SU561915A1 - Ferrite Magnetic Modulation Gradiometer - Google Patents

Description

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого градиентометра; иа фиг. 2-временные диаграммы, по сн ющие принцип его работы. Градиентометр состоит из двух пар соосных ферритовых стержней-концентраторов 1 и 2 (фиг. 1), оси которых строго параллельны между собой. Кажда  пара концентраторов магнитосв зана между собой через ферритовые кольца-модул тора 3 и 4, соответственно. На модул торах размещены обмотки посте нного смещени  5 и 6, запитываемые от высокостабильного -источника посто нного тока 7, и обмотки переменного тока возбуждени  8 и 9, запитываемые от общего генератора возбуждени  10 через органы регулировки амплитуды и фазы И и 12. На оси симметрии градиентометра расположен неперемагничиваемый ферритовый сердечник 13, на котором размещена обща  сигнальна  катущка 14, настраиваема  на частоту возбуждени  емкостью 15. Сигнальна  катущка 14 включена на вход согласующего устройства 16, далее следует усилитель высокой частоты 17, фазовый детектор 18, усилитель огибающей 19, с выхода которого снимаетс  полезный сигнал. На фиг. 2 прин тые следующие обозначени : Vg(l) ) - зависимости действующих магнитных проницаемостей первого и второго долуэлементов от величины магнитного пол  в модул торе; i(0 2(0-переменные магнитные пол  возбуждени  первого и второго полуэлементов градиентометра; На - посто нное магнитное поле смещени  долуэлемеитов градиентометра; - зависимости действующих проницаемостей первого и второго полуэлементов от времени. Градиентометр .работает следующим образом . В исходном состо нии при равенстве нулю переменных составл ющих полей возбуждени  l-ii(t) и Jriz(t} (точка о на фиг. 2) кольцо-модул тор 3 первого полуэлемента имеет некоторую исходную магнитную проницаемость , обусловленную током смещени , в результате чего весь первый полуэлемёнт имеет действующую магнитную проницаемость jj-, определ емую точкой 0. Соответственно кольцо-модул тор 4 второго полуэлемента, наход щийс  под действием такого же смещени  посто нного пол , обеспечивает в исходном положении проницаемость второго полуэлемента , также равную Vg. При подаче противофазных переменных полей возбуждени  Ui(t) и (0. в модул торы соответствующих полуэлементов, как это видно на фиг. 2, их суммарна  проницаемость не мен етс  во времени и остаетс  равной y-g,, поскольку И, (t) -Н, (t), t (t) - - i (t). (1) Дл  обеспечени  этого услови  модул торы полуэлементов возбуждаютс  общим генератором 11) через органы регулировки амплитуды и фазы тока возбуждени , что позвол ет с большой точностью скомпенсировать естестВенный раэбаланс схемы, по вл ющийс  изза разброса в параметрах модул торов. Ь,сли на градиентометр воздействует равномерное внещнее поле , то первый полуэлемент создает в сигнальной катущке переменный магнитный поток Ф.:./С,)8а.(2) где /Ci - коэффициент св зи, определ емый геометрией расположени  первого нолуэлемента и сигнальной катущки; 5 - площадь поперечного сечени  сердечника сигнальной катушки; действующа  проницаемость сложного магнитопровода, состо щего из первого полуэлемента и сердечника сигнальной катушки (силова  лини  А на фиг. 1). Аналогично второй полуэлемент создает поток ,(t) K,.(t)H,.(3) Ввиду полной симметрии схемы и с учетом выполнени  условий (1J можно считать Ai Л2 Кз и .W-(4) Тогда в рассматриваемом случае воздействи  .равномерного пол  U суммарный магнитный поток на частоте возбуждени , сцепленный с сигнальной катушкой ф ф, + ф, ::. K-S Яз«14 (). + V-sMn Q- (5) Если поле неравномерно, то есть имеетс  некоторый градиент пол  /ij одлежащий измерению, то исходные рабочие очки модул торов перемест тс  по кривой ig(ti) несимметрично, поэтому .)Тогда будет иметь место некоторый результирующий магнитный поток 0, который создает в сигнальной катущке э. д. с. разбаланса е - Wc , где Wg - число витков сигнальной катушки; Q - добротность контура. Нри малых значени х ДЯ величина этой .д. с. пропорциональна градиенту пол . Основные преимущества предлагаемого градиентометра следующие;FIG. 1 shows the block diagram of the proposed gradiometer; FIG. 2-time diagrams, explaining the principle of its work. The gradiometer consists of two pairs of coaxial ferrite hub rods 1 and 2 (Fig. 1), the axes of which are strictly parallel to each other. Each pair of hubs is magneto bonded to each other through ferrite modulator rings 3 and 4, respectively. On the modulators, there are windings of constant displacement 5 and 6, fed from a highly stable source of direct current 7, and alternating current windings 8 and 9, fed from a common excitation generator 10 through amplitude and phase adjustments I and 12. On the axis of symmetry gradiometer is a non-magnetizable ferrite core 13, on which is placed a common signal coil 14, tunable to the excitation frequency with a capacity of 15. Signal coil 14 is connected to the input of the matching device 16, further follows 17 l of high frequency, the phase detector 18, the envelope amplifier 19, the output of which the useful signal is removed. FIG. 2, the following notation is used: Vg (l)) —dependencies of the effective magnetic permeabilities of the first and second depth elements on the magnitude of the magnetic field in the modulator; i (0 2 (0-variable magnetic fields of excitation of the first and second half-elements of the gradiometer; On - constant magnetic field of displacement of the degrees of gradimeters of the gradiometer; - dependencies of the current permeabilities of the first and second half-elements on time. The gradiometer. works as follows. In the initial state with equality the zero of the variable components of the excitation fields l-ii (t) and Jriz (t} (point o in Fig. 2) the ring-modulator 3 of the first half cell has some initial magnetic permeability due to the bias current, as a result of its entire first half element has a valid magnetic permeability jj- defined by point 0. Accordingly, the ring modulator 4 of the second half element, under the effect of the same displacement of the constant field, ensures in the initial position the second half element permeability equal to Vg. antiphase variable excitation fields Ui (t) and (0. In the modulators of the corresponding half-cells, as can be seen in Fig. 2, their total permeability does not change with time and remains equal to yg, because AND, (t) -H, ( t), t (t) - - i (t). (1) To ensure this condition, the half-cell modulators are excited by a common generator 11) through the amplitude and phase control current of the field current, which allows for a high accuracy to compensate for the natural balance of the circuit caused by the variation in the modulators. B, if the gradiometer is affected by a uniform external field, the first half element creates a variable magnetic flux F: ./ C,) 8a in the signal coil (2) where / Ci is the coupling coefficient determined by the geometry of the first null element and the signal coil ; 5 is the cross-sectional area of the core of the signal coil; the effective permeability of a complex magnetic circuit consisting of the first half-cell and the core of the signal coil (power line A in FIG. 1). Similarly, the second half-cell creates a flow, (t) K,. (T) H,. (3) In view of the complete symmetry of the circuit and taking into account the fulfillment of the conditions (1J, we can assume that Ai L2 Ks and .W- (4) Then in the considered case of action. uniform field U total magnetic flux at the excitation frequency coupled to the signal coil ff, + f, ::. KS Jaz "14 (). + V-sMn Q- (5) If the field is uneven, i.e. there is some gradient field / ij can be measured, then the original modulator operating points move along the ig (ti) curve asymmetrically, therefore.) Then there will be some result ruyuschy magnetic flux 0 which generates a signal katuschke e. d. the unbalance e - Wc, where Wg is the number of turns of the signal coil; Q is the contour Q factor. At low values, the value of this .d. with. proportional to the gradient of the floor. The main advantages of the proposed gradiometer are as follows;

простота и технологичность конструкции, определ емые иснользованием только стандартных ферритовых элементов-стержней и колец;simplicity and manufacturability of the design, determined by using only standard ferrite rod elements and rings;

минимальное количество сигнальных катушек и вытекающа  отсюда цростота реализации резонансного реЖИма с высокой добротностью;the minimum number of signal coils and the consequent ease of implementation of the resonance mode with high quality;

простота электроники, определ ема  наличием лишь одного канала приема и преобразовани  сигнала;the simplicity of the electronics, determined by the presence of only one channel of reception and conversion of the signal;

простота компенсации однородной составл ющей внешнего пол , поскольку сигналы однородного пол  вычитаютс  в сигнальной катущке;the simplicity of compensating for the homogeneous component of the external field, since the signals of the uniform field are subtracted in the signal roll;

низкий уровень собственных шумов, определ емый использованием принципа локального перемагничивани  в режиме возбуждени  первого рода (со смещением) и существенным выносом сигнальной катушки за пределы перемагничиваемого участка-модул тора на отдельный неперемагничиваемый сердечник;low level of intrinsic noise, determined by using the principle of local reversal in the excitation mode of the first kind (with displacement) and significant removal of the signal coil beyond the limits of the reversible part of the modulator region onto a separate nonmagnetized core;

простота выравнивани  коэффициентов преобразовани  полуэлементов путем изменени  параметров пол  возбуждени .the simplicity of equalizing the transformation coefficients of half elements by changing the parameters of the field of excitation.

Claims (2)

1. Афанасьев Ю. В. Феррозонды, Л., Энерги , 1969, с. 151.1. Afanasyev Yu. V. Ferrozond, L., Energie, 1969, p. 151. 2. Авторское свидетельство СССР №368560, кл. G 01R 33/00, G 01V 3/00, 1971 (прототип).2. USSR author's certificate number 368560, cl. G 01R 33/00, G 01V 3/00, 1971 (prototype). )) ,IH,)(Ih,) ( ЩоScho NN HOHO .(i). (i) SQSQ г.year у at // yv.yv. H 0 H 0 НгИ) NgI) T f.(i)T f. (I)