DE3213190A1 - Adaption circuit for magnetic field probes with direct time coding - Google Patents

Abstract

The invention relates to an adaption circuit for magnetic field probes for evaluating magnetic direct and alternating fields in accordance with magnitude and direction. The magnetic field probe exhibits a magnetisable core which carries a premagnetisation winding and an induction winding. An output signal is formed as measurement value for the magnetic field in time-coded form via a subsequent differentiating stage. To prevent the measurement value from becoming falsified by internal and external stray fields and errors in the conversion into the pure time-discrete measurement signal, the transmission range of the differentiating stage is limited, one limit being in the area of the fundamental frequency of the auxiliary alternating current and the other limit suppressing superimposed noise and interference voltages. <IMAGE>

Description

"Anpasschaltung für Magnetfeldsonden mit direkter Zeitverschlüsselung""Adaptation circuit for magnetic field probes with direct time coding"

Die Erfindung betrifft eine Anpasschaltung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruches.The invention relates to a matching circuit according to the features of Preamble to the main claim.

Es ist aus der DE-PS 16 23 577 bekannt, daß Magnetfeldsonden, welche eine zur Umsetzung in ein zeitverschlüsseltes Meßsignal geeignete Ausgangsspannung liefern, auf eine Anpasschaltung arbeiten, die mit Hilfe eines CR-Gliedes oder auch eines mit einer CR-Kombination beschalteten Operationsverstärkers eine bandbegrenzte Differentiation ausführt. Durch äußere und innere Einstreuungen sowie durch die Bauelemente selbst gelangen Rawsch-und Störsignale in die Anpasschaltung, die eine Verfälschung des Nutzsignals bewirken. Ferner können Fehler bei der Umsetzung in ein rein zeitdiskretes Meßsignal entstehen, wenn die Anderungsgeschwindigkeiten des Anstiegs der Ausgangsspannung der Sonde zu klein ist. Bei den bisherigen Anpassschaltungen sind diese einander entgegenwirkenden Einflüsse auf die Unsicherheit des Meßsignales nicht berücksichtigt worden, Der Aufbau der Anpasschaltungen richtete sich nur nach der damit zu erzielende Güte der Differentiation.It is known from DE-PS 16 23 577 that magnetic field probes which an output voltage suitable for conversion into a time-coded measurement signal deliver, work on a matching circuit that with the help of a CR element or also of an operational amplifier wired with a CR combination a band-limited Performs differentiation. Through external and internal scattering as well as through the Components themselves get Rawsch and interference signals into the matching circuit, the one Cause corruption of the useful signal. Furthermore, errors in the implementation in a purely time-discrete measurement signal is created when the rate of change the rise in the output voltage of the probe is too small. With the previous matching circuits are these opposing influences on the uncertainty of the measurement signal not been taken into account, the structure of the adaptation circuits was only adjusted the quality of differentiation to be achieved with it.

Aufgabe der Erfindung ist ee, eine Anpasschaltung zur Differentiation für Magnetfeldsonden nach dem Verfahren der direkten Zeitverschlüsselung aufzubauen, die eine vom Aufwand und dem Schaltungstyp möglichst geringe Unsicherheit d Meßsignals ergibt.The object of the invention is ee, a matching circuit for differentiation set up for magnetic field probes according to the method of direct time encryption, the one uncertainty d measurement signal that is as low as possible in terms of complexity and circuit type results.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäX durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst. Weitere Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.The object is achieved according to the invention by the characterizing features of the main claim specified features solved. Further developments of the invention are set out in the subclaims refer to.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.Based on the embodiment shown in the drawing the invention explained in more detail.

Fig. 1 zeigt die Induktionsspannung und ein Sondenersatzschaltbild und Fig. 2 eine Realisierung der Schaltungsanordnung mit einer graphischen Darstellung von Hüllkurve und Übertragungscharakteristik im Frequenzbereich.Fig. 1 shows the induction voltage and an equivalent probe circuit diagram and FIG. 2 shows an implementation of the circuit arrangement with a graphic representation of envelope and transfer characteristics in the frequency domain.

Wie in Fig. la als Graph dargestellt, kann bei Sondenkernen mit S-förmiger Wystereseschleife, bei denen sich der Wendepunkt der Mittelkurve im Ursprung befindet, die von der Induktionsspule gelieferte Spannungen u. durch eine Folge von Glockenimpulsen mit wechselnder Polarität beschrieben werden. Die elektrischen Eigenschaften der Induktionsspule lassen sich durch eine Parallelschaltung einer Induktivität L. und einer Eigenkapazität Ci der Spule annähern (Fig. Ib).As shown in Fig. La as a graph, probe cores with S-shaped Wysteresis loops in which the turning point of the mean curve is at the origin, the voltages supplied by the induction coil and a series of bell pulses written with alternating polarity. The electrical properties of the Induction coil can be connected by a parallel connection of an inductance L. and approximate a self-capacitance Ci of the coil (Fig. Ib).

Die Hüllkurve des Spektrums der Spannungen u. zeigt (Fig. 2a), daß das günstigste Verhältnis von Nutz- zu Störsignalen erreichbar ist, wenn die untere Handgrenze einer Anpasschaltung bei einer Frequenz f = zur und die obere bei f = f gesetzt wird. Der scharfe 0 Abfall des Spannungsspektrums der induzierten Spannung u bei der oberen Frequenz f erklärt sich aus der endlichen Ummagnetisierungs-0 geschwindigkeit des Sondenkerns.The envelope curve of the spectrum of the voltages u. Shows (Fig. 2a) that the best ratio of useful to interfering signals can be achieved if the lower Hand limit of a matching circuit at a frequency f = to and the upper at f = f is set. The sharp 0 drop in the voltage spectrum of the induced voltage u at the The upper frequency f is explained by the finite remagnetization zero speed of the probe core.

Die Realisierung dieser Überlegungen mit einer Schaltungsanordnung aus passiven Bauelementen nach Fig. 2b zieht die Induktivität L. und die Eigenkapazität C. zur Bildung der ge-I 1 wünschen Übertragungscharakteristik mit heran.The realization of these considerations with a circuit arrangement the inductance L. and the self-capacitance draw from passive components according to FIG. 2b C. to form the desired I 1 transfer characteristic.

An die aus der Kapazität CD und den Widerstand gebildeten Differenzierstufe ist die Induktivität Ii in Reihe angeschlossen.To the differentiating stage formed from the capacitance CD and the resistance the inductance Ii is connected in series.

Die Ausgangsspannung wird am Widerstand RD abgenommen Der aus diesen Bauelementen gebildete Reihenschwingkreis verbessert die Übertragung im Durchlassbereich und die Dämpfung im Sperrbereich.The output voltage is taken from the resistor RD from these A series resonant circuit formed by components improves the transmission in the pass band and the attenuation in the stop band.

Die Resonanzfrequenz des Kreises kann durch Wahl von CD und RD so eingestellt werden, daß sie im Einklang ist mit der größten Anstiegsgeschwindigkeit der Induktionsspannung ui. Die Induktivität Li und die Kapazität CD bilden einen Reihenschwingkreis, der durch Wahl von CD 50 eingestellt wird, daß seine AnstiegsgeschwindigKeit mit der Anstiegsgeschwindigkeit der Induktionsspannung übereinstimmt. Damit ist der Reihenschwingkreis noch nicht in seiner Dämpfung festgelegt. Er könnte nach Anstoß schwach gedämpft ausschwingen. Durch Wahl des Widerstandes RD wird der Schwingkreis so bedämpft, daß er nur beispielsweise 1 bis 1 /2 Schwingungen ausführt.The resonance frequency of the circuit can be changed by choosing CD and RD so can be adjusted to be consistent with the greatest slew rate the induction voltage ui. The inductance Li and the capacitance CD form one Series resonant circuit, which is set by selecting CD 50, that its rate of rise corresponds to the rate of rise of the induction voltage. So is the series resonant circuit has not yet been determined in terms of its damping. He could go after Swing out the impact weakly dampened. By choosing the resistor RD, the resonant circuit damped in such a way that it only executes, for example, 1 to 1/2 oscillations.

Die an die Differenzierstufe angeschlossene Hoch- und Tie£paßanordnung, die aus der Kapazität Cf1, einem Widerstand Rf und einer weiteren Kapazität f2 besteht, dient zur Glättung der Dämpfung der differenzierten Spannung im Sperrbereich. An den Ausgangsklemmen kann das Nutzsignal u für die Weiterverarbeitung aba genommen werden.The high and low pass arrangement connected to the differentiation stage, which consists of the capacitance Cf1, a resistor Rf and a further capacitance f2, serves to smooth the damping of the differentiated voltage in the blocking range. At The useful signal u can be taken from the output terminals for further processing will.

Wegen der Filterverluste kann es bei hohen Forderungen ratsam sein, die Anpasschaltung zur Differentiation unter zu Hilfenahme von aktiven Bauelementen wie Transistoren oder Operationsverstärker aufzubauen.Because of the filter losses, it may be advisable for high demands the matching circuit for differentiation with the help of active components like transistors or operational amplifiers.

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Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE 1. Anpaßschaltung für Magnetfeldsonden zur Auswertung von magnetischen Gleich- und Wechsel feldern nach Größe und Richtung, betstehend aus einer Sonde mit magnetisierbarem Kern, der eine von einem Hilfswechselstrom durchflossene Vormagnetisierungswicklung, die den Kern periodisch in die Sättigung steuert, und eine Induktionswicklung trägt und eine an die Induktionswicklung angeschlossenen Differenzierstufe, welche ein Ausgangssignal liefert, das den Meßwert des magnetischen Feldes in zeitverschlüsselter Form enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzierstufe so bemessen wird, daß eine Begrenzung des Übertragungsbereiches für elektrische Signale erfolgt, wobei die untere Grenze im Bereich der Grund-Fequenz des Hilfswechselstromes liegt, während die obere Grenze durch die Anderungsgeschwi ndigkeit des Anstieges der Induktionsspannung festgelegt wird 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzierstufe aus einer Kombination von Widerständen und Kondensatoren besteht.PATENT CLAIMS 1. Adaptation circuit for magnetic field probes for evaluation of magnetic constant and alternating fields according to size and direction from a probe with a magnetizable core, the one from an auxiliary alternating current bias winding flowing through it, which periodically saturates the core controls, and carries an induction winding and one connected to the induction winding Differentiation stage, which provides an output signal that the measured value of the magnetic Contains field in time-encrypted form, characterized in that the differentiation stage is dimensioned so that a limitation of the transmission range for electrical Signals takes place, the lower limit being in the range of the basic frequency of the auxiliary alternating current while the upper limit is determined by the rate of change of the increase the induction voltage is set 2. Circuit according to Claim 1, characterized in that that the differentiating stage consists of a combination of resistors and capacitors consists. 3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzierstufe aus einer Folge von Tief- und Hochpässen mit geeigneter Lage der Grenzfrequenzen (fu, fo) besteht.3. A circuit according to claim 1, characterized in that the differentiating stage from a sequence of low and high passes with a suitable position of the cutoff frequencies (fu, fo) exists. 4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzierstufe aus einem Kondensator (CD), gefolgt von einem Widerstand (RD) besteht, wobei die Induktionswicklung (Li) an der Reihenschalt von Kondensator und Widerstand anliegt, während die Ausgangs&pannung (u ) am Widerstand (RD) abgenommen wird.4. A circuit according to claim 3, characterized in that the differentiating stage consists of a capacitor (CD) followed by a resistor (RD), the Induction winding (Li) is connected to the series connection of capacitor and resistor, while the output voltage (u) is picked up at the resistor (RD). a 5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionswicklung (Li) und die CD-RD-Kombination einen Reihenschwingkreis bilden, der in seiner Resonanzfrequenz auf die Ummagnetisierungsgeschwindigkeit des Sondenkerns abgestimmt ist. a 5. Circuit according to claim 4, characterized in that the induction winding (Li) and the CD-RD combination form a series resonant circuit, which in its resonance frequency is matched to the magnetic reversal speed of the probe core. 6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis durch einen geeigneten Wert des Widerstandes (RD) auf minimales Überschwingen eingestellt ist.6. A circuit according to claim 5, characterized in that the resonance circuit adjusted to minimum overshoot by a suitable value of the resistance (RD) is. 7. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tief-und Hochpässe mit aktiven Bauelementen aufgebaut sind.7. A circuit according to claim 3, characterized in that the low and High passes are built with active components.