Магнитоизмерительный преобразователь

( 12) ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ведомство гвспувлики БЕЛАРУСЬМагнитпиамерительный преобразователь,включающий генератор, состоящий из двухполюсника и колебательного контура, содержащего две последовательно соединенные идентичные катушки, в каждой из которых расположены ферромагнитная пленка и постоянный магнит, а к свободным выводам катушек, являющимся первым и. вторым выходом генератора, подключены последовательно симметричный дифференциальный амплитудный детектор и дифференциальный усилитель, отличающийся тем, что дополнительно введены схема коммутации и схема выделения полезного сигнала с компенсацией дрейфа, вход которой соединен с выходом дифференциального(71) Заявитель Институт АНБ (ВУ)(73) Патентообладатель Институт электроники Академии Наук Беларусн (В)усилителя, вход схемы коммутации через конденсатор соединен с третьим выходом генератора, связанным с общей точкой ПОС-ПДОБТЛЪНО СОСДИНЕННЫХ катушек, а ее выход - с третьим выходом симметричного дифференциального амплитудного детектора,связанным с его средним выводом.1. Мельников Э.А. Широкополосный ферритовый магнитомодулянионный датчик. //Геомагнетизм и аэрономия.-1975.-Ы 1.-С. 183-185.2. Вааег СТ., Пе Кепвй 0.5. Весен аахгапсез 11 тшп Неш йпацстапсе найайоп шавцетошеп 1 ЕЕЕ Тгапэ ог Ма 3 пейсв.1974.МА 6 т 10.1 Т 3.Р. 524-527.Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения магнитных полей, в геологоразведке, космических исследованиях, обнаружения объектов, возмущающих магнитные поля,в качестве металлоискателя.Известен магнитоизмерительный преобразователь, содержащий чувствительный элемент в виде ферритового кольца с плотно притертыми к нему ферритовыми наконечниками. Обмотка возбуждения обматывает кольцо секции измерительной обмотки расположены симметрично относительно кольца на наконечниках. Обмотка возбуждения соединена с генератором возбуждения. Параллельно измерительной обмотке подключена емкость. Этот контур настроен на вторую гармонику частоты возбуждения и подключен к измерительному прибору 1.Магнитоизмерительный преобразователь не позволяет решать задачи, связанные с точными магнитными измерениями при одновременном малом потреблении энергии источника питания, так как принцип работы преобразователя основан на возбуждении сердечника(феррита) магнитным полем в несколько раз превышающим поле насыщения сердечника. Перемагничивание сердечника связано со значительным энергопотреблением и возникновением шумов, последние обуславливают малую чувствительность преобразователя.Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является магнитоизмерительный преобразователь, описанный 2.Данный магнитометр содержит два чувствительных элемента (две тонкие ферромагнитные пленки с одноосной анизотропной намагниченности). Магниты создают поле смещения по оси легкого намагничивания (ОЛН) первой пленки и ОЛН второй пленки. Каждая из пленок (это могут быть и пакеты пленок) помещена в катушку, так что ось катушки направлена вдоль оси трудного намагничивания (ОТН) пленки. Катушки расположены так, что ОЛН пленок, расположенных в этих катушках, имеют взаимно противоположные направления. Катушки соединены последовательно и образуют индуктивность контура генератора, у которой имеется средняя точка(место соединения катушек). Индуктивность колебательного контура генератора подключена к детектору. Детектор симметричный имеет симметричный вход (две входные клеммы и среднюю точку) и симметричный выход (две выходные клеммы и среднюю точку). Напряжение между выходными клеммами детектора существует лишь тогда, когда имеется разность амплитуд сигналов несущей частоты генератора, действующих между средней точкой детектора и каждой из его входных клемм. Одинконец индуктивности соединяется с первой входной клеммой симметричного детектора,второй конец индуктивности со второй входной клеммой детектора, а средняя точка индуктивности со средней точкой детектора. Симметричный выход детектора соединен со входом дифференциального усилителя, выход которого подключен к измерительному прибору. Может применяться обратная связь по измеряемому полю. В этом случае выход дифференциального усилителя соединен с первым выводом катушки компенсацша, второй вывод катушки компенсации подключен ко входу усилителя постоянного тока (УПТ), являющегося оконечным каскадом. Ток в катушке компенсации создает магнитное поле, направленное в сторону, противоположную измеряемому (внешнему) полю, и компенсирует его в объеме чувствительных элементов. Работает магнитометр следующим образом. Под действием измеряемого поля меняется магнитная проницаемость пленки, а, следовательно, и индуктивность катушек. Напряжение частоты генератора (несущей частоты), снимаемые с этих индуктивностей, поступают на вход симметричного, дифференциального, амплитудного детектора, раздельно выпрямляются (детектируются) и поступают на вход дифференциального усилителя. В результате на выходе дифференциального усилителя при нулевом измеряемом поле будет нулевое напряжение,положительное или отрицательное в зависимости от полярности приложенного поля. С выхода дифференциального усилителя напряжение через катушку компенсации поступает на оконечный усилитель и далее на измерительный прибор.Описанному техническому решению свойственно низкое энергопотребление, но оно не обеспечивает точности измерения, первое обусловлено тем, что при работе такою рода магнитоизмерительных преобразователей не происходит перемагничивание чувствительных элементов (ферромагнитных стержней, пленок), второе обусловлено дрейфом и шумами задающего генератора, детектора и усилителей, работающих в режиме малого энергопотребления.Техническая задача, которую позволяет решить предлагаемое изобретение состоит в повышении точности измерения магнитоизмерительного преобразователя при малом потреблении энергии источниха питания.Решение технической задачи состоит в том,что в магнитометр, содержащий генератор, состоящий из двухполюсника и двух последовательно соединенных идентичных катушек колебательного контура, в каждой из которых расположены ферромагнитные пленки и постоянные магниты, выводы которых подключенык клеммам двухполюсника, являющимися первым и вторым выходом генератора, подключены последовательно симметричный,дифференциальный, амплитудный детектор и дифференциальный усилитель, введены схема коммутации и схема выделения полезного сигнала с компенсацией дрейфа, вход которой соединен с выходом дифференциального усилителя, вход схемы коммутации соединен с третьим выходом генератора, связанным с общей точкой последовательно соединенных катушек, а ее выход - с третьим выходом симметричного дифференциального амплитудного детектора, связанным с его средним выводом.Решение поставленной технической задачи осуществлено в результате совокупности указанных существенных признаков, позволяющих выделить суммарный дрейф генератора,детектора и усилителя и тем самым повысить точность измерений магнитоизмерительною преобразователя.На фиг. представлена схема магнитоизмерительного преобразователя, где3,4 - идентичные катушки колебательного контура7 - схема выделения полезного сигнала с компенсацией дрейфаПервый и второй выход генератора 1, представляющие собой клеммы двухполюсника 2,к которым подключены выводы последовательно соединенных катушек 3,4 колебательного контура, соединены со входом симметричного, дифференциального, амплитудного детектора 5. Третий выход генератора, представляющий собой общую точку последовательно соединенных катушек, соединен со входом схемы коммутации 8,выход которой соединен с третьим выходом (средней точкой) симметричного, дифференциального, амплитудного детектора,первый и второй выходы которого соединены соответственно со входами дифференциального усилителя 6, выход которого соединен со входом схемы выделения полезного сигнала с компенсацией дрейфа 7.Магнитоизмерительный преобразователь работает следующим образом. В зависимости от напряженности измеряемого магнитного поля происходит изменение величины индуктивности каждой катушки (3,4). В то время, когда индуктивность одной из катушек увеличивается - второй уменьшается и наоборот. При нулевом измеряемом поле индуктивности обеих катушек равны.Изменение величины индуктивности катушек происходит благодаря изменению магнитной проницаемости ферромагнитных пленок,вставленных в катушки, под действием внешнего измеряемого магнитного поля.Пропорционально изменению индуктивностей катушек происходит и изменение напряжения на них. В результате работы схемы коммутации 8 осуществляется периодическое соединение средней точки индуктивностей со средней точкой дифференциального амплитудного детектора 5. В течение первого полупериода работы схемы коммутации средняя точка индуктивностей разомкнута со средней точкой симметричного, дифференциального,амплитудного детектора. В идеальном случае при полной симметрии дифференциального амплитудного детектора напряжение на его выходе должно быть равно нулю. На практике,однако, идеальной симметрии достичь невозможно, вследствие чего хотя и с незначительной эффективностью однако происходит детектирование напряжения на контуре (катушках) генератора. Таким образом, в выходном сигнале детектора будут присутствовать шумы генератора, на которые будут сказываться дрейф самого детектора и его шумы, что приводит при большом коэффициенте усилеиия тракта преобразователя к нестабильности нуля на его выходе (дрейфу), кроме того, значительный вклад в нестабильность нуля последнего оказывают напряжения смещения и напряжения шумов предварительных усилителей, особенно при работе усилителей в микрорежиме. Таким образом, на выходе дифференциального усилителя магнитоламерительного преобразователя действует суммарное шумовое напряжение, определяемое вышеперечисленными факторами,ответственное за дрейф всего преобразоватеЛя В целом. Это напряжение запоминается в течение первого полупериода работы схемы коммутации схемой выделения полезного сигнала 7.В течение второго полупериода, когда средняя точка дифференциального амплитудного детектора соединена со средней точкой индуктивности генератора на входе схемы выделения полезного сигнала существует полезный сигнал и шум (дрейф). Из этого сигнала вычитаются запомненные в первом полупериоде шумы. В результате происходит их компенсация, т.е. остается полезный сигнал.В практическом варианте исполнения генератор, как и в прототипе, работал на частоте 2 МГц, применялись усилители типа К 140 УД 12. Собственные шумы магвитомера при этом составили 392, коэффициент преобразования датчика 0,01 В.М/А, потребление энергии от источника питания 0,3 мВт.Схема коммутации (микросхема 561 КТ 3) 561 АГ 1, которые не вносили существенуправлялась тактовым генератором на час- ного вклада в энергопотребление всей тоте 500 Гц, выполненном на микросхеме схемы.Заказ 1542 Тираж 20 экз. Государственное патентное ведомство Республики Беларусь.