RU2425398C1 - Magnetic induction measuring transducer - Google Patents

Magnetic induction measuring transducer Download PDF

Info

Publication number
RU2425398C1
RU2425398C1 RU2009146591/28A RU2009146591A RU2425398C1 RU 2425398 C1 RU2425398 C1 RU 2425398C1 RU 2009146591/28 A RU2009146591/28 A RU 2009146591/28A RU 2009146591 A RU2009146591 A RU 2009146591A RU 2425398 C1 RU2425398 C1 RU 2425398C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
code
magnetic induction
differential amplifier
controlled
windings
Prior art date
Application number
RU2009146591/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009146591A (en
Inventor
Александр Иванович Человечков (RU)
Александр Иванович Человечков
Артур Ильясович Сарвартинов (RU)
Артур Ильясович Сарвартинов
Сергей Владимирович Байдиков (RU)
Сергей Владимирович Байдиков
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт геофизики Уральского отделения РАН
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 Учреждение Российской академии наук Институт геофизики Уральского отделения РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт геофизики Уральского отделения РАН
Priority to RU2009146591/28A priority Critical patent/RU2425398C1/en
Publication of RU2009146591A publication Critical patent/RU2009146591A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2425398C1 publication Critical patent/RU2425398C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: device includes a magnetic induction sensor consisting of two windings; a differential amplifier; a code-controlled capacitor box. The output of the code-controlled capacitor box is connected by two switches to each capacitor in the code-controlled capacitor box. The magnetic induction sensor, code-controlled capacitor box and differential amplifier are in form of stretched rigid structure.
EFFECT: wider working frequency range and high stability of conversion coefficient of magnetic induction.
4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам измерения магнитной индукции переменного электромагнитного поля в диапазоне частот от единиц герц до 1 МГц. Преимущественные применения - электроразведка, использующая гармонические магнитные поля: индукционные частотные и дистанционные зондирования, дипольное электромагнитное профилирование.The invention relates to devices for measuring the magnetic induction of an alternating electromagnetic field in the frequency range from units of hertz to 1 MHz. Preferred applications are electrical exploration using harmonic magnetic fields: induction frequency and remote sensing, dipole electromagnetic profiling.

Известен магнитоиндукционный преобразователь (МИП) [1], содержащий многовитковую рамку на ферритовом сердечнике. Выходное напряжение МИП поступает по подводящему кабелю на вход цифрового микровольтметра. Существенным недостатком известного преобразователя является значительное влияние паразитных емкостей подводящего кабеля при повышении рабочей частоты.Known magnetic induction Converter (MIP) [1] containing a multi-turn frame on a ferrite core. The output voltage of the MIP is supplied through the supply cable to the input of a digital microvoltmeter. A significant disadvantage of the known Converter is the significant influence of stray capacitance of the supply cable with increasing operating frequency.

Известен также измерительный преобразователь магнитной индукции [2], состоящий из индукционного измерительного преобразователя и нагруженного на измерительную цепь. Существенным недостатком этого преобразователя, как и [1], является значительное влияние паразитных емкостей подводящего кабеля при повышении рабочей частоты.Also known is a magnetic induction measuring transducer [2], consisting of an induction measuring transducer and loaded onto the measuring circuit. A significant drawback of this converter, as well as [1], is the significant influence of stray capacitance of the supply cable with increasing operating frequency.

Наиболее близким техническим решением является малогабаритный индукционный преобразователь [3], взятый нами в качестве устройства-прототипа. Устройство-прототип состоит из воздушной многовитковой петли, выходы и средняя точка которой соединены с входами и "землей" (общая шина) предварительного усилителя, подключенного к измерителю. Основным достоинством устройства-прототипа является уменьшение влияния магнитной (поперечной помехи) и электрической (продольной помехи) наводок за счет введения в схему высокочастотного индукционного фильтра.The closest technical solution is a small-sized induction converter [3], which we took as a prototype device. The prototype device consists of an air multi-turn loop, the outputs and the midpoint of which are connected to the inputs and the ground (common bus) of the pre-amplifier connected to the meter. The main advantage of the prototype device is to reduce the effects of magnetic (transverse interference) and electrical (longitudinal interference) interference due to the introduction of a high-frequency induction filter into the circuit.

Однако устройство-прототип имеет существенные недостатки:However, the prototype device has significant disadvantages:

1. Значительные габаритные размеры (до единиц метров) приемной петли.1. Significant overall dimensions (up to units of meters) of the receiving loop.

2. Значительные паразитные емкости приемной петли, что не позволяет расширение рабочих частот в область высоких частот.2. Significant parasitic capacitance of the receiving loop, which does not allow the expansion of the operating frequencies in the high frequency region.

3. Значительное влияние паразитной емкости подводящих проводов от приемной петли к измерительному устройству. Паразитная емкость сужает частотный диапазон.3. Significant influence of stray capacitance of the lead wires from the receiving loop to the measuring device. Spurious capacitance narrows the frequency range.

4. Обеспечивает преобразование только вертикальной составляющей магнитной индукции.4. Provides conversion of only the vertical component of magnetic induction.

Цель предлагаемого изобретения - расширение рабочего частотного диапазона и повышение стабильности коэффициента преобразования К (В/нТл*Гц) предлагаемого технического устройства.The purpose of the invention is to expand the operating frequency range and increase the stability of the conversion coefficient K (V / nTl * Hz) of the proposed technical device.

Поставленная цель достигается тем, что в измерительный преобразователь магнитной индукции, содержащий магнитоиндукционный датчик, состоящий из двух обмоток, соединенных последовательно и подключенных к входам дифференциального усилителя, дополнительно введен кодоуправляемый магазин емкостей, подключенный к обмоткам и к входам дифференциального усилителя, причем выход кодоуправляемого магазина емкостей подключен двумя ключами к каждой емкости, входящей в кодоуправляемый магазин емкостей, а кроме того, магнитоиндукционный датчик, кодоуправляемый магазин емкостей и дифференциальный усилитель выполнены в виде вытянутой жесткой конструкции.This goal is achieved by the fact that in the magnetic induction measuring transducer containing a magnetic induction sensor, consisting of two windings connected in series and connected to the inputs of the differential amplifier, an additional code-controlled capacitance magazine is connected, connected to the windings and the inputs of the differential amplifier, and the output of the code-controlled capacitance store connected by two keys to each capacity included in the code-controlled capacity store, and in addition, a magnetic induction sensor, to one-manned capacity magazine and differential amplifier are made in the form of an elongated rigid structure.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства.Figure 1 shows the structural diagram of the proposed device.

На фиг.2 представлена схема кодоуправляемого магазина емкостей от Cmax/215 до 2*Cmax. На фиг.3 приведена зависимость частоты от величины настраиваемой емкости и пропорциональная управляющему коду емкости.Figure 2 presents a diagram of a code-controlled store capacity from Cmax / 2 15 to 2 * Cmax. Figure 3 shows the dependence of the frequency on the value of the adjustable capacitance and proportional to the control code of the capacitance.

На фиг.4 дан общий вид разработанного измерительного преобразователя магнитной индукции на восемь рабочих: 125 Гц, 500 Гц, 1 кГц, 2 кГц, 4 кГц, 8 кГц, 16 кГц.Figure 4 is a General view of the developed measuring transducer of magnetic induction for eight workers: 125 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz, 4 kHz, 8 kHz, 16 kHz.

Предлагаемое устройство (фиг.1) содержит магнитоиндукционный датчик (МИД) 1, состоящий из двух обмоток 1-1 и 1-2, соединенных последовательно, дифференциальный усилитель 2 и кодоуправляемый магазин емкостей 3.The proposed device (figure 1) contains a magnetic induction sensor (MID) 1, consisting of two windings 1-1 and 1-2, connected in series, a differential amplifier 2 and a code-controlled tank store 3.

Блок обработки информации 4 не входит в предлагаемое техническое решение и приведен только для пояснения работы предлагаемого устройства.The information processing unit 4 is not included in the proposed technical solution and is provided only to explain the operation of the proposed device.

Предлагаемое устройство (фиг.1) работает следующим образом. Измеряемая магнитная индукция В=Bm·sin(ω0·t+φ0) направлена вдоль магнитоиндукционного датчика (МИД) 1-1 и 1-2 (фиг.1), где Bm, ω0, φ0 соответственно амплитуда, частота и фазовый сдвиг. Выходное напряжение обмоток МИД 1 определяется следующим выражением:The proposed device (figure 1) works as follows. The measured magnetic induction B = B m · sin (ω 0 · t + φ 0 ) is directed along the magnetic induction sensor (MID) 1-1 and 1-2 (figure 1), where B m , ω 0 , φ 0, respectively, the amplitude, frequency and phase shift. The output voltage of the windings MID 1 is determined by the following expression:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где К=ω0·W·µT·µ0·S, где W - количество витков, S - площадь одного витка, µT - относительная магнитная проницаемость, µ0=4π·10-7 Гн/м.where K = ω 0 · W · μ T · μ 0 · S, where W is the number of turns, S is the area of one turn, μ T is the relative magnetic permeability, μ 0 = 4π · 10 -7 GN / m.

Параллельно обмоткам МИД 1 подключается кодоуправляемый магазин емкостей 3. Величина емкости задается из условия:In parallel to the windings of MID 1, a code-controlled capacity magazine 3 is connected. The capacity value is set from the condition:

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где L - индуктивность магнитоиндукционного датчика, т.е. контур, состоящий из двух обмоток и конденсатор С0, настраивается в резонанс.where L is the inductance of the magnetic induction sensor, i.e. a circuit consisting of two windings and a capacitor C 0 is tuned to resonance.

Тогда выходные напряжения обмоток определяется выражением:Then the output voltage of the windings is determined by the expression:

U1p=-K·Q·Bm·cos(ω0·t+φ0)U 1p = -K · Q · B m · cos (ω 0 · t + φ 0 )

U2p=K·Q·Bm·cos(ω0·t+φ0)U 2p = K · Q · B m · cos (ω 0 · t + φ 0 )

где Q - эквивалентная добротность контура с учетом входных сопротивлений дифференциального усилителя 2.where Q is the equivalent Q factor of the circuit, taking into account the input resistances of differential amplifier 2.

Эти напряжения подаются на инвертирующий и не инвертирующий входы дифференциального усилителя. Выходное напряжение дифференциального усилителя без учета входного сопротивления дифференциального усилителя определяется выражениемThese voltages are applied to the inverting and non-inverting inputs of the differential amplifier. The output voltage of the differential amplifier without taking into account the input resistance of the differential amplifier is determined by the expression

Uвых=2·К·Ку·Q·Bm·cos(ω0·t+φ0)U out = K 2 · K · y · Q · B m · cos ( ω 0 · t + φ 0)

где Ку - коэффициент усиления дифференциального усилителя 2.where K y is the gain of the differential amplifier 2.

Выходное напряжение усилителя 2 поступает на блок обработки информации 4. Блок 4 также задает управляющий код для кодоуправляемого магазина емкостей 3 по n - управляющим жилам (фиг.1).The output voltage of the amplifier 2 is supplied to the information processing unit 4. Block 4 also sets the control code for the code-controlled store of tanks 3 according to n - control cores (Fig. 1).

Структурная схема кодоуправляемого магазина емкостей изображена на фиг.3 переменная емкость задается как C=f(N) путем задания соответствующего управляющего кода N (фиг.3) и подключения к входу блока 3 (фиг.1, 4) соответствующих конденсаторов с переменной емкостью Спер=Cmax/2i-1, где i=1,2…16. У каждого конденсатора имеется два ключа Ki-1 и Ki-2 для подключения к выходу блока 3 (фиг.1).The block diagram of the code-controlled capacity magazine is shown in Fig. 3; the variable capacitance is set as C = f (N) by setting the corresponding control code N (Fig. 3) and connecting the corresponding capacitors with variable capacitance C to the input of block 3 (Figs. 1, 4) per = C max / 2 i-1 , where i = 1,2 ... 16. Each capacitor has two keys K i-1 and K i-2 for connecting to the output of block 3 (figure 1).

Применение двух ключей обеспечивает устранение емкостной ассиметрии выводов кодоуправляемого магазина емкостей 2 (фиг.2) относительно общей точки соединения МИД 1 и дифференциального усилителя 2(фиг.1). Емкостная ассиметрия возникает при применении для подключения одного ключа каждого конденсатора и соединения в одну точку всех вторых выводов конденсаторов кодоуправляемого магазина емкостей 3.The use of two keys ensures the elimination of capacitive asymmetry of the conclusions of the code-controlled store of capacities 2 (FIG. 2) with respect to the common connection point of MID 1 and differential amplifier 2 (FIG. 1). Capacitive asymmetry occurs when each capacitor is used to connect one key and connect all second terminals of the capacitors of the code-controlled store of capacities 3 to one point.

Емкостная ассиметрия особенно велика при малых значениях емкости, включаемой в колебательный контур. Влияние этой ассиметрии значительно в высокочастотной области рабочего диапазона частот и вызывает изменение коэффициента усиления дифференциального усилителя (фиг.1).Capacitive asymmetry is especially large for small values of the capacitance included in the oscillatory circuit. The influence of this asymmetry is significant in the high-frequency region of the operating frequency range and causes a change in the gain of the differential amplifier (Fig. 1).

Конструктивно предлагаемое устройство выполнено в виде цельного моноблока, помещенного в защитную трубу 5 (фиг.4). Все блоки в этой трубе вытянуты вдоль трубы 4. Блоки 1-3 (фиг.1) устройства в трубе 5 жестко фиксируются с помощью непроводящих колец 6-1-6-5 (фиг.4), имеющих внешний диаметр, равный внутреннему диаметру защитной трубы 5. Для подключения предлагаемого устройства к блоку обработки информации на внешней стороне непроводящего кольца 6-1 располагается разъем 7 (фиг.4).Structurally, the proposed device is made in the form of a solid candy bar, placed in a protective pipe 5 (figure 4). All the blocks in this pipe are elongated along the pipe 4. Blocks 1-3 (Fig. 1) of the device in the pipe 5 are rigidly fixed with non-conductive rings 6-1-6-5 (Fig. 4) having an outer diameter equal to the inner diameter of the protective pipes 5. To connect the proposed device to the information processing unit on the outside of the non-conductive ring 6-1 is located connector 7 (figure 4).

Предлагаемое устройство было использовано в качестве измерительного преобразователя магнитной индукции на восьми частотах: 125 Гц*2p-1, где р=1,2…8 в аппаратуре для малоглубинных зондирований МЧ3-8. В предлагаемом устройстве удалось расширить на порядок рабочий частотный диапазон, а также повысить временную стабильность коэффициента преобразования.The proposed device was used as a measuring transducer of magnetic induction at eight frequencies: 125 Hz * 2 p-1 , where p = 1.2 ... 8 in the equipment for shallow sounding MCH3-8. In the proposed device, it was possible to expand by an order of magnitude the working frequency range, as well as to increase the temporal stability of the conversion coefficient.

Предлагаемое устройство испытано в полевых условиях в районах с высоким уровнем электромагнитных помех.The proposed device is tested in the field in areas with a high level of electromagnetic interference.

Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечено расширение частотного диапазона и повышена стабильность коэффициента преобразования магнитной индукции в электрический сигнал.Thus, in the proposed device, the expansion of the frequency range is provided and the stability of the coefficient of conversion of magnetic induction into an electrical signal is increased.

ЛитератураLiterature

1. Методические рекомендации по методу заряда с много компонентными измерениями на рудных месторождениях. - Октябрьский: ВНИИГИС, 1991, с.50-52.1. Methodological recommendations on the method of charge with multi-component measurements in ore deposits. - October: VNIIGIS, 1991, p. 50-52.

2. Г.В.Абрамзон, Ю.П.Обоишев. Индукционные измерительные преобразователи переменных магнитных полей. Л., Энергоатомиздат, 1984; с.18-22.2. G.V. Abramzon, Yu.P. Oboishev. Induction measuring transducers of variable magnetic fields. L., Energoatomizdat, 1984; p. 18-22.

3. А.К.Захаркин. Малогабаритный индукционный преобразователь. Патент России №2073257 от 23.08.1993 г. (прототип).3. A.K. Zakharkin. Small induction converter. Russian patent No. 2073257 from 08.23.1993 (prototype).

Claims (1)

Измерительный преобразователь магнитной индукции, содержащий магнитоиндукционный датчик, состоящий из двух обмоток, соединенных последовательно и подключенных ко входам дифференциального усилителя, отличающийся тем, что в него введен кодоуправляемый магазин емкостей, подключенный к обмоткам и ко входам дифференциального усилителя, причем выход кодоуправляемого магазина емкостей подключен двумя ключами к каждой емкости, входящей в кодоуправляемый магазин емкостей, а также магнитоиндукционный датчик, кодоуправляемый магазин емкостей и дифференциальный усилитель выполнены в виде вытянутой жесткой конструкции. A magnetic induction measuring transducer comprising a magneto-induction sensor, consisting of two windings connected in series and connected to the inputs of a differential amplifier, characterized in that a code-controlled capacitance magazine is connected to it and connected to the windings and to the inputs of a differential amplifier, the output of a code-controlled tank store connected by two keys to each container included in the code-controlled tank store, as well as a magnetic induction sensor, code-controlled tank store her and the differential amplifier are made in the form of an elongated rigid structure.
RU2009146591/28A 2009-12-15 2009-12-15 Magnetic induction measuring transducer RU2425398C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009146591/28A RU2425398C1 (en) 2009-12-15 2009-12-15 Magnetic induction measuring transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009146591/28A RU2425398C1 (en) 2009-12-15 2009-12-15 Magnetic induction measuring transducer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009146591A RU2009146591A (en) 2011-06-20
RU2425398C1 true RU2425398C1 (en) 2011-07-27

Family

ID=44737611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009146591/28A RU2425398C1 (en) 2009-12-15 2009-12-15 Magnetic induction measuring transducer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2425398C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1762248A1 (en) * 1990-01-22 1992-09-15 Дальневосточный политехнический институт им.В.В.Куйбышева Measuring converter of alternating current
CN2681150Y (en) * 2004-03-05 2005-02-23 马晓武 Eddy current type seismic wave detection device
CN201035156Y (en) * 2007-04-10 2008-03-12 上海凯歌电子有限公司 Metal detector and its sensor
WO2008073375A2 (en) * 2006-12-11 2008-06-19 Quasar Federal Systems, Inc. Compact underwater electromagnetic measurement system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1762248A1 (en) * 1990-01-22 1992-09-15 Дальневосточный политехнический институт им.В.В.Куйбышева Measuring converter of alternating current
CN2681150Y (en) * 2004-03-05 2005-02-23 马晓武 Eddy current type seismic wave detection device
WO2008073375A2 (en) * 2006-12-11 2008-06-19 Quasar Federal Systems, Inc. Compact underwater electromagnetic measurement system
CN201035156Y (en) * 2007-04-10 2008-03-12 上海凯歌电子有限公司 Metal detector and its sensor

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009146591A (en) 2011-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3851242A (en) Frequency-modulated eddy-current proximity gage
EP0465568B1 (en) Double tuned bird cage coil
CN104061969B (en) A kind of capacitance-type electromagnetic flow signal adapter
CN103900661A (en) Segmented liquid level sensor based on capacitance-to-digital conversion technology
CN115184849B (en) High-resolution magnetic field measuring device based on NMR probe
CN107941660B (en) A kind of the error extracting method and device of magnetic particle detection system
CN109917193A (en) A kind of dielectric constant measuring apparatus
CN102252795B (en) A capacitive cable force sensor
RU2425398C1 (en) Magnetic induction measuring transducer
CN107607893A (en) A kind of design method of high flat degree medium-high magnetic field measuring coil
RU2030713C1 (en) Electromagnetic flow meter
US3840805A (en) Device for measuring parameters of resonant lc-circuit
RU2265816C2 (en) Tool-defectoscope for detecting openings in pipeline
CN109580765A (en) A kind of anti-interference biphase gas and liquid flow measuring of phase ratio method of high-responsivity
RU2221988C1 (en) Variable-induction displacement pickup
RU2419763C1 (en) Vortex current calliper
CN108226279A (en) Towards the special fluxgate detector of buried corrosion pipeline
RU2194242C2 (en) Device for building output signal of inductive differential measurement transducer
JPS607371A (en) Apparatus for measuring capacity and resistance of highly stable superlow impedance with wide frequency range
RU2087927C1 (en) Geological survey measuring device
CN212693887U (en) Model circuit and measuring device for inversion of distributed parameters of densely wound coils
KR100361167B1 (en) A measurement system for initial permeability
CN203965376U (en) A kind of frequency measurement is surveyed the device of Measurement for Grain Moisture Content
RU2708938C1 (en) Device for measuring high pressures of gaseous media
SU1645920A1 (en) Capacitance converter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181216