SU721783A1 - Цифровой феррозондовый магнитометр - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области электроизмерительной техники. Известен цифровой феррозондовый широтно-импульсный магнитометр, содержащий феррозонд, генератор, усилитель , сумматор, усилитель-ограничитель , формирователь импульсов, детектор скважности, измеритель временного интервала, причем выход феррозонда соединен со входом усилител , выход которого подключен к одному входу сумматора, а другой вход сумматора соединен с выходом генератора . Выход cyfviMaTopa подключен ко входу усилител -ограничител , выход которого соединен со входом формировател  импульсов; выход формировател  импульсов подключен ко входу детектора скважности и ко входу измерител  временного интервала; выход детектора скважности соединен с обмо кой обратной св зи феррозонда; обмот ка возбуждени  феррозонда соединена с генератором 1. Недостатками такого цифрового фе розондового магнитометра  вл ютс  нелинейность функции преобразовани  пр мой цепи и низка  помехозащищенность . Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  и помехозащищенности . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в цифровой феррозондовый магнитометр, содержащий феррозонд, последовательно соединенные сумматор, усилитель-ограничитель, формирователь импульсов, детектор скважности, вход которого подключен к первому входу измерител  временного интервала, выход детектора скважности соединен с обмоткой обратной св зи феррозонда , введены два интегрирующих дискретизатора , выполненные на основе интеграторов с запоминанием и с импульсной обратной св зью, ключ, формирователь напр жени  возбуждени , последовательно соединенные генератор опорной частоты, блок делителей частоты, блок управлени  и формирователь треугольных импульсов, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход феррозонда подключен к первому входу первого интегрирующего дискретизатора, второй вход которого соединен со вторым вкхопом блока управлени , выход первого интегрирующего дискретизатора через ключ, второй вход которого соединен

с треты м выходом блока управлени , подключен ко входу второго интегрирующего дискретизатора, вторюй вход которого присоединен к первому выходу блока управлени  и ко второму входу формировател  импульсов; выхо второго интегрирующего дискретизатора соединен со вторым входом сумматора , выход генератора опорной частоты подключен ко второму входу измрител  временного интервала; второй выход блока делителей частоты подключен ко входу формировател  напр жени  возбуждени , выход которого с динен с обмоткой возбуждени  феррозонда .

На фиг. I изображена схема предлагаемого цифрового феррозондового магнитометра; на фиг. .2 - временные диаграммы работы устройства.

В состав магнитометра (фиг. 1) вход т феррозонд 1, два интегрирующих дискретизатора 2, 3, выполненных на основе интеграторов с запоминанием и с импульсной обратной св зью , ключ 4, cy 1мaтop 5, усилительограничитель 6, формирователь импульсов 7, детектор 8 скважности, формирователь напр жени  возбуждени  9, генератор 10 опорной частоты блок делителей 11 частоты, блок управлени  12, формирователь треугольных импульсов 13, измеритель временного интервала 14, причем выход феррозонда 1 подключен ко входу первого интегрирующего дискретизатора 2,вход управлени  которого соединен с блоком управлени  12, а выход первого интегрирующего дискретизатора 2 через ключ 4, управл ющий вход которого соединен с блоком управлени , подключен ко входу второго интегрирующего дискретизатора 3, вхо управлени  которого присоединен к блоку управлени  12 и к управл юиеNty входу формировател  импульсов 7; выход второго интегрирующего дискретизатора 3 соединен с одним входом сумматора 5, другой вход которого подключен к выходу фop Iиpoвaтeл  13 треугольных импульсов, вход последнего присоединен к блоку управлени  12. Выход генератора опорной частоты 10 соединен со входом блока делиТелей частоты 11 и с вторым входом измерител  14 временного интервала, первый вход которого подключен к выходу формировател  импульсов 7 и ко входу детектора скважности 8; выход детектора скважности 8 соединен с обмоткой компенсации феррозонда 1. Вход формировател  импульсов 7 подключен к выходуусилител -ограничител  6, вход которого соединен с выходом сумматора 5. Первый выход блока делителей частоты 11 соединен с блоком управлени  12, а второй выход подключен ко входу формировател  напр жени  возбуждени  9, выход которого соединен с обмоткой возбуждени  феррозонда 1.

Устройство работает следующим образом.

В обмотку возбуждени  феррозо 1да подаетс  напр жение возбуждени  частоты f, поступающее от генератора 10 через делитель 11 и формирователь напр жени  возбуждени  9. С выхода феррозонда на вход первого интегрирующего дискретизатора 2 поступает сигнал Uj (t), спектр которого содержит четные и нечетные гармники . Информацию об измер емом поле BO несет втора  гармоника (фиг. 2а). На управл ющий вход первого интегрирующего дискретизатора 2 подаютс  от блока управлени  12 короткие импульсы с частотой следовани , 4f (фиг. 26). За каждый такт работы интегрирующего дискретизатора, равный

i4{ , происходит интегрирование I

входной величины и напр жени  обратной св зи. В конце такта работы напр жение на выходе интегрирующего дискретизатора будет равно

пТ

,di.a-)(r

- V-.,T

R,c

™ .ыхГ

- напр жение на выходе первого интегрирующего дискретизатора в течение п-го

-соответственно посто нные ,времени пр мой цепи и цепи обратной св зи ; - длительность такта;

п 1,2,3... - номера тактов.

Если Т и R.C, то

ч::,Н1.,«.«.

Как видно из выражени  (2) и временных диаграмм 26, в, на выходе первого интегрирующего дискретизатора 2 образуетс  двухпол рный пр моугольный сигнал, амплитуда которого пропорциональна среднему значению Ug (t) за врем  Tr-(/4jf . Далее напр жение п подаетс  через ключ 4 на вход второго интегрирующего дискретиаатора 3, длительность такта работы которого Т,3Т (фиг. 2д) , причем начала тактов работы первого и второго интегрирующих дискретизаторов 2, -3 совпадают. Ключ 4 замыкаетс  и размыкаетс  таким образом (временна  диаграг.1ма Zr) , что в течение каждого нечетного такта работы второго интегрирующего дискретизатора 3 на его вход подаютс  импульсы aьJx нечетными номерами, а в течение каждого четного - соответственно импульсы и(,(у п с четными номерами. Из временной диаграмма 2,в видно, что импульсыи.,., с нечет00 л

Claims (1)

1. ными номерами имеют положительную. а импульсы с четными номерами - отрицательную пол рности. Следователь но, на выходе второго интегрирующего дискретизатора 3 (временна  диаграмма 2е) напр жение будет двухпол рным и пропорционально интегралу от суммы соответствующих импульсов . Таким образом, можно записать L11 , Т С1 съ и 4 I {и tUdti 6ЫК Т J бмквЫ« И)14011 - напр жение на выходе второго интегрирующего дискретизатора 3 в течение первого такта. Далее процесс преобразовани  пов тор етс . Выходной сигнал феррозонда представл ет собой сумму четных и нечет ных гармоник. Нечетные гармоники  вл ютс  помехой. Кроме того, помехой  вл етс  квадратурна  составл ю ща  Ugg (t) U sin (Zwt+ /2 ) по отношению ко второй гармонике. Пренебрега  высшими гармониками, запишем выходной сигнал феррозонда в виде суммы Ц,.,(О и sin( slnlu t-fйыкглгп , m, SinJuJt где Vm, амплитуда нечетных га моник . Подставив выражение (4) в выраже ние (2), а (2) в (3), определим амп литуду пр моугольных импульсов на выходе второго интегрирующего дискретизатора 3 Т, Т -4 J sincOl + U sm2cOt t in tucut 4 1- JtUt dt T 1. f U sin 0)I U iin2 MJt U, ,5in(Q. + .uJlJdLl di.(5) С учетом того, что среднее значе ние второй гармоники пропорционально измер емому полю Вд, а T -f/4f и СоТ 21tfT , при , после несложных преобразований имеем и..((6 Таким образом, как видно из выра жени  (6), результат преобразовани  не содержит помехи. Далее U,J су1 и шруетс  в сумматоре 5 с треугольным напр жением с формировател  13, измен ющимс  по линейному закону (временна  диаграм ма 2ж). Суммарный сигнал (временна  диаграмма 2з) поступает на усилител ограничитель 6. Выходной сигнал усилител -ограничител  6 (временна  диаграмма 2и) подаетс  на формиров-атель импульсов 1, с помощью которого формируетс  интервал времени от начала отсчета до момента перехода через нуль напр жени  на выходе усилител -ограничител  б (момент равенства нулю cyMJvftJ С13 и треуг-ольного напр жени ). Таким образом, можно записать функцию преобразовани  пр мой цепи как лТ , где .- амплитуда треугольного напр жени ; К - коэффициент, определ ющий скорость нарастани  и ciiaда треугольного напр жени .. С выхода формировател  импуг.ьсов 7 через детектор 8 сигнал, пропорциональный интервалу времени, гюдаетс  на феррозонд 1, и непосредственно на измеритель 14. Из выражени  (7) видно, что в отличие от прототипа функци  преобразовани  пр мой цепи  вл етс  лннейной . Функци  преобразовани  замкнутой системы будет иметь вид n Nd-iC. ,,) или, если обозначить коэффициент передачи пр мой цепи через к VfrU -K то можно записать Формула изобретени  Цифровой феррозондовый магнитометр , содержащий феррозонд, последовательно соединенные сумматор, усилитель-ограничитель , фор миро ват ел э импульсов, детектор скважности, вход которого подключен к первом входу измерител  временного интервала , выход детектора скважности соединен с обмоткой обратной св зи феррозонда, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  и помехозащищенности, в него введены два интегрирующих дискретизатора, выполненные на основе интеграторов с запоминанием и с импульсной обратной св зью,- ключ, формирователь напр жени  возбуждени , последовательно соединенные генератор опорной частоты, блок делителей частоты, блок управлени  и формирователь треугольных импульсов , выход которого подключен к первому входу сумматора, выход феррозонда подключен к первому входу первого интегрирующего йискретизатора , второй вход которого соединен с вторым выходом блока управлении,

   выход первого интегрирующего дискретизатора через ключ, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управлени , подключен ко входу второго интегрирующего дискретизатора , второй вход которого присоединен к первому выходу блока управлени  и к второму входу формировател  импульсов; выход второго интегрирующего дискретизатора соединен со вторым входом сумматора, выход генератора опорной частоты подключен ко второму входу измерител  временного интервала, второй выход блока делителей частоты подключен ко входу формировател  напр жени  возбуждени , выход которого соединен с обмоткой возбуждени  феррозонда.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   Особен1 . Семенов Н.М. и др.

   ности построени  цифровых феррозондовых магнитометров врем -импульсного типа . Труды ВНИИЭП, № 24, 1975.