RU2657339C1 - Magnetometric device with a ferromagnetic modulator - Google Patents

Magnetometric device with a ferromagnetic modulator Download PDF

Info

Publication number
RU2657339C1
RU2657339C1 RU2017114891A RU2017114891A RU2657339C1 RU 2657339 C1 RU2657339 C1 RU 2657339C1 RU 2017114891 A RU2017114891 A RU 2017114891A RU 2017114891 A RU2017114891 A RU 2017114891A RU 2657339 C1 RU2657339 C1 RU 2657339C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
excitation
output
module
input
ferromodulation
Prior art date
Application number
RU2017114891A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Иванович Рожков
Владимир Эристович Иванов
Original Assignee
Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Производственное объединение "Старт" имени М.В. Проценко" (АО "ФНПЦ "ПО "СТАРТ" им. М.В. Проценко")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Производственное объединение "Старт" имени М.В. Проценко" (АО "ФНПЦ "ПО "СТАРТ" им. М.В. Проценко") filed Critical Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Производственное объединение "Старт" имени М.В. Проценко" (АО "ФНПЦ "ПО "СТАРТ" им. М.В. Проценко")
Priority to RU2017114891A priority Critical patent/RU2657339C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2657339C1 publication Critical patent/RU2657339C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to a measuring technique and can be used to measure and control the induction of a magnetic field. Device consists of an excitation module, a ferromodulation transducer and a readout module. Excitation module consists of a current source, a low-pass filter, a control module, first and second key elements, and a controlled current source. Ferromodulation converter includes a ferromagnetic core with excitation windings, readout and compensation. Reader module consists of an integrator, an amplifier and a tunable filter. Device operates in a pulsed mode of measured value, has low power consumption and provides simplicity of technical realization.
EFFECT: expansion of the dynamic range of measurement of magnetic field induction.
4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля индукции магнитного поля.The invention relates to measuring technique and can be used to measure and control the induction of a magnetic field.

Для измерения индукции магнитного поля широко используются различного типа ферромодуляционные преобразователи. Для работы таких преобразователей необходимы сигналы возбуждения. Традиционно ферромодуляционные преобразователи возбуждаются на основной частоте гармоническим сигналом, при этом на выходах обмотки считывания формируется ЭДС, амплитуда которой пропорциональна индукции внешнего магнитного поля. Недостатком многих ферромодуляционных преобразователей является большое энергопотребление, которое создает трудности при разработке измерительных устройств, работающих автономно от химических источников тока. Уменьшить ток потребления можно за счет применения импульсного способа возбуждения, при этом ток потребления будет тем меньше, чем больше скважность импульсов возбуждения. Известны устройства, использующие принцип импульсного способа возбуждения.Various types of ferromodulation transducers are widely used to measure magnetic field induction. For the operation of such converters, excitation signals are necessary. Traditionally, ferromodulation converters are excited at the fundamental frequency by a harmonic signal, while an EMF is formed at the outputs of the read winding, the amplitude of which is proportional to the induction of an external magnetic field. The disadvantage of many ferromodulation converters is the high energy consumption, which creates difficulties in the development of measuring devices operating independently from chemical current sources. It is possible to reduce the consumption current by applying a pulsed excitation method, while the consumption current will be the smaller, the greater the duty cycle of the excitation pulses. Known devices using the principle of a pulsed excitation method.

К таким устройствам можно отнести, например, «Устройство для измерения величины и направления внешних магнитных полей», описанное в патенте SU №974308, МПК G01R 33/02, опубл. 1982 г. и содержащее феррозонд с двумя разомкнутыми сердечниками, блок питания, содержащий два тиристора, конденсатор, три диода и два резистора, и регистрирующее устройство. На концах каждого сердечника намотаны две согласно-последовательно включенные обмотки возбуждения и встречно-последовательно соединенные рабочие обмотки (обмотки считывания). Устройство работает на частоте переменного тока 50 Гц и формирует на обмотке считывания разность ЭДС со знаком направления внешнего магнитного поля.Such devices include, for example, "Device for measuring the magnitude and direction of external magnetic fields" described in patent SU No. 974308, IPC G01R 33/02, publ. 1982 and containing a flux-gate with two open cores, a power supply unit containing two thyristors, a capacitor, three diodes and two resistors, and a recording device. At the ends of each core, two field-wound field windings and counter-series-connected working windings (read windings) are wound. The device operates at an alternating current frequency of 50 Hz and generates an EMF difference on the read winding with a sign of the direction of the external magnetic field.

Сходными существенными признаками заявленного и вышеупомянутого устройства являются: феррозонд с обмотками возбуждения и считывания, модуль управления, блок питания (схема управления) и регистрирующее устройство.Similar essential features of the claimed and the aforementioned device are: a flux gate with field and read windings, a control module, a power supply (control circuit) and a recording device.

Недостатком устройства является ограниченный динамический диапазон измеряемой величины.The disadvantage of this device is the limited dynamic range of the measured value.

В качестве магнитометрического устройства с импульсным способом возбуждения можно привести устройство, описанное в патенте «Магнитометр, работающий с очень малой входной мощностью» (Magnetometer capable of operating with a very low input power), патент US №3541432, МПК G01R 33/02, опубл. в 1970 г. Данное устройство состоит из магнитного чувствительного элемента, источника импульсного тока, интегратора и пикового детектора. В состав магнитного чувствительного элемента входят сердечник, первая и вторая входные обмотки (обмотки возбуждения), соединенные встречно-последовательно, а также первая и вторая выходные обмотки (обмотки считывания), соединенные согласно-последовательно. Магнитный чувствительный элемент выполнен в виде специальной конструкции с винтообразным сердечником. Магнитометр обеспечивает измерение приложенного внешнего магнитного поля и может работать в импульсном режиме с очень малой мощностью входного сигнала.As a magnetometric device with a pulsed excitation method, the device described in the patent “Magnetometer capable of operating with a very low input power”, US patent No. 3541432, IPC G01R 33/02, publ. . in 1970. This device consists of a magnetic sensor, a pulse current source, an integrator and a peak detector. The composition of the magnetic sensor includes a core, first and second input windings (field windings) connected in opposite series, as well as first and second output windings (read windings) connected in series. The magnetic sensing element is made in the form of a special design with a helical core. The magnetometer provides a measurement of the applied external magnetic field and can operate in a pulsed mode with a very low input signal power.

Сходными существенными признаками данного и заявленного устройства являются: магнитный чувствительный элемент с обмотками возбуждения и считывания, источник импульсного тока и интегратор.Similar essential features of this and the claimed device are: a magnetic sensing element with excitation and read windings, a pulse current source and an integrator.

Недостатком устройства является ограниченный динамический диапазона измеряемой величины.The disadvantage of this device is the limited dynamic range of the measured value.

Известно «Устройство для измерения напряженности магнитного поля», описанное в патенте SU №815690, МПК G01R 33/02, опубл. 1981 г. и содержащее управляемый источник тока, ключ, генератор прямоугольных импульсов, феррозонд, интегратор, усилитель, пороговый блок, реверсивный счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, логический элемент И-НЕ и измерительный прибор. Работа устройства основана на автоматическом регулировании амплитуды импульсного компенсирующего поля, определяемого установленным пороговым значением. Устройство имеет повышенный ток потребления из-за необходимости постоянного подмагничивания сердечника феррозонда до насыщения.It is known "Device for measuring magnetic field strength" described in patent SU No. 815690, IPC G01R 33/02, publ. 1981 and containing a controllable current source, a key, a square-wave pulse generator, a flux gate, an integrator, an amplifier, a threshold block, a reversible pulse counter, a digital-to-analog converter, an NAND gate, and a measuring device. The operation of the device is based on automatic regulation of the amplitude of the pulse compensating field, determined by the set threshold value. The device has an increased current consumption due to the need for permanent magnetization of the core of the flux gate to saturation.

Сходными существенными признаками заявленного и вышеупомянутого устройства являются: управляемый источник тока, ключ, феррозонд, интегратор и усилитель.Similar essential features of the claimed and the aforementioned device are: a controlled current source, a key, a flux gate, an integrator and an amplifier.

Недостатком устройства является ограниченный динамический диапазон измеряемой величины из-за установленного порогового значения в пороговом блоке, что не дает возможности реагировать на малые изменения магнитного поля.The disadvantage of this device is the limited dynamic range of the measured value due to the set threshold value in the threshold block, which makes it impossible to respond to small changes in the magnetic field.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является устройство, описанное в патенте «Встроенный индукционный магнитный датчик и схема возбуждения» (Integrated fluxgate magnetic sensor and excitation circuitry), патент US №2015/0048818, МПК G01R 33/00, опубл. 2015 г. Устройство, описанное в патенте, содержит схему возбуждения, феррозондовый магнитный датчик (ферромодуляционный преобразователь) и схему считывания. Схема возбуждения содержит источник тока, фильтр, схему управления и двунаправленный ключевой модуль на основе токового зеркала. Ферромодуляционный преобразователь содержит сердечник с зазором, обмотку возбуждения с встречно-последовательными секциями и обмотку считывания, причем обмотка возбуждения выполнена посредством соединения секций с помощью мостовой схемы. Схема считывания содержит интегратор. Данное устройство работает в импульсном режиме, имеет малый ток потребления и обеспечивает измерение приложенного внешнего магнитного поля в определенных диапазонах.Closest to the technical nature of the claimed invention is the device described in the patent "Integrated fluxgate magnetic sensor and excitation circuit" (Integrated fluxgate magnetic sensor and excitation circuitry), US patent No. 2015/0048818, IPC G01R 33/00, publ. 2015. The device described in the patent contains an excitation circuit, a flux-gate magnetic sensor (ferromodulation converter), and a readout circuit. The excitation circuit contains a current source, a filter, a control circuit, and a bi-directional key module based on a current mirror. The ferromodulation converter comprises a core with a gap, an excitation winding with counter-sequential sections and a read winding, the excitation winding being made by connecting the sections using a bridge circuit. The readout circuit contains an integrator. This device operates in a pulsed mode, has a low current consumption and provides a measurement of the applied external magnetic field in certain ranges.

Общими существенными признаками с заявляемым решением являются: схема (модуль) возбуждения, содержащая источник тока, фильтр и схему (модуль) управления; ферромодуляционный преобразователь, в состав которого входят сердечник, обмотка возбуждения с встречно-последовательными секциями и обмотка считывания; а также схема (модуль) считывания с интегратором.Common essential features with the claimed solution are: a drive circuit (module) containing a current source, a filter and a control circuit (module); a ferromodulation converter, which includes a core, an excitation winding with on-off sections and a read winding; as well as a reading circuit (module) with an integrator.

Недостатком устройства является ограниченный динамический диапазон измеряемой величины. При ограниченном динамическом диапазоне определенная ориентация ферромодуляционного преобразователя в магнитном поле Земли может приводить к насыщению магнитного сердечника данного преобразователя, в результате чего он перестанет реагировать на малые изменения магнитного поля.The disadvantage of this device is the limited dynamic range of the measured value. With a limited dynamic range, a certain orientation of the ferromodulation transducer in the Earth’s magnetic field can saturate the magnetic core of this transducer, as a result of which it will cease to respond to small changes in the magnetic field.

Целью настоящего изобретения является расширение динамического диапазона измерения индукции магнитного поля.The aim of the present invention is to expand the dynamic range of measurement of magnetic field induction.

Для достижения этой цели в известное техническое решение введены новые существенные признаки, функциональные элементы и связи.To achieve this goal, a new technical solution introduced new significant features, functional elements and relationships.

Эта цель достигнута в предложенном магнитометрическом устройстве с ферромодуляционным преобразователем, которое содержит: модуль возбуждения, в состав которого входят источник тока, фильтр нижних частот (ФНЧ) и модуль управления; ферромодуляционный преобразователь, в состав которого входят ферромагнитный сердечник, обмотка возбуждения с встречно-последовательными секциями и обмотка считывания; модуль считывания, в состав которого входит интегратор, в состав модуля возбуждения дополнительно введены первый и второй ключевые элементы и управляемый источник тока, причем выход управляемого источника тока подключен к первому входу второго ключевого элемента, второй вход которого подключен к первому выходу модуля управления, первый вход первого ключевого элемента подключен к выходу источника тока, второй его вход подключен к второму выходу модуля управления, а его выход подключен к входу ФНЧ, в состав ферромодуляционного преобразователя дополнительно введена обмотка компенсации, в состав модуля считывания дополнительно введены усилитель и перестраиваемый фильтр, причем первый и второй входы усилителя подключены к обмотке считывания ферромодуляционного преобразователя, а его выход подключен к входу перестраиваемого фильтра, выход которого подключен к входу интегратора, выход которого подключен к входу управляемого источника тока, первый и второй выходы ФНЧ подключены к обмотке возбуждения ферромодуляционного преобразователя, первый и второй выходы второго ключевого элемента подключены к обмотке компенсации ферромодуляционного преобразователя. Перестраиваемый фильтр выполнен с возможностью функционирования в виде фильтра нижних частот, или медианного фильтра, или с возможностью совмещения функций того и другого.This goal is achieved in the proposed magnetometric device with a ferromodulation converter, which contains: an excitation module, which includes a current source, a low-pass filter (low-pass filter) and a control module; a ferromodulation converter, which includes a ferromagnetic core, an excitation winding with opposing-serial sections, and a read winding; the reading module, which includes the integrator, the first and second key elements and a controlled current source are additionally introduced into the excitation module, the output of the controlled current source being connected to the first input of the second key element, the second input of which is connected to the first output of the control module, the first input the first key element is connected to the output of the current source, its second input is connected to the second output of the control module, and its output is connected to the input of the low-pass filter, part of the ferromodulation transform The compensation winding is additionally introduced, an amplifier and a tunable filter are additionally introduced into the reader module, the first and second inputs of the amplifier are connected to the read winding of the ferromodulation converter, and its output is connected to the input of the tunable filter, the output of which is connected to the integrator input, the output of which is connected to the input of the controlled current source, the first and second outputs of the low-pass filter are connected to the excitation winding of the ferromodulation converter, the first and second outputs of the second the beam element is connected to the compensation winding of the ferromodulation converter. The tunable filter is configured to function as a low-pass filter, or a median filter, or with the possibility of combining the functions of both.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-3, на которых изображено следующее.The invention is illustrated in FIG. 1-3, which depict the following.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства, где введены обозначения: модуль возбуждения - 1, ферромодуляционный преобразователь - 2, модуль считывания - 3, источник тока - 4, первый ключевой элемент - 5, ФНЧ - 6, модуль управления - 7, управляемый источник тока - 8, второй ключевой элемент - 9, обмотка возбуждения - 10, обмотка компенсации - 11, ферромагнитный сердечник - 12, обмотка считывания - 13, усилитель - 14, перестраиваемый фильтр - 15, интегратор - 16, выход устройства - 17, внешнее магнитное поле - 18.In FIG. 1 is a structural diagram of the proposed device, where the designations are introduced: excitation module - 1, ferromodulation converter - 2, read module - 3, current source - 4, first key element - 5, low-pass filter - 6, control module - 7, controlled current source - 8, the second key element is 9, the excitation winding is 10, the compensation winding is 11, the ferromagnetic core is 12, the read winding is 13, the amplifier is 14, the tunable filter is 15, the integrator is 16, the output of the device is 17, and the external magnetic field is eighteen.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы работы устройства, где дополнительно к фиг. 1 введены обозначения: логический сигнал включения тока возбуждения - 19 со второго выхода модуля управления 7 (на втором входе первого ключевого элемента 5), логический сигнал включения тока компенсации - 20 с первого выхода модуля управления 7 (на втором входе второго ключевого элемента 9), эпюра напряжения на обмотке компенсации - 21, эпюра изменения тока в обмотке возбуждения - 22, эпюра изменения тока в обмотке считывания - 23.In FIG. 2 shows timing diagrams of the operation of the device, where in addition to FIG. 1 designations are introduced: a logical signal for switching on the excitation current - 19 from the second output of the control module 7 (at the second input of the first key element 5), a logical signal for switching on the compensation current - 20 from the first output of the control module 7 (at the second input of the second key element 9), plot voltage on the compensation winding - 21, plot current changes in the excitation winding - 22, plot current changes in the read winding - 23.

На фиг. 3 приведена функциональная схема примерного варианта реализации предлагаемого устройства, выполненного с использованием элементной базы с высокой степенью интеграции.In FIG. 3 shows a functional diagram of an exemplary embodiment of the proposed device, made using the element base with a high degree of integration.

Предложенное устройство (фиг. 1-2) работает следующим образом.The proposed device (Fig. 1-2) works as follows.

Устройство состоит из трех частей - модуля возбуждения 1, ферромодуляционного преобразователя 2 и модуля считывания 3. Ферромодуляционный преобразователь 2 состоит из одного или двух стержней, выполненных из намагничиваемого материала и являющихся чувствительными элементами, и содержит три обмотки: обмотку возбуждения 10 с встречно-последовательными секциями, обмотку компенсации 11 и обмотку считывания 13. Модуль управления 7 формирует логические сигналы включения токов возбуждения (эпюра 19 на фиг. 2) и компенсации (эпюра 20 на фиг. 2), которые повторяются с периодом следования Т. Логический сигнал включения тока компенсации поступает на второй (управляющий) вход второго ключевого элемента 9, к первому (информационному) входу которого подключен выход управляемого источника тока 8, формирующего ток компенсации. В интервалы времени (ta1-tc1), (ta2-ta2), повторяющиеся с периодом Т на фиг. 2, ток компенсации определенной величины проходит через второй открытый ключевой элемент 9 и поступает в обмотку компенсации 11. Эпюра 21 напряжения на обмотке компенсации изображена на фиг. 2. Под воздействием этого импульсного тока ферромагнитный сердечник 12 перемагничивается, устраняя при этом остаточное (фоновое) магнитное поле, и подготавливается непосредственно к процессу измерения индукции внешнего магнитного поля 18, которое происходит в интервалы времени (tb1-tc1), (td2-ta2) на фиг. 2. В течение этих интервалов времени ток возбуждения с выхода источника тока 4 проходит через открытый первый ключевой элемент 5 и через ФНЧ 6 и далее поступает в обмотку возбуждения 10. Эпюра 22 изменения тока в обмотке возбуждения изображена на фиг. 2. ФНЧ 6 ограничивает скорость нарастания тока возбуждения, что в свою очередь устраняет паразитные резонансные высокочастотные возмущения ферромодуляционного преобразователя. В результате воздействия на ферромагнитный сердечник 12 токов компенсации и возбуждения, а также внешнего магнитного поля, в обмотке считывания 13 будет возникать ЭДС, пропорциональная разности индукций внешнего магнитного поля 18 и поля, наведенного в обмотке компенсации. Изменения напряжения ЭДС (сигналы считывания на выходах обмотки считывания 13) показаны на эпюре 23 фиг. 2. В модуле считывания 3 сигналы считывания поступают на усилитель 14 и далее через перестраиваемый фильтр 15 и интегратор 16 - на выход устройства 17. Расширение динамического диапазона измерения индукции магнитного поля происходит за счет компенсации индукции внешнего магнитного поля, приводящей в насыщение ферромагнитный сердечник 12 ферромодуляцирнного преобразователя. Смысл компенсации внешнего магнитного поля заключается в том, чтобы чувствительный элемент ферромагнитного сердечника 12 в момент измерения был не в насыщении, а усилитель 14 находился в заданной рабочей точке. Этот процесс обеспечивается путем формирования внутреннего поля, создаваемого током в обмотке компенсации. Обратная связь с выхода интегратора 16 схемы считывания 3 на вход управляемого источника тока 8 позволяет обеспечить необходимый уровень тока для оптимальной компенсации, который обеспечивается управляемым источником 8. Перестраиваемый фильтр 15 выполнен с возможностью функционирования в виде фильтра нижних частот, или медианного фильтра, или с возможностью совмещения функций того и другого. Обычно в магнитометрических устройствах применяют фильтры нижних частот для устранения высокочастотных наводок и помех. Необходимость использования медианного фильтра вызвана распространением мобильных средств связи, вызывающих мощные импульсные наводки. При необходимости, использование медианного фильтра позволит исключить одиночные мощные выбросы в тракте измерения индукции магнитного поля.The device consists of three parts - the excitation module 1, the ferromodulation transducer 2 and the reading module 3. The ferromodulation transducer 2 consists of one or two rods made of magnetizable material and which are sensitive elements, and contains three windings: excitation winding 10 with counter-consecutive sections , compensation winding 11 and read winding 13. The control module 7 generates logic signals for switching on the excitation currents (plot 19 in Fig. 2) and compensation (plot 20 in Fig. 2), which ovtoryayutsya with a repetition period of T. The logic signal switching compensation current supplied to the second (control) input of the second key member 9, to the first (information) input of which is connected to the output current source 8 forming the compensation current. At time intervals (t a1 -t c1 ), (t a2 -t a2 ), repeated with a period T in FIG. 2, a compensation current of a certain magnitude passes through the second open key element 9 and enters the compensation winding 11. The voltage plot on the compensation winding 21 is shown in FIG. 2. Under the influence of this pulsed current, the ferromagnetic core 12 is magnetized over, eliminating the residual (background) magnetic field, and is prepared directly for measuring the induction of the external magnetic field 18, which occurs at time intervals (t b1 -t c1 ), (t d2 -t a2 ) in FIG. 2. During these time intervals, the excitation current from the output of the current source 4 passes through the open first key element 5 and through the low-pass filter 6 and then enters the excitation winding 10. The current change in the excitation winding diagram 22 is shown in FIG. 2. The low-pass filter 6 limits the rate of rise of the excitation current, which in turn eliminates spurious resonant high-frequency perturbations of the ferromodulation converter. As a result of exposure to the ferromagnetic core 12 of the compensation and excitation currents, as well as an external magnetic field, an EMF proportional to the difference between the inductions of the external magnetic field 18 and the field induced in the compensation winding will occur in the read winding 13. Changes in the voltage of the EMF (read signals at the outputs of the read winding 13) are shown in diagram 23 of FIG. 2. In the reading module 3, the reading signals are fed to the amplifier 14 and then through the tunable filter 15 and the integrator 16 to the output of the device 17. The dynamic range of the measurement of the magnetic field is expanded by compensating the induction of the external magnetic field, which saturates the ferromagnetic core 12 of the ferromodular transducer. The meaning of the compensation of the external magnetic field is that the sensitive element of the ferromagnetic core 12 at the time of measurement is not saturated, and the amplifier 14 is at a given operating point. This process is ensured by the formation of an internal field created by the current in the compensation winding. Feedback from the output of the integrator 16 of the readout circuit 3 to the input of the controlled current source 8 makes it possible to provide the necessary current level for optimal compensation, which is provided by the controlled source 8. The tunable filter 15 is configured to function as a low-pass filter, or a median filter, or with combining the functions of both. Typically, magnetometric devices use low-pass filters to eliminate high-frequency interference and interference. The need to use a median filter is caused by the proliferation of mobile communications, causing powerful pulse pickups. If necessary, the use of a median filter will eliminate single powerful emissions in the magnetic field induction measuring path.

Устройство работает в импульсном режиме измеряемой величины. В дополнение к расширению динамического диапазона измерения индукции магнитного поля предлагаемое устройство может обладать сверхнизким энергопотреблением. Для обеспечения такого энергопотребления и возможности долговременной работы от химических источников тока (батарей) устройство может выполнять свою функцию при импульсном режиме с неограниченно большой скважностью. В примере реализации устройства, приведенного на фиг. 3, обеспечиваются следующие параметры: длительность импульса компенсации 80 мкс, длительность импульса возмущения 10 мкс, период следования импульсов Т равен 10 мс.The device operates in a pulsed mode measured value. In addition to expanding the dynamic range of measurement of magnetic field induction, the proposed device may have ultra-low power consumption. To ensure such energy consumption and the possibility of long-term operation from chemical current sources (batteries), the device can perform its function in a pulsed mode with unlimited duty cycle. In the example implementation of the device shown in FIG. 3, the following parameters are provided: compensation pulse duration 80 μs, disturbance pulse duration 10 μs, pulse repetition period T equal to 10 ms.

Пример реализации устройства (фиг. 3) обеспечивает простоту технической реализации и состоит из двух основных компонентов: датчика индукции магнитного поля НВ0391.2-35 производства ООО «НПО ЭНТ» (Отделение средств магнитометрии, г. С.-Петербург), который выполняет функцию ферромодуляционного преобразователя 2, и микроконтроллера EFM32TG822F8 фирмы «Energy Micro AS». ФНЧ 6 в простейшем случае состоит из резистора R3 и конденсатора С1. Усилитель 14 состоит из операционного усилителя и резисторов R1 и R2, которые размещены внутри контроллера. Резистор R4 является принадлежностью второго ключевого элемента 9 и выполняет функцию токоограничивающего резистора обмотки компенсации 11. Элементы 4, 5, 7, 8, 9, 15 и 16 устройства, приведенные на фиг. 1, в примере устройства на фиг. 3 реализованы с помощью внутренних компонентов микроконтроллера и функционируют под управлением программы, зашитой в памяти (Flash Memory) микроконтроллера.An example implementation of the device (Fig. 3) ensures the simplicity of technical implementation and consists of two main components: magnetic field induction sensor HB0391.2-35 manufactured by NPO ENT LLC (Department of Magnetometry, St. Petersburg), which performs the function a ferromodulation converter 2, and an EFM32TG822F8 microcontroller from Energy Micro AS. The low-pass filter 6 in the simplest case consists of a resistor R3 and a capacitor C1. The amplifier 14 consists of an operational amplifier and resistors R1 and R2, which are placed inside the controller. Resistor R4 is an accessory of the second key element 9 and functions as a current limiting resistor of compensation winding 11. Elements 4, 5, 7, 8, 9, 15, and 16 of the device shown in FIG. 1, in the example device of FIG. 3 are implemented using the internal components of the microcontroller and operate under the control of a program wired in the memory (Flash Memory) of the microcontroller.

Датчик НВ0391.2-35 по классической схеме возбуждения требует обеспечить ток возбуждения не менее 5 мА и ток, необходимый для компенсации магнитного поля Земли, - до 5 мА. Используя импульсный способ возбуждения датчика, можно значительно снизить энергопотребление устройства. Пример реализации устройства (фиг. 3), работающего в полосе частот от 0,01 Гц до 5 Гц и имеющего вышеописанную структуру сигналов (фиг. 2), потребляет не более 0,15 мА. Таким образом, устройство, собранное по традиционной классической схеме, от стандартной батареи емкостью, например, 2000 мА/ч проработает около 10 суток, в то время как пример реализации устройства (фиг. 3) проработает около 500 суток (более полутора лет).The HB0391.2-35 sensor according to the classical excitation scheme requires providing an excitation current of at least 5 mA and a current required to compensate the Earth's magnetic field up to 5 mA. Using the pulse method of exciting the sensor, it is possible to significantly reduce the power consumption of the device. An example implementation of the device (Fig. 3), operating in the frequency band from 0.01 Hz to 5 Hz and having the above signal structure (Fig. 2), consumes no more than 0.15 mA. Thus, the device, assembled according to the traditional classical scheme, from a standard battery with a capacity of, for example, 2000 mA / h, will work for about 10 days, while the example implementation of the device (Fig. 3) will work for about 500 days (more than one and a half years).

Введенные в известное устройство дополнительные признаки и функциональные связи позволяют придать предлагаемому устройству новые существенные свойства.Introduced into the known device additional features and functional relationships can give the proposed device new significant properties.

Claims (4)

1. Магнитометрическое устройство с ферромодуляционным преобразователем, содержащее: модуль возбуждения, в состав которого входят источник тока, фильтр нижних частот (ФНЧ) и модуль управления; ферромодуляционный преобразователь, в состав которого входят ферромагнитный сердечник, обмотка возбуждения с встречно-последовательными секциями и обмотка считывания; модуль считывания, в состав которого входит интегратор, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что в состав модуля возбуждения дополнительно введены первый и второй ключевые элементы и управляемый источник тока, причем выход управляемого источника тока подключен к первому входу второго ключевого элемента, второй вход которого подключен к первому выходу модуля управления, первый вход первого ключевого элемента подключен к выходу источника тока, второй его вход подключен к второму выходу модуля управления, а его выход подключен к входу ФНЧ, в состав ферромодуляционного преобразователя дополнительно введена обмотка компенсации, в состав модуля считывания дополнительно введены усилитель и перестраиваемый фильтр, причем первый и второй входы усилителя подключены к обмотке считывания ферромодуляционного преобразователя, а его выход подключен к входу перестраиваемого фильтра, выход которого подключен к входу интегратора, выход которого подключен к входу управляемого источника тока, первый и второй выходы ФНЧ подключены к обмотке возбуждения ферромодуляционного преобразователя, первый и второй выходы второго ключевого элемента подключены к обмотке компенсации ферромодуляционного преобразователя.1. A magnetometric device with a ferromodulation converter, comprising: an excitation module, which includes a current source, a low-pass filter (LPF) and a control module; a ferromodulation converter, which includes a ferromagnetic core, an excitation winding with opposing-serial sections, and a read winding; a reading module, which includes an integrator, the output of which is the output of the device, characterized in that the first and second key elements and a controlled current source are additionally introduced into the excitation module, and the output of the controlled current source is connected to the first input of the second key element, the second input which is connected to the first output of the control module, the first input of the first key element is connected to the output of the current source, its second input is connected to the second output of the control module, and its the stroke is connected to the input of the low-pass filter, a compensation winding is additionally introduced into the composition of the ferromodulation converter, an amplifier and a tunable filter are additionally introduced into the reader module, the first and second inputs of the amplifier are connected to the read winding of the ferromodulation converter, and its output is connected to the tunable filter input, the output of which connected to the input of the integrator, the output of which is connected to the input of a controlled current source, the first and second outputs of the low-pass filter are connected to the excitation winding of the fer of the modulation converter, the first and second outputs of the second key element are connected to the compensation winding of the ferromodulation converter. 2. Магнитометрическое устройство с ферромодуляционным преобразователем по п. 1, отличающееся тем, что перестраиваемый фильтр выполнен с возможностью функционирования в виде фильтра нижних частот.2. A magnetometric device with a ferromodulation converter according to claim 1, characterized in that the tunable filter is configured to function as a low-pass filter. 3. Магнитометрическое устройство с ферромодуляционным преобразователем по п. 1, отличающееся тем, что перестраиваемый фильтр выполнен с возможностью функционирования в виде медианного фильтра.3. A magnetometric device with a ferromodulation converter according to claim 1, characterized in that the tunable filter is configured to function as a median filter. 4. Магнитометрическое устройство с ферромодуляционным преобразователем по п. 1, отличающееся тем, что перестраиваемый фильтр выполнен с возможностью совмещения функций фильтра нижних частот и медианного фильтра.4. A magnetometric device with a ferromodulation converter according to claim 1, characterized in that the tunable filter is configured to combine the functions of a low-pass filter and a median filter.
RU2017114891A 2017-04-26 2017-04-26 Magnetometric device with a ferromagnetic modulator RU2657339C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017114891A RU2657339C1 (en) 2017-04-26 2017-04-26 Magnetometric device with a ferromagnetic modulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017114891A RU2657339C1 (en) 2017-04-26 2017-04-26 Magnetometric device with a ferromagnetic modulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2657339C1 true RU2657339C1 (en) 2018-06-13

Family

ID=62620293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017114891A RU2657339C1 (en) 2017-04-26 2017-04-26 Magnetometric device with a ferromagnetic modulator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2657339C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021194399A1 (en) * 2020-03-26 2021-09-30 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) A filter component for use in an electric circuitry

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU901951A1 (en) * 1980-06-13 1982-01-30 Предприятие П/Я А-1742 Device for measuring magnetic field parameters
RU2118831C1 (en) * 1997-06-09 1998-09-10 Акционерное общество Раменское приборостроительное конструкторское бюро Gear measuring magnetic fields
JP2010107460A (en) * 2008-10-31 2010-05-13 Sanyo Electric Co Ltd Magnetic sensor control circuit and magnetometric field measuring device
US20150048818A1 (en) * 2013-08-15 2015-02-19 Texas Instruments Deutschland Gmbh Integrated fluxgate magnetic sensor and excitation circuitry

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU901951A1 (en) * 1980-06-13 1982-01-30 Предприятие П/Я А-1742 Device for measuring magnetic field parameters
RU2118831C1 (en) * 1997-06-09 1998-09-10 Акционерное общество Раменское приборостроительное конструкторское бюро Gear measuring magnetic fields
JP2010107460A (en) * 2008-10-31 2010-05-13 Sanyo Electric Co Ltd Magnetic sensor control circuit and magnetometric field measuring device
US20150048818A1 (en) * 2013-08-15 2015-02-19 Texas Instruments Deutschland Gmbh Integrated fluxgate magnetic sensor and excitation circuitry

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021194399A1 (en) * 2020-03-26 2021-09-30 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) A filter component for use in an electric circuitry

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100993928B1 (en) Magnetic bridge type current sensor, magnetic bridge type current detecting method, and magnetic bridge for use in that sensor and detecting method
FI90142B (en) ENLIGGED COMPENSATION SPEED FACTORY FOUNDATION FOER STROEM
JP2007199069A (en) Pulse excitation and sample detection flux gate type magnetometer
US3649908A (en) Magnetic field gradiometer utilizing a pair of cores driven by a blocking oscillator
RU2657339C1 (en) Magnetometric device with a ferromagnetic modulator
DE60218136D1 (en) Slow diffusion and flux of molecules measured by nuclear magnetic resonance with pulsed field gradients using the longitudinal magnetization of non-proton isotopes
ES2294966B1 (en) "LOW CONSUMPTION CURRENT TRANSDUCER".
JP2019211450A (en) Magnetic field sensor
RU2437113C2 (en) Digital ferroprobe magnetometre
RU2382375C1 (en) Digital ferroprobe magnetometre
RU2191398C2 (en) Device measuring intensity of magnetic field
Weiss et al. Excess magnetic noise in orthogonal fluxgates employing discontinuous excitation
RU2103703C1 (en) Flux-gate magnetometer
SU945835A1 (en) Magnetometer
SU832502A1 (en) Method of device measuring magnetic field
RU2386976C1 (en) Digital ferroprobe magnetometre
RU2757650C1 (en) Ferrozone magnetometric sensor
US12061214B2 (en) Method of reducing noise in a fluxgate current transducer
Malane et al. Design methodology of square wave excited ring core for fluxgate sensor
RU2413235C1 (en) Digital ferroprobe magnetometre
RU213388U1 (en) Ferroprobe magnetometer
SU721782A1 (en) Differential sensor of magnetic field
RU2462729C2 (en) Device for measuring magnetisation curve of ferromagnetic materials
JP2015114205A (en) Magnetic field detector and control method of magnetic field detector
RU1775693C (en) Method and device for measuring magnetic field intensity