии сигнала управления UС4 на втором входе управления интегрирующего блока 22, подаваемого с четвертого выхода управления блока управления 17, и также начинается в момент появления сигнала Ut'i признака окончания переходного процесса (фиг. 2).As a result of counting the voltage pulses U fcc in the integrating
Интегратором 20 осуществляется интегрирование в первых трех циклах (i = 1, 2, 3) выходного линейно нарастающего напряжения Uл интегрирующего блока 22, причем процесс интегрирования начинается с предварительного обнуления интегратора 20 в первом цикле при подаче выходного сигнала U23 элемента И на вход установки в "0" (УО) интегратора 20. Формирование логических потенциалов напряжения U23 осуществляется подачей выходных сигналов UC1 и Ut'i блока управления 17 соответственно на первый и через инвертор 26 на второй входы элемента И, т.е.
Следовательно, обнуление (предварительная подготовка) интегратора 20 осуществляется в первом цикле до окончания переходного процесса в усилительно-преобразовательном блоке 13. При подаче на вход управления интегратора 20 потенциала, соответствующего логическому нулю, формируемого на выходе элемента ИЛИ 19, интегратор 20 находится в режиме интегрирования и, наоборот, при логической единице интегратор находится в режиме хранения. Сигнал управления режимом U19 интегратора 20, формируемый элементом ИЛИ, определяется следующим логическим выражением:
U19 = U18∨UC4∨U26, (2)
где U18, U26 - выходные сигналы соответственно первого порогового устройства 18 и инвертора 26.The
Therefore, zeroing (preliminary preparation) of the
U 19 = U 18 ∨U C4 ∨U 26 , (2)
where U 18 , U 26 are the output signals, respectively, of the first threshold device 18 and inverter 26.
В момент равенства выходного напряжения усилительно-преобразовательного блока 13 с выходным линейно нарастающим напряжением Uл интегрирующего блока 22 первое пороговое устройство 18 вырабатывает управляющий сигнал U18 в виде логической единицы, проходящей через элемент ИЛИ 19 на выход управления интегратора 20, переводящий его в режим хранения. Таким образом в первых трех циклах преобразования интегратор 20 на интервале (t'1 - t1) обнуляется, на интервалах (t''1 - t'1), (t''2 - t'2), (t''3 - t'3) находится в режиме интегрирования, а на интервалах (t'2 - t''1), (t'3 - t''2) и в течение всего четвертого цикла (t5 - t4) - в режиме хранения информации и т.д.At the moment of equality of the output voltage of the amplifier-
В четвертом цикле преобразования в момент равенства выходного напряжения (U20) интегратора 20 с выходным квадратичным напряжением Uк интегрирующего блока 22 второе пороговое устройство 21 вырабатывает управляющий сигнал U21 в виде логической единицы.In the fourth conversion cycle at the moment of equal output voltage (U 20 ) of the
Устройство работает в режимах измерения компонент ВX, BY, BZ и в режиме измерения модуля T вектора индукции магнитного поля. Результатом измерения являются соответствующие этим величинам коды NX, NY, NZ и NT. Задание режимов работы осуществляется блоком задания режимов 24, выполняемого, например, в виде клавишного пульта управления или в виде автоматического формирователя сигналов. Так, при задании напряжения UP1 в виде потенциала логической единицы на первом выходе блока задания режима 24 осуществляется измерение компоненты ВX, напряжения UP2 на втором выходе - измерение компоненты BY, напряжения UP3 на третьем выходе - измерение компоненты BZ и напряжения UP4 на четвертом выходе - измерение модуля T вектора индукции магнитного поля. При этом результат измерения (NX, NY, NZ, NT) в выбранном режиме записывается в регистрирующий блок 14 по выходному сигналу логического устройства 25. При измерении компонент ВX, BY, BZ в регистрирующий блок 14 осуществляется запись выходного кода (NЛ = NX, NY, NZ), формируемого на цифровом линейном выходе интегрирующего блока 22 соответственно в моменты срабатывания t''1, t''2, t''3 первого порогового устройства 18. Сигналы управления записью в регистрирующий блок 14, формируемые на выходе логического устройства 25, определяются следующим выражением:
U25(t''i)= Upi(t''i)Uci(t''i)U18(t''i) при i=1, 2, 3. (3)
При измерении модуля Т в регистрирующий блок 14 осуществляется запись выходного кода (Nл = Nт), формируемого также на линейном выходе интегрирующего блока 22 в момент срабатывания t''4 второго порогового устройства 21. Сигнал управления записью в регистрирующий блок 14 на выходе логического устройства 25 в данном случае формируется в соответствии с выражением
U25(t''4)= Up4(t''4)Uc4(t''4)U21(t''4). (4)
Напряжение U20, хранимое в четвертом цикле в интеграторе 20, накопленное за три предыдущих цикла преобразования, определяется следующим выражением:
где α - масштаб преобразования интегратора 20, определяемый его постоянной времени. Причем
Uл(t) = кτ, (6)
где к - масштаб преобразования интегрирующего блока 22 на линейном выходе. Причем на интервалах преобразования
С учетом выражения (7) выражение (5) принимает следующий вид:
Проинтегрировав выражение (8), получим
где
Выбрав масштаб преобразования интегрирующего блока 22 по квадратичному выходу равным β, имеем
Uк(t) = β[Uл(t)]2. (10)
Тогда в момент срабатывания t''4 порогового устройства 21 в четвертом цикле преобразования получим следующее равенство:
β[Uл(t)]2 = β(U
Следовательно, соответствующий квадратичному значению в момент t''4 кодовый эквивалент Nл(t''4) на линейном выходе интегрирующего блока 22, записываемый в регистрирующий блок 14, равен корню квадратному из суммы квадратов компонент, а следовательно, модулю вектора индукции магнитного поля.The device operates in the measurement modes of components B X , B Y , B Z and in the measurement mode of the module T of the magnetic field induction vector. The result of the measurement is the codes N X , N Y , N Z and N T corresponding to these values. The operation modes are set by the mode setting unit 24, executed, for example, in the form of a keypad or in the form of an automatic signal shaper. So, when setting voltage U P1 in the form of a logical unit potential at the first output of mode 24 setting unit, component B X is measured, voltage U P2 at the second output - component B Y is measured, voltage U P3 at the third output - component B Z and voltage are measured U P4 at the fourth output is a measurement of the module T of the magnetic field induction vector. In this case, the measurement result (N X , N Y , N Z , N T ) in the selected mode is recorded in the recording unit 14 by the output signal of the logic device 25. When measuring the components B X , B Y , B Z, the output unit is recorded in the recording unit 14 code (N L = N X , N Y , N Z ) generated on the digital linear output of the integrating
U 25 (t '' i ) = U pi (t '' i ) U ci (t '' i ) U 18 (t '' i ) for i = 1, 2, 3. (3)
When measuring the module T in the recording unit 14, the output code is recorded (N l = N t ), which is also generated on the linear output of the integrating
U 25 (t '' 4 ) = U p4 (t '' 4 ) U c4 (t '' 4 ) U 21 (t '' 4 ). (4)
The voltage U 20 stored in the fourth cycle in the
where α is the transform scale of the
U l (t) = kτ, (6)
where k is the conversion scale of the integrating
In view of expression (7), expression (5) takes the following form:
Integrating expression (8), we obtain
Where
Having chosen the conversion scale of the integrating
U to (t) = β [U l (t)] 2 . (10)
Then, at the moment t '' 4 of the threshold device 21 is triggered, in the fourth conversion cycle we obtain the following equality:
β [U l (t)] 2 = β (U
Consequently, the corresponding quadratic value at time t '' 4 coded equivalent of N L (t '' 4) on a linear output of the integrating
Интегрирующий блок (фиг.3), описанный в аналоге (А.С. N 789944 М. Кл.3 G 01 R 33/02 по заявке N 2726724/18-21 от 19.02.79), содержит счетчик импульсов (Сч), первый ЦАП и второй множительный ЦАП.The integrating unit (figure 3) described in the analogue (A.S. N 789944 M. Cl. 3 G 01 R 33/02 according to the application N 2726724 / 18-21 from 02.19.79), contains a pulse counter (Sch), first DAC and second multiplier DAC.
Выходы счетчика импульсов и первого ЦАП являются линейными, соответственно цифровым (Nл) и аналоговым (Uл) выходами, а выход второго ЦАП - квадратичным выходом (Uк).The outputs of the pulse counter and the first DAC are linear, respectively, digital (N l ) and analog (U l ) outputs, and the output of the second DAC is a quadratic output (U to ).
Запуск счетчика импульсов осуществляется выходным сигналом (Ut'i) блока управления 17, а запуск второго ЦАП - сигналом Uc4, подаваемым с четвертого выхода управления блока управления 17 на вход управления второго ЦАП. При достижении на выходе счетчика максимального значения кода в момент прихода следующего импульса счета Ufсч происходит его обнуление из-за переполнения и весь цикл работы повторяется снова.The start of the pulse counter is carried out by the output signal (Ut ' i ) of the control unit 17, and the second DAC is started by the signal U c4 supplied from the fourth control output of the control unit 17 to the control input of the second DAC. When the counter reaches the maximum value of the code at the time of the arrival of the next counting pulse U fcc , it is reset to zero due to overflow and the entire operation cycle is repeated again.
Возможный и широко известный вариант реализации интегратора 20 (фиг. 4) содержит аналоговый интегрирующий операционный усилитель (ОУ) с резистором R и конденсатором С. С помощью управляемых переключателей П1 и П2 осуществляются режимы интегрирования, хранения и установки в нуль интегратора 20. Обнуление интегратора осуществляется замыканием ключа К переключателя П2 управляющим сигналом U23. В режиме интегрирования напряжения Uл ключи К1 и К2 переключателя П1, управляемого напряжением U19, находятся соответственно в замкнутом и разомкнутом положениях, а ключ К переключателя П2 - в разомкнутом. В режиме хранения информации наоборот, ключи К1 и К2 переключателя П1 находятся соответственно в разомкнутом и замкнутом положениях, также при разомкнутом положении ключа К переключателя П2.A possible and widely known embodiment of the integrator 20 (Fig. 4) contains an analog integrating operational amplifier (op amp) with a resistor R and a capacitor C. Using the managed switches P1 and P2, the
Таким образом, предлагаемое устройство, сочетающее в себе положительные качества аналогов и прототипа, реализуемо, обладает широкими функциональными возможностями и малой потребляемой мощностью при малых аппаратурных затратах и, следовательно, может найти применение при построении портативного магнитоизмерительного прибора или конструктивно-функционального модуля в виде микросхемы. Thus, the proposed device, combining the positive qualities of analogues and a prototype, is realizable, has wide functional capabilities and low power consumption at low hardware costs and, therefore, can be used in the construction of a portable magnetic measuring device or structurally functional module in the form of a microcircuit.
Claims (1)
частотный вход которого соединен с четвертым выходом генератора, первый линейный выход соединен с вторым входом первого порогового устройства и входом интегратора, второй линейный выход - с информационным входом регистрирующего блока, квадратичный выход - с вторым входом второго порогового устройства, а первый и второй входы управления соединены соответственно с пятым и четвертым выходами блока управления, первый выход которого подключен к первому входу элемента И, а пятый через инвертор подключен к третьему входу элемента ИЛИ и к второму входу элемента И, выход которого соединен с входом установки в "0" интегратора, вход режима работы которого подключен к выходу элемента ИЛИ, блок задания режима и логическое устройство, первый вход которого соединен с выходом второго порогового устройства, одиннадцатый, восьмой, пятый и второй входы соединены соответственно с первым по четвертый выходами блока управления, двенадцатый, девятый, шестой и третий входы - соответственно с первым по четвертый выходами блока задания режимов, четвертый, седьмой и десятый входы - с выходом первого порогового устройства, а выход - с входом управления регистрирующего блока.A fluxgate magnetometer containing three fluxgates with mutually orthogonal magnetic axes, each consisting of a core, an excitation winding connected to the corresponding outputs of a switched excitation block and an output winding, an amplifier-converter block, the input and output of which is connected to the input terminal of the output winding of the first flux probe the output terminal of which is connected to the input terminal of the output winding of the second flux gate, the output terminal of which is connected to the input terminal of the output winding a third flux-gate, the output clamp of which is connected to a common wire, a recording unit, a control unit, and a generator, the first output of which is connected to the control input of the amplification-conversion unit, the second to the frequency input of the switched excitation unit, and the third to the control input of the control unit, s the first to third control outputs of which are connected respectively to the first to third control inputs of the switched excitation unit, characterized in that it is additionally connected to the output connected to the output of the amplifier-converter unit, the first threshold device, the output of which is connected to the first input of the OR element, the second input of which is connected to the fourth control output of the control unit and the fourth control input of the switched excitation unit, an integrator and a second threshold device that integrates the unit with linear and quadratic outputs ,
whose frequency input is connected to the fourth output of the generator, the first linear output is connected to the second input of the first threshold device and the integrator input, the second linear output is to the information input of the recording unit, the quadratic output is to the second input of the second threshold device, and the first and second control inputs are connected respectively, with the fifth and fourth outputs of the control unit, the first output of which is connected to the first input of the AND element, and the fifth through an inverter is connected to the third input of the OR element and to the second the input of the AND element, the output of which is connected to the input of the integrator to “0”, the input of the operating mode of which is connected to the output of the OR element, the mode setting unit and the logical device, the first input of which is connected to the output of the second threshold device, the eleventh, eighth, fifth and the second inputs are connected respectively with the first through fourth outputs of the control unit, the twelfth, ninth, sixth and third inputs, respectively, with the first through fourth outputs of the mode setting unit, the fourth, seventh and tenth inputs are with the output of the first about the threshold device, and the output is with the control input of the recording unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98121355A RU2153682C1 (en) | 1998-11-25 | 1998-11-25 | Ferroprobe magnetometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98121355A RU2153682C1 (en) | 1998-11-25 | 1998-11-25 | Ferroprobe magnetometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2153682C1 true RU2153682C1 (en) | 2000-07-27 |
Family
ID=20212713
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98121355A RU2153682C1 (en) | 1998-11-25 | 1998-11-25 | Ferroprobe magnetometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2153682C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2448350C2 (en) * | 2010-07-15 | 2012-04-20 | Сергей Константинович Прищепов | Apparatus for detecting underground magnetic anomalies |
RU2455656C1 (en) * | 2010-12-15 | 2012-07-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Digital ferroprobe magnetometer |
RU2475769C1 (en) * | 2011-06-16 | 2013-02-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Digital ferroprobe magnetometer |
-
1998
- 1998-11-25 RU RU98121355A patent/RU2153682C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2448350C2 (en) * | 2010-07-15 | 2012-04-20 | Сергей Константинович Прищепов | Apparatus for detecting underground magnetic anomalies |
RU2455656C1 (en) * | 2010-12-15 | 2012-07-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Digital ferroprobe magnetometer |
RU2475769C1 (en) * | 2011-06-16 | 2013-02-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Digital ferroprobe magnetometer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ibrahim et al. | A novel digital phase meter | |
RU2153682C1 (en) | Ferroprobe magnetometer | |
JPS5920860A (en) | Digital output type integration circuit | |
JPH0820473B2 (en) | Continuous period-voltage converter | |
RU2302644C1 (en) | Magnetic field measuring device | |
RU2382375C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometre | |
SU934414A1 (en) | Multichannel electric geosurvey station | |
SU789946A1 (en) | Apparatus for measuring core magnetic induction flux increment | |
SU1022071A1 (en) | Load analyzer | |
SU1465777A1 (en) | Ampere-hour meter | |
SU1022038A1 (en) | Ferromagnetic material dynamo magnetic characteristic measuring device | |
SU983637A1 (en) | Time interval measuring device | |
SU1092431A1 (en) | Digital phase meter | |
SU1609988A1 (en) | Method of measuring signals of ferroprobe sensors | |
SU1499292A1 (en) | Apparatus for measuring magnetic fields | |
SU1377789A1 (en) | Automatic ferrosound differential coercimeter | |
RU21418U1 (en) | Azimuth converter for inclinometer | |
SU721783A1 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
RU1757307C (en) | Fluxgate magnetometer | |
SU1140060A2 (en) | Device for digital representation of electric pulse shape | |
SU920594A1 (en) | Digital ferro-probe magnetometer | |
SU1285416A2 (en) | Device for measuring variable magnetic flux density | |
SU1763644A1 (en) | Inclinometer azimuth date converter | |
SU1265586A1 (en) | Probe-type magnetic-field flaw detector | |
SU1124239A1 (en) | Direct-reading proton magnetometer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161126 |