[1]Изобретение относится к магнитным измерениям с использованием феррозондов
с выходом на основной частоте и может найти применение в качестве сред
ства измерения преимущественно слабого постоянного или медленно меняющего
ся магнитного поля при геофизических и навигационныхизмерениях, в частности
для целей ориентации подвижных объектов . Известен магнитометр, содержащий
феррозонд, источник прямоугольного тока в цепи возбуждения феррозонда и интегратор
в цепи сигнальной обмотки, а также регулятор (переменный резистор) и измеритель тока, подключенные между
источником прямоугольного тока и обмоткой возбуждения, усилитель, пороговый
блок и регистратор, последовательн включенные после интегратора ij. QlHaKo данное устройство пригодно
для точ1{ых измерений только в диапазоне сильных полей. Цель изобретения повышение точности измерения слабых полей. Указанная цель достигается тем, что
феррозондовый магнитометр, содержащий феррозонд, источник прямоугольного тока,
подключенный, к обмотке возбуждения, и интегратор, подключенный к сигнальной
обмотке, снабжен также источником постоянного тока, а феррозовд выполнен
на кольцевом сердечнике и снабжен обмоткой подмагничивания, соединенной с
источником постоянного тока, причем обмотка подмагничивания равномерно
распределена по сердечнику, сигнальная обмотка расположена на участке с дочника
по оси-чувствительности феррозонда, а обмотка возбуждения охватывает тело
сердечника в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности. Кроме того, сигнальная обмотка и
обмотка возбуждения выполнены на магнитных каркасах, подвижных в плоскости
сердечника относительно его геометрического центра. На фиг. 1 приведена электрическая схема магнитометра, а также показано
взаимное расположение обмоток феррозонда на кольцевом сердечнике; на . 2 - направление действия магнитных
потоков в кольцевом сердечнике; на фиг. 3 - основные кривые, поясняюише принцип перемагничивания сердечника
вспомогательными полями. Магнитометр включает феррозонд на кольцевом сердечнике 1 с входа 2 для
подключения источника постоянного тока подмагничивания и входа 3 для подключения
источника прямоугольного тока возбуждения, интегратор 4, выполненный по наиболее распространенной схеме
усилителя с частотно-зависимой обратной связью и подключенный входом к
сигнальному выходу 5 феррозонда. Выход 6 интегратора является выходом
магнитометра. На фиг. 1 показаны такж временная диаграмма 7 тока на входе 3
и временная диаграмма 8 ЭДС на выход 6 магнитометра. На фиг. 2, поясняющей
работу феррозонда в составе магнитомет показаны сердечники 1 с осью а-а чув
, ствительности, совпадающей с осью обмотки возбуждения и направления действия
потоков Фо- язм яемого, во буждения и Фц - подмагничивания. Потоки Ф. и Ф распределяются по противо
лежащим участкам 9 и 10 сердечника 1 как по параллельным магнитным цепям.
Поток Ф„ подмагничивания действует по замкнутому магнитному контуру сердечника
. Так как при измерении слабых маг нитных полей обьгано справедливо соотйошение . то магнитное состояние
материала сердечника определяется действием потоков Фр. и Ф. Если в выбран
ный момент времени направление потоков Фь и Ф, в участке 9 совпадает, то
в тот же момент времени в участке 1О оно встречное, следствием чего является
различное магнитное состояние материала данных участков. На фиг. 3 гфиведена .кривая; зависимости
проницаемости материала сердеч ника от индукции В магнитного поля, а также показаны временные диаграммы
изменения индукции поля возбуждения в участках 9 и 1О сердечника 1, смеще
ные относительно временной оси на величину поля подмагничивания с индукцией
tBf|, и результирующие временные диаграммы проницаемости ju и . материала
участков 9 и 10. Последние, с учето принятых на фиг. 3 обозначений, могут
быть записаны в виде + /J X(f) .()
где Х( ) - единичная, знакопеременная во времени функция 41. При таком законе изменения проницаемостей
материала участков 9 и Ю сердечника 1, магнитная проводимость материала сердечника до замкнутому контуру
(для потока ф подмагничивания) равно как и магнитная проводимость тела сердечника в направлении оси а-а
(для потоков Фц возбуждения и Фд измеряемого ) остаются неизменными в любом
из полупериодов возбуждения (для любого значения функции X ()). Однако распределение потоков Ф, и
Фр по участкам 9 и 10 сердечника 1, как по параллельным магнитным полям,
неодинаково для любого из моментов времени, а определяется соотношением
магнитных проводи мостей материала данных участков. Нетрудно также убедиться, что под
действием знакопеременного потока g возбуждения в сердечнике образуется постоянный
размагничивающий кольцевой поток, направленный навстречу потоку Фм
подмагничивания, что несущественно схгражается на работе феррозонда и магнитометра
(этот поток действует по закону Ч (fc)l и достоянен ввиду постоянства
во времени данной функции). Напротив , под действием постоянного измеряемого
магнитного потока Ф, в зак«снутой магнитной цепи сердечника появляется знакопеременный поток Ф вица
. . () тот поток выявляется в виде ЭДС е , наводимой
на выводах 5 сигнадьной обмотки ) : -dt-- o7 -Btгде
число витков сигнальной обмотки. Последующее интегрирование ЭДС е посредством интегратора 4 позволяет
устранить частотные искажения данного сигнала из-за дифференциального вида
закона электромагнитной индукции e --Kje COdt--KW t)) где 2 - ЗДС на выходе интегратора, а К - его постоянная. Таким образом, выходная ЭДС магнитометра
изменяется такЖе по прямоугольному во времени закону, а ее амплиту57 да и фаза 1лолярность) определяются ве личиной и направлением измеряемого по
ля. ЭДС Q-2 легко преобразовать при необходимости в постоянное напряжение с
величиной и знаком, соответствующими величине и направлению измеряемого поля
, известными средствами, например с помощью синхро1шого детектора, управля
мого непосредственно источником тока рюабуждения. Поставленная цель (высокая точность
измерения слабого магнитного поля) достигается лишь при конкретном исполнении
обмоток феррозонда. Обмотка под- магничивания 2 должна быть равномерно
распределена по кольцевому сердечн11ку 1, чем исключается появление на сердеч
нике полюсов намагничивания. Электромагнитная развязка цепей возбуждения
и сигнальной обеспечивается лишь при ортогональном расположении плсх костей
соответствующих обмоток. Однако для достижения качественной развязки упомянутых
цепей, с учетом возможных магнитных аномалий свойств материала по контуру сердечника, целесообразно
размещение обмоток возбуждения и сигнальной на подвижных каркасах.. Регу
лировкой положения данных каркасов по отношению к сердечнику (поворотом сердечника
) и друг другу достигается нулевой сигнал на выходе магнитометра при нулевом измеряемом поле.
Устройство обеспечивает точное изме рение слабых полей, что достигается
видоизмененным размещением обмоток возбуждения и сигнальной на кольцевом
сердечнике, введением обмотки подмагничивания и нового (источник постоянного тока) структурного узла.
2 2 Размеще шек обмоток сигна; ьной и
возбуждеш1я на подвижных каркасах достигается необходимая для точных измерений
электромагнитная развязка входной (возбуждения)- и выходной (сигнальной ) цепей феррозонда.
Формула изобретения 1. Феррозондовый магнитометр, содержащий феррозовд, источник прямоуголь
ного тока, подключенный к обмотке возбуждения , и интегратор, подключенный
к сигнальной обмотке, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения слабых попей, он
снабжен источником постоянного тока, а феррозонд выполнен на кольцевом сердечнике
и снабжен обмоткой подмагничивания , соединенной с источником постоянного
тока, причем обмотка под магничивания равномерно распределена по
сердечнику, сигнальная обмотка расположена на участке сердечника по оси
чувствительности феррозонда, а обмотка возбуждения охватывает тело сердечника
в плоскости, перпендикулярной оси чувствительности . 2. Феррозондовый магаитометр по
ru 1, отличающийся тем, что сигнальная обмотка и обмотка возбуждения
вьшолнены на немагнитных каркасах, подвижных в плоскости сердечника относительно
его геометрического центра. Источники информашш, пршгятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР № 525902, кл. G О1 Р. 33/О2, 1977.
