RU2154280C2 - Gear measuring intensity of magnetic field - Google Patents
Gear measuring intensity of magnetic field Download PDFInfo
- Publication number
- RU2154280C2 RU2154280C2 RU98113285A RU98113285A RU2154280C2 RU 2154280 C2 RU2154280 C2 RU 2154280C2 RU 98113285 A RU98113285 A RU 98113285A RU 98113285 A RU98113285 A RU 98113285A RU 2154280 C2 RU2154280 C2 RU 2154280C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- generator
- gate
- trigger
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для измерения напряженности магнитного поля. The invention relates to magnetic measurements and is intended to measure magnetic field strength.
Известен следящий магнитометр, содержащий генератор, датчик ядерного магнитного резонанса, усилитель, управитель частоты, преобразователь код-напряжение, приемник сигнала ошибки, дискриминатор уровней, реверсивный счетчик, регистрирующее устройство /авт. св. СССР 580536, кл. G 01 R 33/08, 1977/. Однако вследствие больших размеров датчика ядерного магнитного резонанса устройство не позволяет измерять магнитные поля в малых объемах и на малом расстоянии от поверхности ферромагнитных тел, т.е. данное устройство не может быть использовано для испытания образцов из ферромагнитных материалов. A known magnetometer comprising a generator, a nuclear magnetic resonance sensor, an amplifier, a frequency controller, a code-voltage converter, an error signal receiver, a level discriminator, a reversible counter, a recording device / ed. St. USSR 580536, class G 01 R 33/08, 1977 /. However, due to the large size of the nuclear magnetic resonance sensor, the device does not allow measuring magnetic fields in small volumes and at a small distance from the surface of ferromagnetic bodies, i.e. This device cannot be used to test samples of ferromagnetic materials.
Известно также устройство, содержащее феррозонд, в цепь намагничивающей обмотки которого включен генератор прямоугольных импульсов и последовательно соединенные переменный и эталонный резисторы, параллельно которым включен измерительный прибор, а в цепь выходной обмотки феррозонда включены последовательно соединенные усилитель, интегратор, пороговый блок и индикаторный прибор. Устройство позволяет измерять большие поля у поверхности ферромагнитных тел компенсационным методом /авт.св. СССР 525902, кл. G 01 R 33/02, 1976/. Недостатком устройства является большое время процесса измерения, обусловленное ручной регулировкой амплитуды компенсирующего поля. A device containing a flux-gate is also known, in the magnetizing winding of which is included a square-wave generator and series-connected variable and reference resistors, in parallel with which a measuring device is connected, and a series-connected amplifier, integrator, threshold unit, and indicator device are connected in series to the output winding of the flux-gate. The device allows you to measure large fields near the surface of ferromagnetic bodies by the compensation method / auth. USSR 525902, class G 01 R 33/02, 1976 /. The disadvantage of this device is the long measurement process due to manual adjustment of the amplitude of the compensating field.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для измерения напряженности магнитного поля /авт. св. СССР 815690, кл. G 01 R 33/02, 1981/, содержащее генератор прямоугольных импульсов, феррозонд с сердечником, выполненным из пермаллоя с петлей гистерезиса с коэффициентом прямоугольности, близким к единице, к выходной обмотке которого подключен интегратор, выходом соединенный со входом усилителя, выход которого соединен со входом порогового блока, и измерительный прибор, а также последовательно соединенные элемент И-НЕ, реверсивный счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, управляемый источник тока и ключ, причем второй вход реверсивного счетчика импульсов и первый вход логического элемента И-НЕ соединены с выходом порогового блока, второй вход логического элемента И-НЕ соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, выход цифроаналогового преобразователя И-НЕ соединен со входом измерительного прибора. Второй вход ключа подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, а выход ключа соединен с намагничивающей обмоткой феррозонда. The closest in technical essence to the claimed device is selected as a prototype device for measuring magnetic field strength / ed. St. USSR 815690, class G 01 R 33/02, 1981 /, containing a square-wave generator, a flux gate with a core made of permalloy with a hysteresis loop with a square factor close to unity, to the output winding of which an integrator is connected, with an output connected to the input of the amplifier, the output of which is connected to the threshold block input, and the measuring device, as well as the AND-NOT element connected in series, a reversible pulse counter, a digital-to-analog converter, a controlled current source and a key, the second input of a reversing counter and pulses and a first input of a logical AND-NO element are connected to the output of the threshold unit, a second input of the AND gate is coupled to the output of the generator of rectangular pulses, the output DAC AND-NO element is connected to the input of the measuring device. The second key input is connected to the output of the rectangular pulse generator, and the key output is connected to the magnetizing winding of the flux gate.
Недостатком известного устройства является следующее. Амплитуда компенсирующих импульсов Hк при постоянной их длительности tи наращивается в устройстве-прототипе от нулевой до измеряемого значения напряженности Hизм дискретно за N шагов:
где Hmax - предел измерения устройства; n - разрядность реверсивного счетчика импульсов.A disadvantage of the known device is the following. The amplitude of the compensating pulses H k at a constant duration of t and increases in the prototype device from zero to the measured value of the voltage H ISM discretely in N steps:
where H max is the measurement limit of the device; n is the width of the reversible pulse counter.
Длительность tи компенсирующих импульсов Hк должна быть больше или равна времени перемагничивания сердечника феррозонда по предельной петле гистерезиса. В общем случае время перемагничивания сердечника феррозонда определяется значением напряженности внешнего перемагничивающего поля, скоростью его изменения, формой и размерами сердечника, а также типом материала, из которого он изготовлен. Процесс перемагничивания часто рассматривают, как процесс вращения доменов, обладающих "инерционностью" или магнитной вязкостью. Скорость вращения доменов тем больше, чем большее внешнее магнитное поле на них воздействует. Другим фактором, замедляющим перемагничивание, являются вихревые токи, возникая, они создают собственное магнитное поле, направленное встречно перемагничивающему. Для одного и того же сердечника из перечисленных факторов на время перемагничивания оказывает влияние значение напряженности внешнего поля и скорость его изменения. Причем увеличение первого приводит к уменьшению времени перемагничивания, а увеличение второго (за счет возрастания вихревых токов) - к увеличению. Прямоугольная форма компенсирующего импульса Hк не позволяет за один шаг подобрать его амплитуду равной Hизм. Это позволяет сделать пилообразная форма компенсирующего импульса Hк, кроме того, такая форма импульса более выигрышна, с точки зрения вихревых токов (они меньше), чем прямоугольная, хотя и хуже с точки зрения преодоления магнитной вязкости доменов. В связи с этим, время перемагничивания импульсом прямоугольной формы соизмеримо с временем перемагничивания импульсом пилообразной формы. Поэтому, если компенсирующий импульс Hк будет иметь пилообразную форму с амплитудой, равной Hmax, и длительность, близкую к tи, компенсация напряженности Hизм измеряемого поля будет достигнута за время, соизмеримое с tи.The duration t and compensating pulses H k should be greater than or equal to the magnetization reversal time of the flux-gate core along the limit hysteresis loop. In the general case, the magnetization reversal time of the core of the flux gate is determined by the value of the intensity of the external magnetization field, its rate of change, the shape and dimensions of the core, as well as the type of material from which it is made. The magnetization reversal process is often considered as the process of rotation of domains with "inertia" or magnetic viscosity. The rotation speed of domains is greater, the greater the external magnetic field affects them. Another factor that slows down magnetization reversal is eddy currents, arising, they create their own magnetic field directed opposite to magnetization reversal. For the same core of the listed factors, the magnetization reversal time is affected by the value of the external field strength and its rate of change. Moreover, an increase in the first leads to a decrease in the magnetization reversal time, and an increase in the second (due to an increase in eddy currents) leads to an increase. The rectangular shape of the compensating impulse H k does not allow one to choose its amplitude equal to H ISM . This makes it possible to make a sawtooth shape of the compensating pulse H k , in addition, such a pulse shape is more advantageous from the point of view of eddy currents (they are smaller) than rectangular, although worse from the point of view of overcoming the magnetic viscosity of the domains. In this regard, the magnetization reversal time by a rectangular pulse is comparable to the time of magnetization reversal by a sawtooth pulse. Therefore, if the compensating impulse H k will have a sawtooth shape with an amplitude equal to H max and a duration close to t and compensation of the intensity H meas of the measured field will be achieved in a time commensurate with t and .
Технической задачей изобретения является повышение быстродействия измерений за счет достижения значения компенсирующего поля при помощи одного импульса длительностью, соизмеримой с tи.An object of the invention is to increase the measurement performance by achieving the value of the compensating field with a single pulse of duration comparable with t and .
Поставленная задача решается с помощью устройства для измерения напряженности магнитного поля, содержащего первый генератор прямоугольных импульсов, феррозонд с сердечником, выполненным из пермаллоя с петлей гистерезиса с коэффициентом прямоугольности, близким к единице, к выходной обмотке которого подключен интегратор, выходом соединенный со входом усилителя, выход которого соединен со входом порогового блока, последовательно соединенные логический элемент И, счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, управляемый источник тока, ключ и обмотка возбуждения феррозонда, причем первый вход логического элемента И соединен с выходом первого генератора прямоугольных импульсов, дополнительно снабженного RS-триггером и вторым генератором прямоугольных импульсов. Причем выход второго генератора прямоугольных импульсов соединен с первым входом RS-триггера и вторым входом счетчика импульсов, выход порогового блока соединен со вторым входом RS-триггера, а выход RS-триггера со вторыми входами ключа и логического элемента И. The problem is solved using a device for measuring the magnetic field strength, containing the first rectangular pulse generator, a flux gate with a core made of permalloy with a hysteresis loop with a square coefficient close to unity, to the output winding of which an integrator is connected, with an output connected to the amplifier input, an output which is connected to the input of the threshold block, the logic element AND, the pulse counter, a digital-to-analog converter, a controlled source current ir, key and excitation coil of a flux gate, the first input of the AND gate connected to the output of the first rectangular pulse generator, additionally equipped with an RS-trigger and a second rectangular pulse generator. Moreover, the output of the second rectangular pulse generator is connected to the first input of the RS-trigger and the second input of the pulse counter, the output of the threshold block is connected to the second input of the RS-trigger, and the output of the RS-trigger with the second inputs of the key and logic element I.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: RS-триггера, второго генератора прямоугольных импульсов и их связями с остальными элементами схемы. Comparative analysis with the prototype shows that the inventive device is characterized by the presence of new units: RS-flip-flop, the second generator of rectangular pulses and their relationships with other elements of the circuit.
Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, the claimed device meets the criteria of the invention of "novelty."
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что RS-триггер и генератор прямоугольных импульсов широко известны. A comparison of the proposed solutions with other technical solutions shows that the RS-trigger and the square-wave pulse generator are widely known.
Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы в заявляемое устройство для измерения напряженности магнитного поля вышеуказанные блоки проявляют новые свойства, что приводит к повышению быстродействия измерения за счет достижения значения компенсирующего поля при помощи одного импульса длительностью, соизмеримой с tи.However, when they are introduced in this connection with the other elements of the circuit into the inventive device for measuring the magnetic field strength, the above blocks exhibit new properties, which leads to increased measurement performance by achieving the value of the compensating field with a single pulse of duration comparable with t and .
Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия". This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".
На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для измерения напряженности магнитного поля; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства. In FIG. 1 shows a block diagram of a device for measuring magnetic field strength; in FIG. 2 - time diagrams of the operation of the device.
Устройство для измерения напряженности магнитного поля (фиг. 1) содержит первый генератор прямоугольных импульсов 1, феррозонд 2 с сердечником, выполненным из пермаллоя с петлей гистерезиса с коэффициентом прямоугольности, близким к единице, к выходной обмотке 3 которого подключен интегратор 4, выходом соединенный со входом усилителя 5, выход которого соединен со входом порогового блока 6, последовательно соединенные логический элемент И 7, счетчик импульсов 8, цифроаналоговый преобразователь 9, управляемый источник тока 10, ключ 11 и обмотка возбуждения феррозонда 12, причем первый вход логического элемента И 7 соединен с выходом первого генератора прямоугольных импульсов 1, кроме того, RS-триггер 13 и второй генератор прямоугольных импульсов 14. Причем выход второго генератора прямоугольных импульсов 14 соединен с первым входом RS-триггера 13 и вторым входом счетчика импульсов 8, выход порогового блока 6 соединен со вторым входом RS-триггера 13, а выход RS-триггера 13 со вторыми входами ключа 11 и логического элемента И 7. A device for measuring the magnetic field strength (Fig. 1) contains a first
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии на выходе RS-триггера 13 уровень напряжения запрещающий: прохождение тока с выхода управляемого источника тока 10 через ключ 11 в обмотку возбуждения 12 феррозонда 2 и импульсов с выхода первого генератора прямоугольных импульсов 1 на первый вход счетчика импульсов 8 через логический элемент И 7. The device operates as follows. In the initial state, at the output of the RS-trigger 13, the voltage level is prohibiting: the passage of current from the output of the controlled current source 10 through the key 11 to the excitation winding 12 of the
Феррозонд 2 помещают в постоянное или изменяющееся во времени измеряемое поле Hизм (фиг. 2). Состояние сердечника феррозонда 2 определяется величиной поля Hизм, а также величиной компенсирующего поля Hк в случае протекания тока в обмотке возбуждения 12 феррозонда 2. Величина компенсирующего поля пропорциональна току управляемого источника тока 10, коммутируемого ключом 11. Для нормальной работы устройства измеряемое и компенсирующее поля направлены встречно.The
В начале каждого цикла измерения короткий запускающий импульс с выхода второго генератора прямоугольных импульсов 14 поступает на второй вход счетчика импульсов 8, приводя его в нулевое состояние, и на первый вход RS-триггера 13, в результате чего на выходе RS-триггера 13 устанавливается уровень напряжения разрешающий протекание тока с выхода источника тока 10 через ключ 11 в обмотку возбуждения 12 феррозонда 2 и прохождение через логический элемент И 7 импульсов с выхода первoro генератора прямоугольных импульсов 1 на первый вход счетчика импульсов 8. Выходной код счетчика импульсов 8 поступательно возрастает, что приводит к нарастанию напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 9 и, как следствие, тока управляемого источника тока 10. Происходит формирование пилообразного импульса компенсирующего поля Hк. ЭДС, индуцируемая в выходной обмотке 3 феррозонда 2 в процессе перемагничивания его сердечника (U3 на фиг. 2), интегрируется интегратором 4, усиливается усилителем 5, при этом напряжение на выходе усилителя 5 пропорционально изменению индукции в сердечнике феррозонда 2. С выхода усилителя 5 это напряжение (U5 на фиг. 2) подается на вход порогового блока 6, настроенного таким образом, что он срабатывает, если изменение индукции в сердечнике феррозонда 2 превышает величину, равную максимальной индукции петли гистерезиса материала сердечника (Uпор на фиг. 2). Сердечник феррозонда 2 выполнен из пермалоя с петлей гистерезиса с коэффициентом прямоугольности, близким к единице, т. е. величина максимальной индукции материала сердечника практически не зависит от напряженности магнитного поля и равна величине остаточной индукции Br (фиг. 2). Таким образом, если измеряемое поле Hизм становится равным амплитуде компенсирующего поля Hк, на выходе порогового блока 6 появляется импульс (U6 на фиг. 2), воздействующий на второй вход RS-триггера 13 и возвращающий его в исходное состояние. В результате: на обмотку возбуждения 12 феррозонда 2 прекращается подача тока с выхода управляемого источника тока 10 через ключ 11, на вход счетчика импульсов 8 прекращается поступление импульсов с выхода первого генератора импульсов 1 через логический элемент И 7, а на выходе счетчика импульсов 8 устанавливается цифровой код прямо пропорциональный величине напряженности компенсирующего, а значит и измеряемого поля Hизм.At the beginning of each measurement cycle, a short trigger pulse from the output of the second rectangular pulse generator 14 is fed to the second input of the pulse counter 8, bringing it to zero, and to the first input of the RS trigger 13, as a result of which the voltage level is set at the output of the RS trigger 13 allowing the flow of current from the output of the current source 10 through the key 11 to the excitation winding 12 of the
Блоки, входящие в состав устройства для измерения напряженности магнитного поля, могут быть выполнены, например:
первый и второй генератор прямоугольных импульсов, интегратор, усилитель, пороговый блок, логический элемент И, счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, ключ, RS-триггер /Якубовский С.В., Барканов Н.А., Кудряшов Б. П. Аналоговые и цифровые интегральные схемы. - М.: Сов. радио, 1979, 336 с./;
феррозонд как две обмотки на сердечнике, выполненном из пермаллоя с петлей гистерезиса с коэффициентом прямоугольности, близким к единице;
управляемый источник тока как усилитель с обратной связью по току /Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС: Пер с англ. - М.: Мир, 1985, 572 с./.The blocks included in the device for measuring the magnetic field can be performed, for example:
first and second rectangular pulse generator, integrator, amplifier, threshold block, logic element And, pulse counter, digital-to-analog converter, key, RS-trigger / Yakubovsky SV, Barkanov N.A., Kudryashov B.P. Analog and digital integrated circuits. - M .: Owls. Radio 1979, 336 pp. /;
a flux gate as two windings on a core made of permalloy with a hysteresis loop with a rectangular coefficient close to unity;
controlled current source as an amplifier with current feedback / Falkenberry L. Application of operational amplifiers and linear ICs: Transl. from English. - M.: Mir, 1985, 572 p. /.
Экспериментальные исследования макета заявляемого устройства для измерения напряженности магнитного поля показали, что по сравнению с устройством аналогичного назначения (прототип) заявляемое устройство обеспечивает повышение быстродействия измерений за счет достижения значения компенсирующего поля при помощи одного импульса длительностью, соизмеримой с tи.Experimental studies of the layout of the inventive device for measuring magnetic field strength showed that, compared with a device of a similar purpose (prototype), the inventive device provides improved measurement performance by achieving the value of the compensating field with a single pulse of duration comparable with t and .
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98113285A RU2154280C2 (en) | 1998-07-03 | 1998-07-03 | Gear measuring intensity of magnetic field |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98113285A RU2154280C2 (en) | 1998-07-03 | 1998-07-03 | Gear measuring intensity of magnetic field |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU98113285A RU98113285A (en) | 2000-04-10 |
RU2154280C2 true RU2154280C2 (en) | 2000-08-10 |
Family
ID=20208312
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98113285A RU2154280C2 (en) | 1998-07-03 | 1998-07-03 | Gear measuring intensity of magnetic field |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2154280C2 (en) |
-
1998
- 1998-07-03 RU RU98113285A patent/RU2154280C2/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0376977B1 (en) | Frequency difference digital compass and magnetometer | |
US5811965A (en) | DC and AC current sensor having a minor-loop operated current transformer | |
US4950988A (en) | Two region, remanently magnetized position sensor | |
JPH07504974A (en) | Drift-free zero-offset magnetometer | |
US5091697A (en) | Low power, high accuracy magnetometer and magnetic field strength measurement method | |
US4290018A (en) | Magnetic field strength measuring apparatus with triangular waveform drive means | |
US4300095A (en) | Self excited saturatable core magnetic field detection apparatus | |
US3568052A (en) | Time interval magnetometer | |
US4303886A (en) | Magnetic field strength measuring apparatus | |
RU2154280C2 (en) | Gear measuring intensity of magnetic field | |
RU2155968C2 (en) | Unit measuring intensity of magnetic field | |
RU2147752C1 (en) | Quick-acting device for measurement of magnetic field strength | |
RU2149418C1 (en) | Digital device for measuring intensity of magnetic field | |
RU2279688C1 (en) | Digital arrangement for measuring magnetic field intensity | |
RU2194286C1 (en) | Device measuring intensity of magnetic field | |
SU892388A1 (en) | Coercive force measuring method | |
RU2238572C2 (en) | Attachable ferromagnetic coercimeter | |
RU1793352C (en) | Method of initial magnetic permeability determining for isotropic magnetic material | |
SU419822A1 (en) | METHOD OF MEASURING COERTSITIVE FORCE | |
SU907480A1 (en) | Device for measuring differential reversible and non-reversible magnetic permeability | |
SU815690A1 (en) | Magnetic field intensity measuring device | |
SU563653A1 (en) | Apparatus for measuring ferromagnetic material coercivity force | |
SU1168879A1 (en) | Device for measuring static magnetic parameters of ferromagnetic materials | |
SU834635A2 (en) | Attached ferromagnetic coercimeter | |
RU2191398C2 (en) | Device measuring intensity of magnetic field |