SU873169A1 - Устройство дл измерени низкочастотных магнитных полей - Google Patents

Description

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для измерения низкочастотных магнитных полей при одновременном _ воздействии на устройство сильного ⁵ постоянного магнитного поля.

Известны устройства, содержащие магнитомодуляционный датчик с обмотками компенсации, возбуждения и из- ._ мерительной,.избирательный усилитель, синхронно-фазовый детектор, генератор возбуждения, интегрирующее RC-эвено и усилитель постоянного тока£1]. Такие устройства имеют значительное время установления, рабочего, рё- 15 жима при включении и при резком изменении внешнего магнитного поля.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для_; из- 20 мерения низкочастотных магнитных полей , содержащее магнитомодуляционный датчик с обмотками возбуждения, измерительной и компенсационной, генератор возбуждения, избирательный усилитель, синхронно-фазовый Детектор, интегрирующее RC-звено, усилитель постоянного тока, коммутатор, дифференцирующий блок, одновибратор и источник питания £2].

Такое устройство осуществляет быструю компенсацию постоянного магнитного поля при включении. Однако при резком изменении постоянного магнитного поля, действующего на магнитомодуляционный датчик, которое возникает, например, при его повороте или при движении ферромагнитных масс в непосредственной близости от устройства, приращение магнитного поля компенсируется в течение длительного времени/ пропорционального постоянной времени интегрирующего RC-звена, величина которой в случае приема низкочастотных полей значительна. Время компенсации может существенно возрасти также за счет того, что при больших перепадах магнитного поля напряжение на измерительной обмотке может во много раз превысить уровень, при котором в петле отрицательной обратной связи (магнитомодуляционный датчик, избирательный усилитель, синхронный детектор, усилитель постоянного тока) возникает ограничение сигнала. При этом в течение всего времени компенсации уст-, ройство лишено способности принимать полезный сигнал, то есть оно неработоспособно.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

Эта цель достигается тем, что устройство, содержащее магнитомодулюционнйй датчик; измерительная и компенсационная обмотки которого подключены к выходу устройства соответственно Через синхронно-фазный детектор и через последовательно соединенные усилитель постоянного тока и резистор интегрирующего RC-звена, конденсатор которого одним выводом связан с выходом усилителя постоянного тока, а другим подключен к коммутатору, соединенному со входом усилителя постоянного тока, дополнительно снабжено последовательно соединенными с измерительной обмоткой амплитудным детектором, фильтром низких частот и компаратором, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора , последовательно соединенными источником опорного напряжения и pei/пирующим блоком, выход которого соединен со вторым входом компаратора.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения низкочастотных магнитных полей.

Устройство содержит магнитомодуляционный датчик 1 с измерительной * обмоткой 2 и компенсационной обмоткой 3, синхронно-фазовый детектор 4‘, включенный между измерительной обмоткой 2 и выходом устройства, усилитель 5 постоянного тока, выход которого соединен с компенсационной обмоткой 3, а вход через резистор 6 интегрирующего RC-звена - с выходом устройства, конденсатор 7 интегрирующего RC-звена, включенный между выходом усилителя 5 постоянного тока и коммутатором 8, компаратор 9, один вход которого подключен через последовательно соединенные амплитудный детектор 10 и фильтр 11 низких частот к. измерительной обмотке 2, а другой вход соединен через регулирующий блок 12 с источником 13 опорного напряжения, при этом выход компаратора 9 подключен к управляющему входу коммутатора 8.

Устройство работает следующим образом.

При резком изменении внешнего постоянного магнитного поля на измерительной обмотке 2 образуется значительное по величине переменное напряжение, обусловленное действием на магнитомодуляционный датчик 1 нескомпенсированного постоянного магнитного поля. Это напряжение выпрямляется амплитудным детектором 10, постоянная составляющая выходного напряжения которого при любом направлении внешнего постоянного магнитного поля имеет одну и ту же полярность необходимую для переключения ком паратора 9. Эта постоянная составляющая выделяется фильтром 11 низких частот и поступает на один вход компаратора 9. На другой вход компаратора 9 через регулирующий блок 12, определяющий уровень срабатывания компаратора 9, подается напряжение от источника 13 опорного напряжения. При превышении постоянным напряжением на выходе фильтра 11 низких частот уровня срабатывания компаратора 9 на выходе последнего возникает управляющее напряжение. Уровень срабатывания компаратора 9 устанавливается равным напряжению, соответствующему началу ограничений в петле отрицательной обратной связи по постоянному полю. Управляющее напряжение на выходе компаратора 9 воздействует на коммутатор 8, который отключает вывод конденсатора 7 от входа усилителя постоянного тока 5 и соединяет его с общим проводом. При этом происходит быстрая компенсация постоянного магнитного поля за счет того, что интегрирующее RC—звено в цепи отрицательной обратной связи образуется конденсатором 7 и малым входным сопротивлением усилителя 5 постоянного тока и его постоянная времени мала. В процессе компенсации конденсатор 7 заряжается до напряжения, необходимого для поддержания режима компенсации. Однако при таком режиме компенсации в области низких частот имеет место сильный спад коэффициента преобразования за счет того, что при малом значении постоянной времени интегрирующего RC-звена вводится глубокая отрицательная связь по переменному низкочастотному полю. После того, как постоянное поле, действующее на датчик, уменьшится до величины, при которой произойдет обратное срабатывание компаратора 9, коммутатор 8 отключит вывод конденсатора 7 от общего провода и подключит его ко входу усилителя 5. При этом режим автокомпенсации сохранится за счет того, что конденсатор 7 зарядился до соответствующего напряжения, и в то же время в области низких частот устройство не имеет спада коэффициента преобразования. Таким образом, при резком изменении постоянного магнитного поля устройство быстро восстанавливает работоспособность.

Использование данного изобретения позволяет существенно повысить быстродействие устройства для измерения низкочастотных магнитных полей. Как показали испытания действующего макета, при резком изменении внешнего постоянного магнитного поля время неработоспособности устройства ие превышает 0,1 с при ниЖней граничной частоте 10 Гц. Столь высокое быстродействие позволяет

873169 6 использовать предлагаемое устройство в приемниках низкочастотных маг- I нитных полей в случаях, когда требуется высокая степень непрерывности процесса измерения.

Claims (2)

1. - . Изобретение относитс  к магнитным измерени м и может быть использо вано дл  измерени  низкочастотные магнитных полей при одновременйом воздействии на устройство снльнргр посто нного магнитного ПС5ЛЯ.; Известны устройства, содержащн е магнитомодул ционньй датчик с )тками компенсации, возбуждени  и мерительной,.избирательный усилитель синхронно-фазовый детектор, генера;тор возбуждени , интегрирующее RC-зв но и усилитель посто нного тока Такие устройства имеют значитёльное врем  установлени , рабочего, рёжима при включении и при резком изме нении внешнего магнитного пол  л Наиболее близким по технической сущности  вл етс  устройство дл  измерени  низкочастотных магнитных полей , содержащее магнитомодул ционный датчик с обмотками возбуждени / изме рительной и компенсационной, rei epaтор возбуждени , избирательный усилитель , синхронно-фазовый Детектор, интегрирующее ftC-звено, усилитель по сто нного тока, коммутатор, дифферен цирующий блок, одновибратор и источник питани  Сз... Такое устройство осуществл ет быструю компенсацию посто нного магнитного пол  при включении. Однако при резком изменении посто нного магнитного пол , действующего на магнитомодул ционный датчик, которое возникает , например, при его повороте или при движении ферромагнитных масс в непосредственной близости от устройства , Приргицение магнитного пол  компенсируетс  в течение длительного времени пропорционального посто нной времени интегрирующего КС-звена, величина которой в случае приема низкочастотных полей значительна. Врем  компенсации может существенно возрасти также за счет того, что при больших пер епадах магнит1 ого пол  напр жение на измери гельной обмотке может В.О много раз превысить уровень, при котором в петле отрицательной обратной св зи (магнитомодул ционный датчик, избирательный усилитель, синхронный детектор, усилитель посто нного toKa возникает ограничение сигнала. При этом в течение всего времени компенсации уст-. ройство лишено способности принимать полезный снгнёш, то есть оно неработоспособно ., Цель изобретени  - повышение быстродействи . Эта цель достигаетс  тем, что устройство, содержащее магнитомодул ционнйй датчик; измерительна  и компе.нсационна  обмотки КОТОРОГО под ключены к выходу устройства соответственно через синхронно-фазный детектор и через последовательно соеди ненные усилитель посто нного тока и резистор интегрирующего RC-звена, конденсатор которого одним выводом св зан с выходом усилител  посто нного тока, а другим подключен к комм татору, соединенному со входе усилител  посто нного тока, дополнитель но снабжено последовательно соединен ными с измерительной обмоткой ампт тудным детектором, фильтром низких частот и компаратором, вьосод которо го соединен с управл кицим входом ком мутатора , последовательно соединенными источником опорного напр жени  и pelулирующим блоком, выход которо го соединен со вторым входом компаратора . На чертеже представлена функциональна  схема устройства дл  измерени  низкочастотных магнитных полей . Устройство содержит магнитомодул ционный датчик 1 с измерительной обмоткой 2 и компенсационной обмоткой 3, синхронно-фазовый детектор 4 включенный между измерительной обмо кой 2 и выходом устройства, усилитель 5 посто нного тока, выход ко торого соединен с компенсационной о моткой 3, а вход через резистор 6 интегрирующего RC-звена - с выходом устройства, конденсатор 7 интегрирующего RC-звена, включенный между выходом усилител  5 посто нного ток и коммутатором €, компаратор 9, оди вход которого подключен через после довательно соединенные амплитудный детектор 10 и фильтр 11 низких частот к..измерительной обмотке 2, а др гой вход соединен через регулирующий блок 12 с источником 13 опорного напр жени , при этом выход компаратора 9 подключен к управл ющему входу коммутатора 8, Устройство работает следующим образом. При резком изменении внешнего посто нного магнитного пол  на измерительной обмотке 2 образуетс  зн чительное по величине переменное на пр жение, обусловленное действием н магнитомодул дионный датчик 1 нескомпенсированного посто нного магнитного пол . Это напр жение выпр м л етс  амплитудным детектором 10, посто нна  составл юща  выходного напр жени  которого при любом напр лении внешнего посто нного магнитн го пол  имеет одну и ту же пол рно необходимую дл  переключени  компаратора 9. Эта посто нна  составл юща  выдел етс  фильтром 11 низких частот и поступает на один вход компаратора 9. На другой вход компаратора 9 через регулирующий блок 12, определ ющий уровень срабатывани  компаратора 9, подаетс  напр жение от источника 13 опорного напр жени . При превышении посто нным напр жением на выходе фильтра 11 низких частот уровн  срабатывани  компаратора 9 на выходе последнего возникает управл ющее напр жение. Уровень срабатывани  компаратора 9 устанавлив етс  равным напр жению, соответствующему началу ограничений в петле отрицательной обратной св зи по посто нному полю. Управл ющее напр жение на выходе компаратора 9 воздействует на коиф утатор 8, который отключает вывод конденсатора 7 от входа усилител  посто нного тока 5 и соедин ет его с общим проводом. При этбм происходит быстра  компенсаци  посто нного магнитного пол  за счет того, что интегрирующее RC-звено в цепи отрицательной обратной св зи образуетс  конденсатором 7 и малым входным сопротивлением усилител  5 посто нного тока и его посто нна  времени мала. В процессе компенсации конденсатор 7 зар жаетс  до напр жени , необходимого дл  поддержани  режима компенсации. Однако при таком режиме компенсации в области низких частот имеет место сильный спад коэффициента преобразовани  за счет того , что при малом значении посто нной времени интегрирующего RC-звена вводитс  глубока  отрицательна  св зь по переменному низкочастотному полю . После того, как посто нное поле, действунвдее на датчик, уменьшитс  до величины, при которой произойдет обратное срабатывание компаратора 9, коммутатор 8 отключит вывод конденсатора 7 от общего провода и подключит его ко входу усилител  5. При этом режим автокомпенсации сохранитс  за счет того, что конденсатор 7 зар - . дилс  до соответствук цего напр жени , и в то же врем  в области низких частот устройство не имеет спада коэффициента преобразовани . Таким образом, при резком изменении посто нного магнитного пол  устройство быстро восстанавливает работоспособность . Использование данного изобретени  позвол ет существенно повысить быстродействие устройства дл  измерени  низкочастотных магнитных полей . Как показали испытани  действующего макета, при резком изменении внешнего посто нного магнитного пол  врем  неработоспособности устройства не превышает 0,1 с при ни)Кней граничной частоте 10 Гц. Столь высокое быстродействие позвол ет использовать предлагаемое устройство в приемниках низкочастотных магнитных полей в случа х, когда требу етс  высока  степень непрерывности процесса измерени . Формула изобретени  Устройство дл  измерени  низкочастотных магнитных полей, содержа щее магнитомодул ционный датчик, измерительна  и компенсационна  об мотки которого подключены к выходу устройства соответственно через синхронно-фазовый детектор и через последовательно соединенные усилитель посто нного тока и резистор интегрирующего RC-звена, конденсатор которого однимвыводом св зан с выходом усилител  посто нного тока , а другим подключен к коммутатоРУ , соединенному со входом усилител  посто нного тока, отличающее с   тем, что, с целью повыше-, ни  быстродействи , оно дополнительно снабжено последовательно соединенными с измерительной обмоткой амплитудным детектором, фильтром низких частот и компаратором, выход которого соединен с управл ющим входом коммутатора, последовательно соединенными источником опорного напр жени  и регулирующим блоком, выход которого соединен со вторым входом компаратора. Источники информации прин тые во внимание при экспертизе 1  Беличенко А.И. Автокомпенсаци  посто нного магнитного пол  при измерении слабых переменных магнитных полей. - Геофизическа  аппаратура . Недра . . . . вып. 28, 1966.с. 16-23.
2. 2. Авторское свидетельство СССР по за вке 2597190/18-21, кл. Q01 R 33/00, .1978.