SU834630A1

SU834630A1 - Variable magnetic field parameter measuring device

Info

Publication number: SU834630A1
Application number: SU792814130A
Authority: SU
Inventors: Юрий Васильевич Афанасьев
Original assignee: Предприятие П/Я А-1742
Priority date: 1979-08-20
Filing date: 1979-08-20
Publication date: 1981-05-30

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ Недостатком известного устройства вл етс невысока точность измерений, обусловленна тем, что в нем не предусмотрены элементы коррекции сдвига фазы тока в катушке, по вл ющегос при изменении частоты генератора переменного напр жени , фаза тока коммутации, питающа усилитель но-преобразовательный каскад (синхронный детектор) не св зана с фазой тока катушки , отсутствует возможность измерени тока в катушке синхронным способом, т.е. с использованием упом нутых усилительно-преобразовательного каскада и регистрирующего устройства. Цель изобретени - повышение точности измерений параметров переменного магнитного пол . Указанна цель достигаетс тем, что устройство дл измерени параметров переменного магнитного пол , содержащее магнитометр с направленным датчиком и подключенным к нему усилительно-преобразовательным блоком, генератор переменного напр жени звуковой частоты,.обмотку, расположенную соосно датчику, двухполупериодный синхронный детектор и подключенный к нему регистрирующий прибор, элементы цепи обратной св зи по магнитному полю, подключенные к выходу усилительнопреобразовательного блока, снабжено аттенюатором напр жени и образцовым резистором , подключенным к упом нутому генератору и обмотке, масштабным блоком, последовательно соединенным с масштабным усилителем, формирователем пр моугольных импульсов тока и усилителем-ограничителем импульсов тока, а также переклю чателем рода работ, при этом масштабный блок механически сопр жен с аттенюато.ром напр жени , вход масштабного усилител подключен к образцовому резистору, а выход - к одному из неподвижных контактов переключател рода работ, подвижный контакт которого подключен к выходу усилител -ограничител , а второй подвижнрмй контакт переключател рода работ соединен с выходом усилительно - преобразовательного блока. Сущность изобретени по сн етс чертежом , на котором представлена функциональна схема устройства дл измерени параметров переменного магнитного пол . Устройство содержит магнитометр 1 с направленным датчиком 2 и усилительнопреобразовательный блок 3, генератор 4 переменного напр жени звуковой частоты, обмотку 5, включенную в цепь генератора 4 и расположенную соосно датчику 2, двухполупериодный синхронный детектор 6, регистрирующий прибор 7, элементы цепи обратной св зи по полю - катушка 8 обратной св зи и четырехполюсник 9, аттенюатор 10 напр жени , образцовый резистор 11, масштабный усилитель 12, масштабный блок 13, формировать . :ь 14 пр моугольных импульСОВ тока, усилитель,-ограничитель 15 импульсов тока и переключатель 16 рода работ. Аттенюатор 10 напр жени подключен к выходу генератора 4, образцовый резистор 11 включен последовательно с обмоткой 5, масштабный блок 13 механически сопр жен с аттенюатором 10 (имеют общую ручку управлени ), вход масштабного усилител 12 подключен, к образцовому резистору 11, а выход - к,формирователю 14 пр моугольных импульсов тока и одному из неподвижных контактов 17 переключател 16, подвижный контакт 18 которого соединен с сигнальным входом синхронного детектора 6, выход формировател 14 пр моугольных импульсов через усилитель-ограничитель 15 соединен с коммутирующим входом cHHxpqHного детектора 6. Установка дл измерени параметров переменного магнитного пол работает следующим образом. В обмотку 5 через аттенюатор 10 и образцовый резистор 11 подаетс переменный синусоидальный ток звуковой частоты, вырабатываемый генератором 4. Протека по обмотке 5 переменный ток создает переменное поле В (t) B,sin5it , сделЕ -кругова частота и В„-амплитуда пол . Поле B(t) действует на датчик 2 магнитометра 1. Одновременно на датчик 2 действует и внешнее посто нное поле В,, например магнитное поле Земли. В результате на выходе усилительно-преобразовательного блока 3 магнитометра 1 по вл етс сигнал в виде суммы посто нного и переменного напр жени l/t Vi-f Csin (), где сдвиг фазы, обусловленный динамическими характеристиками магнитометра 1. Посто нна составл юща напр жени Ve, поступа на четырехполюсник 9, в общем случае выполн ющего роль фильтра нижних частот, вызывает в катущке 8 обратной св зи ток, уравновещивающий в объеме датчика 2 магнитомет ра 1 посто нное поле Во. Компенсаци посто нного пол В обеспечивает благопри тный режим дл измерени параметров переменного магнитного пол B(t). В режиме измерени , когда подвижный контакт 18 переключател 16 замкнут с верхним неподвижным контактом 17, выход маг-, нитометра 1 соединен с сигнальным входом синхронного детектора 6. При этом, если используетс двухполупериодный синхронный детектор, то посто нна составл юща Vb или ее часть не вызывают на выходе ложногосигнала . Показани регистрирующего прибора 7 в этом случае пропорциональны только измер емому параметру переменного пол B(t). Прц этом точность измерений не будет зависеть от изменени амплитуды и частоты пол B(t), поскольку с уменьшением амплитуды тока, вырабатываемого генератором 4, увеличиваетс в соответствующее число,раз масштаб усилител 12, что(54) A DEVICE FOR MEASURING PARAMETERS OF A VARIABLE MAGNETIC FIELD A disadvantage of the known device is the low measurement accuracy due to the fact that it does not provide elements for correcting the phase shift of the current in the alternating voltage generator, the phase of the switching current, the power supply amplifier transducer cascade (synchronous detector) is not connected to the phase of the coil current, it is not possible to measure the current in the coil in a synchronous manner, i.e. using the mentioned amplifier transducer cascade and recording device. The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurements of parameters of an alternating magnetic field. This goal is achieved by the fact that a device for measuring the parameters of an alternating magnetic field containing a magnetometer with a directional sensor and an amplifier-converter unit connected to it, an alternating sound voltage alternating voltage generator, a coil located coaxially with the sensor, a full-wave synchronous detector and a registering thereto The device, the elements of the magnetic field feedback circuit, connected to the output of the amplifier-conversion unit, is equipped with a voltage attenuator and a resistor connected to the generator and a winding, a scale unit connected in series with a scale amplifier, a shaper of current rectangular pulses and a current pulse limiting amplifier, and a switch of the type of work, while the scale block is mechanically coupled to the attenuator. voltage, the input of the scale amplifier is connected to the reference resistor, and the output is connected to one of the fixed contacts of the switch of the type of work, the moving contact of which is connected to the output of the amplifier is limited bodies, and the second movable contact switch of the type of work is connected to the output of the amplifier - converter unit. The invention is illustrated in the drawing, which shows a functional diagram of a device for measuring parameters of an alternating magnetic field. The device contains a magnetometer 1 with a directional sensor 2 and an amplifier-conversion unit 3, a generator 4 of an alternating audio voltage, a winding 5 connected to the generator circuit 4 and a full-wave synchronous detector 6 located along the sensor 2, a recording device 7, feedback circuit elements the field is a feedback coil 8 and a quadrupole 9, a voltage attenuator 10, an exemplary resistor 11, a large-scale amplifier 12, a large-scale unit 13, to form. : 14 rectangular current pulses, amplifier, limiting device 15 current pulses and a switch of 16 kind of works. The voltage attenuator 10 is connected to the output of the generator 4, the reference resistor 11 is connected in series with the winding 5, the scale unit 13 is mechanically coupled to the attenuator 10 (have a common control knob), the input of the scale amplifier 12 is connected to the reference resistor 11, and the output is to The shaper 14 of the rectangular current pulses and one of the fixed contacts 17 of the switch 16, the movable contact 18 of which is connected to the signal input of the synchronous detector 6, the output of the former 14 of the rectangular pulses through the limiting amplifier 15 connected to the switching input of the cHHxpqH detector 6. The installation for measuring the parameters of an alternating magnetic field works as follows. An alternating sinusoidal audio frequency current generated by the generator 4 is supplied to the winding 5 through the attenuator 10 and the exemplary resistor 11. The alternating current flowing through the winding 5 generates an alternating field B (t) B, sin5it, circular-frequency and B-amplitude field. The field B (t) acts on the sensor 2 of the magnetometer 1. At the same time, the sensor 2 also acts on an external constant field B, for example, the earth's magnetic field. As a result, the output of the amplifier-converter unit 3 of the magnetometer 1 appears as a sum of a constant and variable voltage l / t Vi-f Csin (), where the phase shift due to the dynamic characteristics of the magnetometer 1. The constant component voltage Ve arriving at the quadrupole 9, generally acting as a low-pass filter, causes a current in the feedback coil 8 to balance the current in the volume of the sensor 2 of the magnetometer 1 to the constant field B o. The compensation of the constant field B provides a favorable mode for measuring the parameters of an alternating magnetic field B (t). In the measurement mode, when the movable contact 18 of the switch 16 is closed with the upper fixed contact 17, the output of the magnetometer 1 is connected to the signal input of the synchronous detector 6. At the same time, if a full-wave synchronous detector is used, the constant component Vb or its part is not cause a false signal output. The readings of the recording device 7 in this case are proportional only to the measured variable of the variable field B (t). In this case, the accuracy of measurements will not depend on changes in the amplitude and frequency of the field B (t), since with a decrease in the amplitude of the current generated by the generator 4, the number increases, the magnitude of the amplifier 12,

достигаетс за счёт механического сопр жени аттенюатора 10 напр жени с масштабным блоком 13, при изменении частоты генератора 4 сдвиг фазы тока в обмотке 5 учитываетс за счет того, что вход масштабного усилител 12 подключен к образцовому резистору 11, включенному последовательно с обмоткой 5, а его выход - к формирователю 14 пр моугольных импульсов тока, а затем через усилитель-ограничитель 15 - к коммутируюшему входу синхронного детектора 6. Следовательно, в установке автоматически учитываетс не только сдвиг фазы тока в цепи обмотки.5, но и осуществл етс жecfкa св зь между фазой тока обмотки 5 и тока коммутации, питающего синхронный детектор 6, независимо от изменени амплитуды и частоты генератора 4.is achieved due to the mechanical coupling of the voltage attenuator 10 to the scale unit 13, when the frequency of the generator 4 changes, the current phase shift in the winding 5 is taken into account due to the fact that the input of the scale amplifier 12 is connected to the exemplary resistor 11 connected in series with the winding 5, and the output is to the shaper 14 of rectangular current pulses, and then through the limiting amplifier 15 to the switching input of the synchronous detector 6. Therefore, the installation automatically takes into account not only the phase shift of the current in the winding circuit. and is accomplished zhecfka bond between the phase winding 5 and switching current current feeding a synchronous detector 6, regardless of the amplitude variation and frequency of the generator 4.

В режиме контроль тока когда подвижный контакт 18 переключател 16 замкнут с нижним неподвижным контактом 19 с сигнальным входом синхронного детектора 6 будет соединен выход масштабного усилител 12. Показани прибора 7 в этом случае пропорциональны измер емому параметру тока, протекающему в обмотке 5. В силу причин, указанных выше, точность измерени параметров тока также не будет зависеть от изменени амплитуды и частоты генератора 4. Следовательно нар ду с обеспечением высокой точности измерени параметров переменного пол , создаваемого обмоткой 5, в предлагаемой установке обеспечиваетс и высока точность измерени параметров тока, протекающего в обмотке 5.In the current control mode, when the movable contact 18 of the switch 16 is closed with the lower fixed contact 19, the output of the scale amplifier 12 will be connected to the signal input of the synchronous detector 6. The readings of the device 7 in this case are proportional to the measured current parameter flowing in the winding 5. For reasons above, the measurement accuracy of the current parameters will also not depend on the change in the amplitude and frequency of the generator 4. Therefore, along with ensuring high accuracy of measurement of the parameters of the variable field, we create the first winding 5, the proposed installation is provided, and high precision current measurement parameters flowing in the coil 5.

Возможность последовательного измерени параметров переменного пол и переменного тока синхронным способом сообщает предлагаемой установке прецизионные свойства. Эти свойства определ ютс степенью взаимнокоррекл ционной фильтрации периодических сигналов на фоне некогерентных помех и щумов и тем выше, чем больше врем интегрировани результатов перемножени полезного сигнала с некоторой весовой функцией, измен ющейс синхронно и синфазно с сигналом. В устройстве роль перемножител и интегратора выполн ет двухполупериодный синхронный детектор 6, роль канала формировани синфазной весовой функции выполн ют образцовый резистор И, включенный последовательно с.обмоькой 5, масштабный усилитель 12 с масштабным блоком 13, формирователь 14 пр моугольных импульсов тока и усилитель-ограничитель импульсов тока 15.The possibility of successively measuring alternating current and alternating current parameters in a synchronous manner informs the proposed installation of precision properties. These properties are determined by the degree of mutual correlation filtering of periodic signals against the background of incoherent noise and noise, and the higher, the longer the integration time of the results of multiplying the useful signal with a certain weight function that changes synchronously and in phase with the signal. In the device, the role of the multiplier and the integrator is performed by the full-wave synchronous detector 6, the role of the channel for forming the in-phase weighing function is performed by the exemplary resistor AND connected in series with the backplane 5, the large-scale amplifier 12 with the large-scale block 13, the driver 14 of the square current pulses and the limiting amplifier current pulses 15.

Предлагаемое устройство может быть использовано в практике определени магнитных характеристик вешеств, в частности магнитной восприимчивости, при воздействии переменных полей различных частот. Испытуемый образец при этом размещаетс вблизи обмотки 5 и датчика 2 магнитометра 1. Устройство может быть использовано также дл скрытого поиска или счета намагниченных и провод щих объектов. В метрологической практике устройство может быть использовано в качестве образ-цовой меры при поверке магнитометров переменных полей. В этом случае магнитометр 1, содержащий направленный датчик 2.и усилительно-преобразовательный блок 3 как раз и вл етс повер емым. Измен амплитуду и частоту переменного тока, протекающего в обмотке 5, а также амплитуду переменного напр жени на выходе магнитометра 1 с помощью синхронного детектора 6 и регистрирующего прибора 7, можно получить семейство градуированных характеристик магнитометра 1 с учетом его динамических свойств .The proposed device can be used in the practice of determining the magnetic characteristics of objects, in particular the magnetic susceptibility, when exposed to alternating fields of various frequencies. In this case, the test sample is placed near the winding 5 and the sensor 2 of the magnetometer 1. The device can also be used for hidden search or counting of magnetized and conducting objects. In metrological practice, the device can be used as a model measure when calibrating magnetometers of variable fields. In this case, the magnetometer 1, which contains the directional sensor 2. and the amplifier-converter unit 3, is precisely verifiable. By varying the amplitude and frequency of the alternating current flowing in the winding 5, as well as the amplitude of the alternating voltage at the output of the magnetometer 1 using a synchronous detector 6 and a recording device 7, one can obtain a family of graded characteristics of the magnetometer 1 taking into account its dynamic properties.

Предлагаемое устройство позволит повысить точность измерений параметров переменного магнитного пол более чем на пор док . При этом высока разрешающа способность установки обеспечиваетс и при наличии значительного уровн внещних некогерентных помех, т.е. в процессе эксплуатации установки не возникает необходимость в применении экранирующих камер (экранов ), защищающих установку от внешних помех.The proposed device will allow improving the accuracy of measurements of parameters of an alternating magnetic field by more than an order of magnitude. In this case, the high resolution of the installation is ensured even in the presence of a significant level of external incoherent interference, i.e. during the operation of the installation, there is no need to use shielding chambers (screens) that protect the installation from external interference.

Claims

Invention Formula

A device for measuring the parameters of an alternating magnetic field, containing a magnetometer with a directional sensor and an amplifier-converter unit connected to it, an alternating audio voltage generator, a winding located coaxially with the sensor, a full-wave synchronous detector and a recording device connected to it, feedback circuit elements on the magnetic field, connected to the output of the amplifier-converter unit, characterized in that, in order to increase the measurement accuracy, it is equipped with a voltage resistor and an exemplary resistor connected to the said generator and winding, a scale unit connected in series with a large-scale amplifier, a shaper of rectangular current pulses and an amplifier-limiting current pulses, and a switch of type of work, while the large-scale unit mechanically resists with a voltage attenuator, the input of the large-scale amplifier is connected to the reference resistor, and the output is connected to one of the fixed contacts of the switch of the type of work whose moving contact is connected to the output of the amplifier-limiter, and the second movable contact of the switch of the type, works connected to the output of the amplifier-conversion unit.

Sources of information taken into account during the examination 1. Afanasyev Yu. V., Studentsov N. V., Khorev V. N., Chechurina E. N. and Schelkin A. P.

Means for measuring magnetic field parameters. L. “Energie, 1979.

2. USSR author's certificate No. 106425, cl. G 01 R 33/16, 1960.