УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА БАЗЕ ФЕРРОЗОНДОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
DEVICE FOR MEASURING STRENGTH OF CONSTANT MAGNETIC FIELD BASED ON FLUX-GATE TRANSMITTER

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано в устройствах для измерения параметров слабого постоянного магнитного поля на основе феррозондового преобразователя.
Уровень техники
Известно устройство для измерения напряженности магнитного поля на основе феррозондового преобразователя (Феррозондовый магнитометр RU 2103703). Недостатком данного магнитометра является усложнение схемы за счет дополнительно вводимых фазовращателя и устройства формирования импульсов.
Известно устройство на основе феррозондового преобразователя для измерения магнитных полей (RU 2085962). Недостаток заключается в том, что повышение чувствительности устройства осуществляется за счет значительного усложнения схемы и введения дополнительных элементов (блок сравнения, цифровой интегратор, цифровой вычислитель, аналого-цифровой преобразователь, дифференциальный усилитель и др.), что значительно удорожает устройство.
За прототип изобретения принято устройство для измерения постоянных магнитных полей со стандартной схемой включения обмотки возбуждения феррозондового преобразователя, описанное в литературе [Афанасьев Ю.В. «Феррозондовые приборы». - Л.: Энергоатомиздат. 1986. 188 с., Миловзоров В.П. «Электромагнитные устройства автоматики. Учебник для студентов специальности «Автоматика и телемеханика» вузов». - М.: «Высш. школа», 1974. 416 с., Ripka, P. Magnetic Sensors and Magnetometers / P. Ripka. - Boston: Artech house, 2000. 494 p. и др.].
В известных устройствах для измерения постоянных магнитных полей используется стандартная схема включения феррозонда и запитка обмотки возбуждения осуществляется синусоидальным напряжением или импульсным напряжением пилообразной или прямоугольной формы частотой до сотен килогерц. Установлено, что при повышении напряжения запитки обмотки возбуждения (действующего значения или амплитудного в импульсе) чувствительность феррозонда возрастает. Однако повышение напряжения приводит к увеличению потребляемой мощности измерительного устройства.
Предлагаемое изобретение позволяет повысить чувствительность измерительного устройства за счет доработки схемы включения феррозонда и особой запитки его обмотки возбуждения.
Раскрытие изобретения
В основу настоящего изобретения положена задача создания устройства для измерения напряженности постоянного магнитного поля на базе феррозондового преобразователя, обладающего повышенной чувствительностью, малой потребляемой мощностью, компактностью и отличающегося простотой схемы и низкой стоимостью. При осуществлении настоящего изобретения становится возможным исключить постоянную составляющую сигнала, уменьшить потребляемую мощность измерительного устройства, существенно увеличить амплитуду напряжения на обмотке возбуждения и, как следствие, повысить чувствительность феррозонда без увеличения напряжения питания и потребляемой мощности.
Цель настоящего изобретения заключается в повышении эффективности измерения напряженности постоянного магнитного поля.
Техническим результатом является повышение эффективности измерительного устройства за счет увеличения чувствительности феррозондового преобразователя, уменьшения потребляемой мощности, а также габаритов и веса устройства.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения напряженности постоянного магнитного поля на базе феррозондового преобразователя включает феррозонд, содержащий обмотку возбуждения, генератор прямоугольных импульсов и конденсатор, при этом выход генератора прямоугольных импульсов выполнен с возможностью передачи сигнала на обмотку возбуждения феррозонда через конденсатор, а запитка обмотки возбуждения осуществлена посредством выбросов напряжения, возникающих при работе генератора прямоугольных импульсов на индуктивную нагрузку.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлено устройство для измерения напряженности постоянного магнитного поля.
На Фиг. 2 представлены графики напряжения на выходе генератора (а) и на обмотке возбуждения феррозонда (б).
Осуществление изобретения
Схема устройства повышенной чувствительности для измерения напряженности постоянного магнитного поля, содержит следующие компоненты (фиг. 1):
- феррозонд с тремя обмотками: обмоткой возбуждения L1, состоящей из двух встречно намотанных половин L1' и L1'', измерительной обмоткой L2 и компенсационной обмоткой L3,
- генератор прямоугольных импульсов, выполненный, к примеру, на элементах И-НЕ, с возможностью регулирования частоты в пределах 1-200 кГц.
- соединительный конденсатор С1, передающий сигнал с выхода генератора на обмотку возбуждения феррозонда, что является принципиальной особенностью схемы.
- устройство регистрации, подключаемое к выходу измерительной обмотки, с любым измерительным прибором - вольтметром или амперметром - и с соответствующей схемой включения. Измерительный прибор должен быть предварительно оттарирован в единицах напряженности;
- компенсатор для установки нулевого значения регистрирующего прибора с помощью переменного резистора R2 при отсутствии измеряемой напряженности магнитного поля.
При работе генератора прямоугольных импульсов на индуктивную нагрузку, которой является обмотка возбуждения феррозонда, возникают выбросы напряжения на положительных и отрицательных фронтах импульсов (фиг. 2, а). Длительность выбросов невелика и составляет единицы микросекунд, а величина их может значительно превышать напряжение в импульсе.
Емкость соединительного конденсатора подбирается таким образом, чтобы обеспечить максимальную амплитуду выбросов напряжения на обмотке возбуждения феррозонда. Величина емкости при этом, как правило, не превышает 0,01 мкФ.
Таким образом, принципиальной особенностью предлагаемого решения является использование выбросов напряжения для запитки обмотки возбуждения феррозонда (фиг. 2, б). Такая запитка позволяет значительно увеличить напряжение на обмотке возбуждения и, как следствие, увеличить чувствительность феррозонда без увеличения напряжения питания. Измерительное устройство, построенное таким образом, характеризуется простотой, малым потреблением энергии и не требует сложных и дорогостоящих элементов.
Высокая чувствительность устройства позволяет выполнять измерения на достаточном расстоянии от источника постоянного магнитного поля и исключает необходимость встраивания феррозонда в конструкцию, содержащую источник.
Подготовка устройства к работе заключается в тарировании шкалы измерительного прибора в единицах напряженности магнитного поля.
Данное устройство испытано на макетном образце. Результаты испытаний свидетельствуют о достижении поставленной задачи.