SU913289A1 - Магнитометр1 - Google Patents

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения магнитной индукции и напряженности постоянного магнитного поля. Оно может быть использовано в геофизике, приборостроении, электро- и радиотехнике, машиностроении, медицине и других областях народного хозяйства страны.

Известны феррозондовые магнитометры с отрицательной обратной связью, состоящие из генератора возбуждения (с удвоителем частоты), феррозонда, полосового усилителя, фазочувствительного детектора, регистрирующего прибора, причем генератор возбуждения подключен к феррозонду (обмотке возбуждения), а выход феррозонда (индикаторная обмотка) через полосовой усилитель,,фазочувствитёльный детектор подключен к другому входу феррозонда (обмотке обратной связи г си ·

2

Однако автокомпенсационные магнитометры имеют низкую помехоустойчивость по отношению к помехам полевого характера (наибольшее влияние полевая помеха естественно оказывает при измерении малой магнитной индукции).. Влияние помехи полевого характера обусловлено тем, что отрицательная обратная связь осуществляется только по полезному сигналу по измеряемой магнитной индукции и уменьшает сигнал пропорциональный этой индукции во всех узлах, в том числе и на входе фазочувствительного детектора. Сигнал же, обусловленный переменным магнитным полем помехи, не уменьшается. Это приводит к тому, что отношение сигнал/помеха- в магнитометрах с отрицательной обратной связью принципиально меньше чем в магнитометрах без обратной связи. Причем отношение сигнал/помеха уменьшается при прочих равных условиях, с увеличением глубины обратной свя3

913289

4

зи (в большинстве случаев с увеличением коэффициента передачи цепи обратной связи). Для сохранения того же значения сигнала на входе фазочувствительного детектора, что и в схеме магнитометров без обратной связи, в магнитометрах с обратной связью приходится увеличивать коэффициент передачи узлов прямой цепи, соответственно увеличивается и сигнал, пропорциональный полевой поме'хе. Так как диапазон линейности узлов прямой цепи ограничен, то увеличение сигнала, пропорционального полевой помехе, приводит к перегрузке узлов прямой цепи магнитометра и, как следствие, к погрешности измерения (к уменьшению томности).

Таким образом, магнитометры, основанные на автокомпенсационном методе измерения, обладают широким амплитудным диапазоном, который практически ограничен только допустимым перегревом феррозонда, но имеют низкую помехоустойчивость по отношению к помехам полевого характера. Уменьшение коэффициента передачи цепи обратной связи позволяет увеличить от~'ношение сигнал/помеха, но уменьшает диапазон линейности. Это противоречие может быть устранено применением цепи обратной связи, коэффициент передачи которой уменьшается при уменьшении измеряемой магнитной индукции и увеличивается при большом ее значении. Применение такой схемы позволяет увеличивать отношение сигнал/помеха, особенно важное при малой измеряемой магнитной индукции, и расширять диапазон измерения (при большой измеряемой магнитной индукции).

Известен магнитометр, в котором в цепь отрицательной обратной связи, включены параллельно одному из резисторов диоды, обладающие нелинейными характеристиками, обеспечивают автоматическое изменение коэффициента передачи цепи обратной связи в зависимости от измеряемой магнитной индукции. В таких магнитометрах благодаря уменьшению коэффициента передачи цепи обратной связи при уменьшении измеряемой магнитной индукции ^увеличивается отношение сигнал/помеха, а.увеличение коэффициента передачи цепи обратной связи при большой магнитной индукции обеспечивает расширение амплитудного диапазона [2).

Однако такие магнитометры имеют существенные недостатки, связанные с характеристиками диодов, их зависимостью от внешних условий, их не~ идентичностью. Это непосредственно приводит к погрешности измерения, так как диоды находятся в цепи обрат ной связи. Нелинейность характеристик диодов приводит к нелинейности коэффициента передачи всего магнитометра, причем на разных пределах измерений эта нелинейность различна и неидентична для разных магнитометров. Как следствие, это приводит к погрешности измерения, к снижению помехоустойчивости по отношению к влияющим факторам, например температуре, т.е. к снижению точности измерения.

Целью изобретения является увеличение точности.

Указанная цель достигается тем, что в магнитометр, содержащий последовательно соединенные феррозонд, по лосовой усилитель и фазочувствительный детектор, охваченные отрицательной обратной связью, в цепь которой включены резисторы, генератор возбуж дения, соединенный с феррозондом и вторым входом фазочувствительного детектора, выход которого подключен к регистрирующему прибору, дополнительно введены ключи и пороговые эле менты по числу резисторов, причем резисторы соединены последовательно, а параллельно каждому резистору подключен соответствующий ключ, вход управления каждого ключа через свой пороговый элемент подключен к выходу полосового усилителя.

На чертеже представлена схема маг нитометра.

Магнитометр содержит генератор 1 возбуждения, подключенный к феррозонду 2, выход феррозонда 2 через по лосовой усилитель 3 подключен к фазо чувствительному детектору 4, другой вход которого подключен к генератору 1 возбуждения. Выход фазочувствительного детектора 4 подключен к регистрирующему прибору 5 и одновременно через последовательно соединен ные η резисторов 6_И ,6^,...,6_п, параллельно каждому из которых подключен ключ 7/, , 7ιχ,. ..,7_η подсоединен к входу феррозонда 2 (его обмотке обратной связи). Вход управления каждого ключа 7^,7^,...,7^ через свой пороговый элемент 8/,,8^,...,8^

5 91;

подключен к выходу полосового усилителя 3.

Магнитометр работает следующим образом.

На феррозонд 2, возбуждаемый током 3 £ от генератора 1 возбуждения воздействует измеряемая магнитная индукция Вц. Из суммарного выходного напряжения 1)^ феррозонда 2 полосовым усилителем 3 выделяется напря- 1 жение и^£, пропорциональное воздействующей на феррозонд 2 магнитной индукции. Это напряжение фазочувствительным детектором 4 преобразует^ ся в постоянный электрический ток^ , 1 поступающий на регистрирующий прибор 5. Одновременно ток через последовательно соединенные резисторы 6^ . ,6_П поступает в обмотку обратной связи феррозонда 2 и создает индукцию автокомпенсации В_Як. При малом значении В_и (малом и^) все ключи Ί_Λ ,7ι^,...,7η разомкнуты, в цепи Обратной связи оказывается наибольшее сопротивление (коэффициент передачи цепи обратной-связи наименьшей). При увеличении и^£(увеличении В„) , когда его значение достигает уровня срабатывания первого порогового элемента (например, 8^), замыкается ключ 7_И и коэффициент передачи цепи обратной связи возрастает. При дальнейшем увеличении I)

-постепенно срабатывают все пороговые элементы 8^,8р..., 8_Л й замыкаются все ключи 7_И, 7^,.. . , 7_Л. При максимальном В_м коэффициент передачи цепи обратной связи наибольший. Такая схема обеспечивает наиболее благоприятное соотношение сигнал/помеха на наиболее чувствительном пределе измерений и обеспечивает расширенный динамический диапазон.

5289 6

Применение кусочно-линейной аппроксимации для изменения коэффициента передачи цепи обратной связи позволяет обеспечить линейность

5 функции преобразования всего магнитометра на каждом из всех пределов измерений. Использование в цепи обратной связи стабильных элементов (резисторов), переключаемых ключами,

О управляемыми от пороговых элементов, практически исключает влияние внешних условий на коэффициент передачи цепи обратной связи. 8се это позволяет увеличить точность данного уст5 ройства, по сравнению с известным устройством.

Claims (2)

1. Формула изобретения Магнитометр, содержащий последовательно соединенные феррозонд, о полосовой усилитель и фазочувствительный детектор, схваченные отрицательной обратной связью, в цепь которой включены резисторы, генератор возбуждения, соединенный с феррозон5 дом и вторым входом фазочувствительного детектора, выход которого подключен к регистрирующему прибору, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности, в него
2. 3 дополнительно введены ключи и порого вые элементы по числу резисторов, при этом резисторы соединены последовательно, а параллельно каждому резистору подключен соответствующий

   ; ключ, вход управления каждого ключа через свой пороговый элемент подключен к выходу полосового усилителя.