SU1705785A1 - Способ измерени компоненты вектора напр женности магнитного пол - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике маг нитных измерений с помощью ферромоду- л ционных приборов и может быть использовано дл  измерени  компонент вектора напр женности посто нного или переменного магнитного пол . Цель изобретени  - повышение точности магнитных измерений путем уменьшени  помех, вызываемых второй гармоникой тока возбуждени  ферромагнитного сердечника и неортогональности переменных полей возбуждени . Способ включает одновременное воздействие на ферромагнитный сердечник двум  взаимно перпендикул рными переменными пол ми, одно из которых параллельно измер емой компоненте, и выделение комбинационных частот спектра переменной составл ющей магнитной индукции в направлении, совпадающем с направлением переменного пол , перпендикул рного измер емой компоненте магнитного пол , по амплитуде которых суд т о значении измер емой компоненты. 2 ил. ё

Description

Изобретение относитс  к области измерений с помощью ферромодул ционных приборов и может быть использовано дл  измерени  компонент вектора напр женности посто нного или переменного магнитного пол .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  компоненты вектора напр женности магнитного пол .

На фиг.1 приведены векторна  диаграмма и схема наложени  магнитных полей на ферромагнитный сердечник: на фиг.2 дан вариант функциональной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ измерени  компонент вектора напр женности магнитного пол .

Способ заключаетс  в том, что ферромагнитный сердечник 1 (фиг.1а), выполненный , например, в форме диска, намагничивают в навправлении оси X, лежащей в плоскости диска, измер емым полем Нх. Одновременно на сердечник в этом же направлении воздействуют дополнительным полем Hi(t) частоты йл, а в направлении оси Y, также лежащей в плоскости диска, дополнительным полем H2(t) частоты од. Дополнительные пол  HI(T) и H2(t) модулируют суммарную магнитную индукцию сердечника . Используют модулированную компоненту магнитной индукции Bv(t). параллельную оси Y. Из спектра магнитной индукции Bv(t) выдел ют составл ющие с несущими частотами йл ± CDZ, по амплитуде которых и суд т о напр женности измер емой компоненты пол  Нх.

XI

О (Л vj

СО

ел

По отношению к сердечнику 1 (фиг.16) измер емое поле Нх  вл етс  внешним. Дополнительное поле Hi(t) создают с помощью катушки 2, ось которой (нормаль к плоскости ее витков) совпадает с осью X. Дл  создани  пол  Hi(t) частоты катушку 2 питают переменным током h(t) Imisinwit. Дополнительное поле H2(t) создают с помощью катушки 3, ось которой совпадает с осью Y. Дл  создани  пол  H2(t) частоты ад катушку 3 питают переменным ТОКОМ i2(t) lm2COS ftЈt.

Согласно предлагаемому способу информацию об измер емой компоненте пол  Нх несет перпендикул рна  ей модулированна  компонента магнитной индукции сердечника Bv(t), параллельна  оси Y и полю H2(t) частоты ад. Составл ющие спектра этой компоненты Bv(t), в том числе и содержащее несущие частоты ш- ±ад, по амплитуде которых и суд т о напр женности измер емой компоненты пол  Нх. принципиально могут быть вы влены различными методами, например индукционным или магнитооптическим (на основе эффекта Кер- ра). Ниже дан вариант построени  функциональной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ измерени  компонент вектора напр женности магнитного пол , с учетом вы влени  составл ющих спектра модулированной компоненты магнитной индукции сердечника Bv(t) индукционным методом.

Устройство (фиг.2), реализующее предлагаемый способ измерени  компонент вектора напр женности магнитного пол , содержит первичный преобразователь 4, включающий в себ  упом нутые выше ферромагнитный сердечник 1 и две охватывающие его расположенные взаимно перпендикул рно катушки 2 и 3. Катушка 2 соединена с генератором 5, вырабатывающим переменный ток частоты а катушка 3 соединена с фильтром 6 нижних частот и генератором 7, вырабатывающим переменный ток частоты ад. Катушка 3 соединена также с избирательным усилителем 8, настроенным на суммарную частоту &л + ад. Избирательный усилитель 8 последовательно соединен с синхронным детектором 9 и усилителем 10 демодулированного сигнала. Генераторы 5 и 7 соединены также со смесителем 11 и фильтром 12, настроенным на суммарную частоту + ад. Выход фильтра 12 соединен с коммутирующим входом синхронного детектора 9.

Предлагаемый способ измерени  компонент вектора напр женности магнитного

пол  реализуетс  описанным устройством следующим образом.

Согласно векторной диаграмме (фиг.1) суммарна  напр женность пол , действую- щего на ферромагнитный сердечник 1, будет

(D

Н -(Hx+Hif + Hi

Аппроксимируем среднюю кривую намаг- ничивани  ферромагнитного сердечника в форме тонкого диска (размагничивающим фактором, действующим в плоскости диска, пренебрегаем) укороченным полиномом видаз

В аН + ЬН3,(2)

где В - магнитна  индукци  сердечника;

а и b - коэффициенты аппроксимации.

С учетом (1) и (2) дл  абсолютной проницаемости сердечника имеем

/Ма

Bj

Н,

а- b Ht-

0

5

0

0

5

а - b (HXZ + H f + H22) - (3) В общем случае дл  модулированной

компоненты магнитной индукции сердечни- 5 ка, параллельный оси Y и дополнительному

полю Н2 H2(t), получаем выражение

BY(t)Mt)H2(t).(4) Использу  подчеркнутый член в выражении (3), находим искомые составл ющие спектра магнитной индукции с несущими частотами (ш ± ад):

B Y(t) -2bHxHm1 Sin Wit Hm2 COS W2t

-bHxHmi Hm2 sin (ш - w 2) t + sin (wi + ад) t ,

(5)

Из этого выражени  видно, что составл ющие магнитной индукции Bv(t) с несущими частотами ( ± ад), действительно несут информацию о напр женности измер емой компоненты пол  Нх: при смене знака пол  Нх происходит смена знака индукции B Y (t), т.е. составл ющие индукции с несущими частотами (wi ±ад), измен ют фазу на 180°; при Нх 0 и B Y 0.

Согласно функциональной схеме уст- 5 ройства (фиг.2) на сердечник 1 действуют поле Нх и два дополнительных пол , создаваемых катушками 2 и 3, по которым пропускают токи, вырабатываемые генераторами 5 и 7 соответственно. Фильтр 6 нижних частот , пропускающий переменный ток частоты ад от генератора 7, предохран ет от шунтировани  выходного напр жени  более высоких частот, снимаемого с катушки 3.

Выходное напр жение, снимаемое с катушки 3 первичного преобразовател  4

L)Y(t) -swdBY/ dt,

где s - площадь поперечного сечени  сердечника 1;

w - количество витков катушки 3, поступает на вход избирательного усилител  8. Поскольку этот усилитель настроен на суммарную частоту + ад, то на его выходе по витс  напр жение U v (t), пропорциональное производной от соответствующей части выражении (5): U v(t)swd BV/dt|

I W + Ш2 (U1 + C02) SWbHxHm Hm2 COS (W + (O2 ) t (7)

Это напр жение затем демодулируетс  синхронным детектором 9 и усиливаетс  усилителем 10 демодулированного сигнала. В результате на выходе усилител  10 получаем напр жение (t),  вл ющеес  аналогом напр женности измер емой компоненты пол  Hx(t).

Дл  работы синхронного детектора 9 формируетс  коммутационное напр жение UK(t) из напр жений генераторов 5 и 7, поступающих на вход смесител  11, а с выхода смесител  11 - на вход фильтра 12, пропускающего напр жение суммарной частоты

UJ1 + йЈ.

По сравнению с лучшими образцами техники, в том числе реализуемыми на основе способа-прототипа, реализаци  предлагаемого способа измерени  компонент вектора напр женности магнитного пол  позволит повысить точность не менее чем на пор док.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ измерени  компоненты вектора напр женности магнитного пол , включающий одновременное воздействие на ферромагнитный сердечник двум  взаимно перпендикул рными переменными пол ми,

   одно из которых параллельно измер емой компоненте, и выделение переменной составл ющей магнитной индукции, по амплитуде которой определ ют значение измер емой компоненты, отличающийс   тем, что, с целью повышени  точности, выдел ют комбинационные частоты спектра переменной составл ющей магнитной индукции в направлении, совпадающем с направлением переменного пол , перпендикул рного измер емой компоненте магнитного пол .

   Ь„

   U

   1 2

   Фи 3.1

   Н-Л-:

   Фиг. 2

   т U Hx -l

   Sett)

   I I. .