RU2723153C1 - Method of controlling magnetic field conversion characteristic by ferroprobe - Google Patents
Method of controlling magnetic field conversion characteristic by ferroprobe Download PDFInfo
- Publication number
- RU2723153C1 RU2723153C1 RU2019129401A RU2019129401A RU2723153C1 RU 2723153 C1 RU2723153 C1 RU 2723153C1 RU 2019129401 A RU2019129401 A RU 2019129401A RU 2019129401 A RU2019129401 A RU 2019129401A RU 2723153 C1 RU2723153 C1 RU 2723153C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic field
- value
- parameter
- flux gate
- flux
- Prior art date
Links
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
Description
Область примененияApplication area
Способ предназначен для производственного контроля характеристики преобразования феррозондом проекции вектора магнитного поля (МП) Земли при напряженности измеряемого МП много меньше напряженности МП насыщения сердечника феррозонда [1]. В качестве информационного параметра рассматривается амплитуда напряжения второй гармоники в ЭДС (электродвижущая сила) сигнальной обмотки феррозонда.The method is intended for production control of the conversion characteristics of a projection of the Earth’s magnetic field (MP) vector projection by a flux gate when the measured magnetic field strength is much less than the saturation magnetic field intensity of the flux-gate core [1]. The amplitude of the second harmonic voltage in the EMF (electromotive force) of the signal winding of the flux gate is considered as an information parameter.
Уровень техникиState of the art
Известен способ контроля характеристики феррозонда [2], который заключается в соосной установке двух магнитов на расстоянии 40 см, между которыми соосно устанавливают феррозонд. Щуп эталонного магнитометра устанавливают в непосредственной близости к контролируемому феррозонду. Контролируют показания эталонного магнитометра и перемещают магниты до получения нулевого значения индукции по показаниям эталонного магнитометра. Подают электропитание на обмотку возбуждения контролируемого феррозонда. Перемещают один магнит ближе к контролируемому феррозонду до показания эталонного магнитометра равного 70 мкТл. Вольтметром контролируют среднее значение ЭДС феррозонда сигнальной обмотки. Сравнивают измеренное значение с заданным по документации значением 200 мВ, которое должно быть не менее. Измеряют частоту сигнала сигнальной обмотки. Сравнивают измеренное значение с заданным по документации значением. Возвращают первый магнит в исходное положение - нулевое значение индукции по показаниям эталонного магнитометра. Повторяют описанную процедуру с перемещением второго магнита.A known method of controlling the characteristics of a flux gate [2], which consists in coaxially installing two magnets at a distance of 40 cm, between which a flux gate is coaxially mounted. The probe of the reference magnetometer is installed in close proximity to the controlled flux-gate. The readings of the reference magnetometer are monitored and the magnets are moved to obtain a zero value of induction according to the readings of the reference magnetometer. They supply power to the field winding of a controlled flux-gate. One magnet is moved closer to the controlled flux gate until the reference magnetometer reads equal to 70 μT. A voltmeter controls the average value of the EMF of the signal gate fluxgate. Compare the measured value with the value specified in the documentation of 200 mV, which should be at least. Measure the signal winding signal frequency. Compare the measured value with the value specified in the documentation. The first magnet is returned to its original position - the zero value of induction according to the readings of the reference magnetometer. Repeat the described procedure with the movement of the second magnet.
Способ позволяет контролировать наличие функционирования феррозонда. Недостатком способа является низкая информативность, которая заключается в отсутствии данных о значении крутизны характеристики преобразования МП в электрический сигнал и отсутствии данных о смещении нуля феррозонда.The method allows to control the presence of the functioning of the flux gate. The disadvantage of this method is the low information content, which consists in the absence of data on the steepness of the characteristics of the conversion of MP to an electrical signal and the lack of data on the zero shift of the flux gate.
Наиболее близким по технической сущности является способ, описанный в работе [3] и представляющий контроль характеристики преобразования магнитометра. Данный способ и выбран в качестве прототипа. Способ предназначен для контроля крутизны характеристики преобразования магнитометром проекции вектора МП Земли на его ось. При этом магнитометр с феррозондом в качестве датчика МП выполнен по структурной схеме с отрицательной обратной связью (метод компенсации МП в сердечнике феррозонда). Сущность способа состоит в том, что в обычном (рабочем) режиме функционирования магнитометра измеряют величину параметра P1 внешнего МП. В режиме контроля характеристики преобразования в обмотку (например, сигнальную) феррозонда дополнительно к току компенсации МП подают нормированный тестовый постоянный ток iк=iк1 одной полярности, проводят измерение параметра Р2 МП, изменяют нормированный тестовый постоянный ток до iк=iк2 (меняют направление тока), вычисляют приращение тестового постоянного тока Δiк=iк1 - iк2, проводят измерение параметра Р3 МП. Вычисляют разность контрольных измерений параметра ΔP(Δiк)=Р2-Р3 МП. Вычисляют крутизну характеристики преобразования магнитного поля магнитометра в виде отношения S=ΔP(Δiк)/Δiк, где использована информационная часть вычисления прототипа в обобщенном виде - зависимость крутизны характеристики от аргумента Δiк.The closest in technical essence is the method described in [3] and representing the control of the conversion characteristics of the magnetometer. This method is selected as a prototype. The method is intended to control the steepness of the conversion characteristics of the projection of the Earth's MP vector on its axis by a magnetometer. In this case, the magnetometer with a flux gate as an MP sensor is made according to a block diagram with negative feedback (a method of compensating an MP in the core of a flux gate). The essence of the method lies in the fact that in the normal (working) mode of operation of the magnetometer measure the value of parameter P 1 external MP. In the control mode, the conversion characteristics to the winding (for example, signal) of the flux gate in addition to the compensation current MP provide a normalized test direct current i k = i k1 of the same polarity, measure the parameter P 2 MP, change the normalized test direct current to i k = i k2 ( change the direction of the current), calculate the increment of the test DC current Δi k = i k1 - i k2 , measure the parameter P 3 MP. The difference in the control measurements of the parameter ΔP (Δi k ) = P 2 -P 3 MP is calculated. The steepness of the magnetic field transformation of the magnetometer is calculated in the form of the ratio S = ΔP (Δi k ) / Δi k , where the information part of the prototype calculation is used in a generalized form - the dependence of the steepness of the characteristic on the argument Δi k .
Способ по исходному назначению предназначен для контроля крутизны преобразования магнитометра. В условиях производства при постоянной величине коэффициента преобразования электронной части магнитометра способ обеспечивает контроль крутизны преобразования различных феррозондов при нормальных климатических условиях. Например, в рабочем месте контроля феррозондов используется один и тот же блок электронной части магнитометра, выполненный на современной элементной базе с достаточной разрядностью АЦП (аналого-цифровой преобразователь), ПАП (цифроаналоговый преобразователь) и погрешностью прочих элементов до 0,1%, что существенно меньше погрешностей феррозондов, определяемых технологическими причинами производства и свойствами материалов.The method for its original purpose is intended to control the steepness of the conversion of the magnetometer. In production conditions with a constant value of the conversion coefficient of the electronic part of the magnetometer, the method provides control of the steepness of the conversion of various flux gates under normal climatic conditions. For example, in the workplace of monitoring fluxgates, the same unit of the electronic part of the magnetometer is used, made on a modern element base with sufficient ADC (analog-to-digital converter), PAP (digital-to-analog converter) and error of other elements up to 0.1%, which is significant fewer errors in flux-gates determined by technological reasons for production and material properties.
Недостатком способа контроля характеристики преобразования магнитного поля феррозондом является недостаточная информативность, заключающаяся в отсутствии информации о величине смещения нуля феррозонда. Кроме того, способ не позволяет проводить производственные температурные испытания в части стабильности характеристики конкретного феррозонда по преобразованию МП вследствие компенсации ее температурных изменений в магнитометре, организованного по методу компенсации МП в сердечнике феррозонда.The disadvantage of the method of controlling the characteristics of the conversion of the magnetic field by a flux gate is the lack of information, which consists in the absence of information about the zero offset of the flux gate. In addition, the method does not allow for temperature production tests in terms of the stability of the characteristics of a particular flux-gate by MP conversion due to compensation of its temperature changes in a magnetometer, organized by the method of MP compensation in a flux-gate core.
Цель изобретенияThe purpose of the invention
Целью изобретения является повышение информативности и расширение функциональных возможностей.The aim of the invention is to increase information content and expand functionality.
Повышение информативности обеспечивается контролем смещения нуля феррозонда путем измерения амплитуды напряжения второй гармоники выходной ЭДС феррозонда, размещенного в ферромагнитном экране. Расширение функциональных возможностей, например, температурные испытания феррозонда, обеспечивается контролем его характеристик непосредственно по прямым измерениям основного параметра - амплитуды напряжения второй гармоники выходной ЭДС.An increase in information content is provided by controlling the zero-shift of the flux gate by measuring the amplitude of the second harmonic voltage of the output EMF of the flux gate located in the ferromagnetic screen. The expansion of functionality, for example, temperature testing of a flux gate, is ensured by monitoring its characteristics directly from direct measurements of the main parameter - the voltage amplitude of the second harmonic of the output EMF.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Способ предполагает в производственном рабочем месте контроля параметров феррозонда использование, например, селективного вольтметра для измерения амплитуды Еm напряжения второй гармоники в ЭДС феррозонда, высокостабильного генератора возбуждения феррозонда и регулируемого источника тестового постоянного тока. Возможно, также использование электронной части магнитометра (организованного с использованием микроконтроллера по методу компенсации МП в сердечнике феррозонда) с соответствующим изменением ее программного обеспечения. В зоне размещения феррозонда должны отсутствовать источники МП, ферромагнитные массы. При наличии переменных индустриальных помех в МП, результаты по предлагаемому способу могут быть подвергнуты статистической обработке.The method involves the use of, for example, a selective voltmeter for measuring the amplitude of the second harmonic voltage E m in the EMF of the flux-gate, a highly stable excitation generator of the flux-gate, and an adjustable test direct current source in a manufacturing workplace for controlling the parameters of a flux gate. It is also possible to use the electronic part of the magnetometer (organized using a microcontroller using the method of compensating the magnetic field in the core of the flux gate) with a corresponding change in its software. In the zone of the placement of the flux gate, there should be no sources of magnetic field, ferromagnetic masses. In the presence of variable industrial interference in the MP, the results of the proposed method can be subjected to statistical processing.
В сердечнике феррозонда создают напряженность поля возбуждения. Феррозонд размещают горизонтально в помещении с магнитным полем Земли. Величину тестового постоянного тока iк в обмотке феррозонда устанавливают равной iк=iк1=0. Вращают феррозонд в горизонтальной плоскости (вокруг вертикальной оси) до получения максимального значения измеряемой амплитуды Еm=Еmах напряжения второй гармоники выходной ЭДС феррозонда. В обмотку (например, сигнальную) феррозонда подают тестовый постоянный ток iк ≠ 0. Контролируя величину амплитуды Еm напряжения второй гармоники выходной ЭДС феррозонда, устанавливают величину тестового постоянного тока iк=iк2, при котором значение амплитуды напряжения второй гармоники в выходной ЭДС феррозонда Em(iк2)=0. Заметим, что зависимость Еm(iк) имеет нелинейность, величина которой определяется соотношением напряженности Hк(iк) и напряженности Hs насыщения материала сердечника феррозонда. Далее помещают феррозонд в ферромагнитный экран. Соответственно в сердечнике феррозонда отсутствует составляющая напряженности внешнего МП. В обмотке феррозонда уменьшают тестовый постоянный ток до iк=0. При этом выходной сигнал Em=Еm_см в виде амплитуды напряжения второй гармоники в ЭДС феррозонда будет определяться, в частности, производственной асимметрией феррозонда - «смещением нуля». Измеренное значение Еm_см сравнивают с первым производственным допуском по смещению нуля: Em1<Em_см<Еm2, где Em1, Em2 - границы допустимых отклонений. Далее вычисляют крутизну S характеристики преобразования МП феррозондом по формуле S=Еmах/iк2. Вычисленное значение сравнивают со вторым производственным допуском - по крутизне характеристики преобразования МП феррозондом: S1<⏐S⏐<S2, где S1, S2 - границы допустимых отклонений в положительных величинах. Тестовый постоянный ток iк=iк2 может иметь любой знак в зависимости от ориентации оси феррозонда относительно вектора МП Земли. Для однозначности контроля соответствия крутизны производственному допуску сравнение проводят по абсолютной величине ⏐S⏐. При соответствии результатов сравнения производственным допускам феррозонд передают в эксплуатацию.In the core of the fluxgate create a field of excitation. A flux gate is placed horizontally in a room with the Earth's magnetic field. The value of the test direct current i k in the winding of the flux gate is set equal to i k = i k1 = 0. Rotate the flux gate in a horizontal plane (around the vertical axis) to obtain the maximum value of the measured amplitude E m = E max voltage of the second harmonic of the output EMF of the flux gate. The winding (e.g., signal) supplied ferroprobe test DC current i to the E ≠ 0. By controlling the voltage amplitude m of the second harmonic output emf ferroprobe, establish the amount of DC test for i = i k2, wherein the voltage amplitude value of the second harmonic in the output emf fluxgate E m (i k2 ) = 0. Note that the dependence E m (i k ) has a nonlinearity, the value of which is determined by the ratio of the intensity H k (i k ) and the saturation intensity H s of the core material of the flux gate. Next, place the flux gate in the ferromagnetic screen. Accordingly, in the core of the fluxgate there is no component of the external magnetic field strength. In the winding of a flux gate, the test direct current is reduced to i k = 0. In this case, the output signal E m = E m_cm in the form of the amplitude of the second harmonic voltage in the EMF of the flux gate will be determined, in particular, by the production asymmetry of the flux gate - “zero offset”. The measured value of E m_cm is compared with the first manufacturing tolerance for a zero offset: E m1 <E m_cm <E m2 , where E m1 , E m2 are the boundaries of permissible deviations. Next, calculate the slope S of the conversion characteristics of the MP by a flux gate according to the formula S = E max / i k2 . The calculated value is compared with the second manufacturing tolerance — the steepness of the conversion characteristics of the MP by a flux gate: S 1 <⏐S⏐ <S 2 , where S 1 , S 2 are the boundaries of permissible deviations in positive values. The test direct current i k = i k2 can have any sign depending on the orientation of the axis of the flux gate relative to the Earth’s magnetic field vector. For the sake of unambiguity, the control of the correspondence of the steepness to the manufacturing tolerance is performed by the absolute value ⏐S⏐. If the results of the comparison are consistent with the manufacturing tolerances, the flux-gate is transferred to operation.
Физические основы нелинейности зависимости Em(iк) аналогичны известным причинам, приводящим к нелинейности при измерении параметра МП магнитометром по методу прямого преобразования (непосредственное измерение амплитуды Еm феррозонда). При Hк(iк0)/Hs≤0,1 величина нелинейности при расчете с использованием arctg аппроксимации петли гистерезиса материала сердечника феррозонда составляет величину ≤3%. Это отличие от линейности не препятствует разбраковке феррозондов при их изготовлении с допуском ΔS=±15…30% и более. Отличие S от феррозонда к феррозонду при их изготовлении в пределах допуска ΔS устраняется на этапе регулировки магнитометра, например, с использованием прецизионных методов контроля [4]. При необходимости рассмотренная нелинейность характеристики феррозонда при их разбраковке может быть учтена как систематическая погрешность.The physical foundations of the nonlinearity of the dependence E m (i k ) are similar to the well-known reasons leading to nonlinearity in the measurement of the MP parameter by a magnetometer by the direct conversion method (direct measurement of the amplitude E m of a flux gate). At H к (i к0 ) / H s ≤0.1, the non-linearity value in the calculation using arctg of the approximation of the hysteresis loop of the core material of the flux gate is ≤3%. This difference from linearity does not prevent the sorting of flux-gates during their manufacture with a tolerance of ΔS = ± 15 ... 30% or more. The difference between S and the flux gate to the flux gate during their manufacture within the tolerance ΔS is eliminated at the stage of adjustment of the magnetometer, for example, using precision control methods [4]. If necessary, the considered nonlinearity of the characteristics of the flux gate during their sorting can be taken into account as a systematic error.
Технический результатTechnical result
Применение способа в производственных условиях повышает информативность определения параметров контроля характеристики преобразования МП феррозондом. При этом обеспечивается возможность контроля рассмотренных параметров феррозонда без применения дорогостоящих и сложных в эксплуатации стандартного эталона МП или колец Гельмгольца, что существенно упрощает процедуру контроля. Другим положительным свойством способа является возможность анализа (контроля) температурной погрешности непосредственно характеристики преобразования МП феррозондом, например, при нагреве феррозонда термофеном.The application of the method in a production environment increases the information content of determining the control parameters of the conversion characteristics of the MP by a flux gate. At the same time, it is possible to control the considered parameters of the flux gate without the use of expensive and difficult to operate standard MP standard or Helmholtz rings, which greatly simplifies the control procedure. Another positive feature of the method is the possibility of analyzing (controlling) the temperature error directly of the MP conversion characteristics by a flux probe, for example, when a flux probe is heated with a hot air gun.
Источники информацииSources of information
1. Афанасьев Ю. Феррозонды. Л.: Энергоатомиздат, 1969.1. Afanasyev Yu. Ferrozones. L .: Energoatomizdat, 1969.
2. ДАТЧИК ФЕРРОЗОНДОВЫЙ ДФ-002 Инструкция по контролю параметров ИНАЯ.411511.002 И22, Санкт-Петербург, 2018 г. 2. FERROSENDAL SENSOR DF-002 Instructions for monitoring the parameters of OTHER. 411511.002 I22, St. Petersburg, 2018.
3. Феррозондовый магнитометр. Авторское свидетельство №930176, МПК G01R 33/02 (1982/05).3. Fluxgate magnetometer. Copyright certificate No. 930176, IPC G01R 33/02 (1982/05).
4. Магнитометр аналоговый МА-5 Технические условия КМИВ.411172.004 ТУ, г. Раменское, 2000 г. 4. Analog magnetometer MA-5 Specifications KMIIV.411172.004 TU, Ramenskoye, 2000
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019129401A RU2723153C1 (en) | 2019-09-17 | 2019-09-17 | Method of controlling magnetic field conversion characteristic by ferroprobe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019129401A RU2723153C1 (en) | 2019-09-17 | 2019-09-17 | Method of controlling magnetic field conversion characteristic by ferroprobe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2723153C1 true RU2723153C1 (en) | 2020-06-09 |
Family
ID=71067447
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019129401A RU2723153C1 (en) | 2019-09-17 | 2019-09-17 | Method of controlling magnetic field conversion characteristic by ferroprobe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2723153C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU789923A1 (en) * | 1978-05-16 | 1980-12-23 | Опытно-конструкторское бюро специального физического приборостроения при Воронежском политехническом институте | Method of measuring field intensity of constant and low frequency magnetic fields |
SU930176A1 (en) * | 1980-11-03 | 1982-05-23 | Предприятие П/Я М-5613 | Ferro-probe magnetometer |
US6130534A (en) * | 1998-03-10 | 2000-10-10 | Chung Shan Institute Of Science And Technology | Method of calibrating a three-axis magnetometer |
-
2019
- 2019-09-17 RU RU2019129401A patent/RU2723153C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU789923A1 (en) * | 1978-05-16 | 1980-12-23 | Опытно-конструкторское бюро специального физического приборостроения при Воронежском политехническом институте | Method of measuring field intensity of constant and low frequency magnetic fields |
SU930176A1 (en) * | 1980-11-03 | 1982-05-23 | Предприятие П/Я М-5613 | Ferro-probe magnetometer |
US6130534A (en) * | 1998-03-10 | 2000-10-10 | Chung Shan Institute Of Science And Technology | Method of calibrating a three-axis magnetometer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
ES2749449T3 (en) | Method and device for testing a transformer | |
Mohns et al. | An AC current transformer standard measuring system for power frequencies | |
US9541609B2 (en) | Digital amplifier with feedforward and feedback control | |
Yang et al. | A new compact fluxgate current sensor for AC and DC application | |
Siegenthaler et al. | A computer-controlled calibrator for instrument transformer test sets | |
Drung et al. | Aspects of application and calibration of a binary compensation unit for cryogenic current comparator setups | |
US9035648B2 (en) | Magnetic sensor characterization | |
Callegaro et al. | On the calibration of direct-current current transformers (DCCT) | |
Kon et al. | Uncertainty evaluations of an AC shunt calibration system with a load effect reduction circuit | |
RU2723153C1 (en) | Method of controlling magnetic field conversion characteristic by ferroprobe | |
RU2723154C1 (en) | Method of production control of ferroprobe conversion characteristic | |
Galliana et al. | Traceable technique to calibrate clamp meters in AC current from 100 to 1500 A | |
Grech et al. | A magnetic measurement model for real-time control of synchrotrons | |
RU2724314C1 (en) | Method to control the ferroprobe conversion characteristic | |
Chen et al. | Reference system for current sensor calibrations at power frequency and for wideband frequencies | |
Trinchera et al. | A digitally assisted current comparator bridge for impedance scaling at audio frequencies | |
Scherer et al. | Electrometer calibration with sub-part-per-million uncertainty | |
RU2441250C1 (en) | Digital ferroprobe magnetometer | |
CN211698150U (en) | Helmholtz magnetic moment test coil capable of resisting fluctuation interference of far-end magnetic field | |
Brown et al. | The enhanced performance of the DCC current comparator using AccuBridge® technology | |
RU2749303C1 (en) | Method for determining admissibility of using fluxgate in magnetometer | |
RU2687170C1 (en) | Method for determining a characteristic of a ferroprobe during temperature tests | |
RU179243U1 (en) | DEVICE FOR AUTOMATIC CONTROL OF DIGITAL ANGLE CONVERTER | |
RU143663U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC CONDUCTIVITY OF A LIQUID | |
Bierzychudek et al. | Identification and control of a cryogenic current comparator using robust control theory |