В магнитометрах этого типа магниточувствительным элементом является феррозонд, который представляет собой два тонких и длинных стержня из пермаллоя (железо-никелевый сплав - магнитомягкий ферромагнетик), на которые во взаимообратном направлении намотана первичная возбуждающая обмотка. Кроме того, оба сердечника вместе с первичной обмоткой охвачены вторичной (измерительной) обмоткой (рис.4.4а). Магнитомягкие ферромагнетики характерны тем, что петля гистерезиса для них настолько узка, что ее можно рассматривать, как одну кривую (рис.4.4б). Принцип действия феррозонда состоит в следующем. С помощью внешнего источника через первичную (возбуждающую) обмотку пропускается ток частотой чаще всего 400 Гц). Если внешнее магнитное поле отсутствует, то исходная намагниченность сердечников равна нулю. При пропускании тока частотой в каждый полупериод импульсы индукции в сердечниках направлены противоположно и компенсируют друг друга (рис.4.4б). Поэтому общая индукция в ближайшем к сердечникам пространстве в каждый момент времени равна нулю и в измерительной обмотке сигнал не индуцируется, т.е. также равен нулю. При появлении внешнего поля Т (которое необходимо измерить) в каждый полупериод это поле с индукцией одного из сердечников совпадает, а индукция другого сердечника направлена противоположно, что равносильно сдвигу индукции сердечников. Общая (суммарная В ) индукция в пространстве у сердечников, складываясь, образует переменный магнитный поток, изменяющийся с частотой 2 (рис.4.2. б). Этот поток индуцирует в измерительной обмотке электрический сигнал частотой 2 и амплитудой, пропорциональной «сдвигу» индукции в обмотках - внешнему намагничивающему полю Т.
Для измерения этого поля необходимо только выделить с помощью фильтра (Ф) сигнал частотой 2 (800 Гц), усилить его усилителем (У), определить знак поля (фазу) фазочувствительным детектором (ФЧД) и измерить его амплитуду измерителем (И). При этом прибор, измеряющий амплитуду сигнала, может быть проградуирован в единицах напряженности или индукции магнитного поля. Такой феррозонд называется «феррозонд типа второй гармоники». Полезной для магнитных съемок особенностью такого феррозонда является то, что он может измерять составляющую напряженности магнитного поля, направленную по оси зонда. То есть, если поле Т будет направлено перпендикулярно сердечникам, то «сдвига» индукции в обмотках не будет и
Рис. 4.4. Принцип действия феррозондового магнитометра типа второй гармоники.
сигнала во вторичной обмотке не будет. Эта особенность позволяет проводить так называемые компонентные измерения (т.е.измерения трех составляющих по осям) индукции магнитного поля, что относится к достоинствам метода. Недостатком метода является наличие смещения нуля прибора, что даже при высоком пороге чувствительности прибора в 1нТл не позволяет проводить измерения с высокой точностью. Феррозонд имеет также другие наименования: зонд магнитного насыщения, магнитомодуляционный датчик (ММД). В зарубежной литературе он называется flux – date(флакс-гейт) - потокопропускающий. На этом принципе основаны использовавшиеся с 30-х до конца 80-х годов аэромагнитометры (АМФ-21, АММ-13 и др.), наземные магнитометры (М-17, М-29). В настоящее время на этом принципе используются скважинные магнитометры (ТСМК-30,КСП-38 и др.).
Протонные магнитометры.
Протонный магнитометр впервые был разработан в 1953 г. М. Паккардом и Р. Варианом(США) и в СССР - в 1957 г.А. Я. Ротштейном и В. С. Цирелем. Эти магнитометры основаны на принципе свободной ядерной прецессии протонов -ядер атома водорода. Протон как движущаяся вращающаяся заряженная частица обладает определенным моментом количества движения (спином) р и магнитным моментом .Магнитное поле протона аналогично полю стержневого магнита, ориентированного вдоль оси вращения частицы. Протон как магнит стремится установиться своей магнитной осью в направлении магнитного поля Земли (как магнитная стрелка компаса), а свойство гироскопа (волчка)препятствует этому. Поэтому ось вращения (и магнитный момент) протона начинает описывать конические поверхности вокруг направления вектора внешнего магнитного поля Т ВН . (рис.4.5,а). Такое движение называется прецессией. Прецессия называется свободной, если она происходит без воздействия на систему протонов внешних сил.
Рис. 4.5. Принцип действия ядерно-протонных магнитометров.
Теоретически установлено и экспериментально подтверждено, что частота свободной прецессии протонов в магнитном поле прямо пропорциональна модулю вектора напряженности Т ВН
. внешнего магнитного поля и связана с ним простым соотношением, которое называется равенством Лармора: f=(
где = р/
- гиромагнитное отношение протона, т.е. отношение его механического момента вращения р к магнитному моменту . Поскольку постоянная величина определена с очень высокой точностью (относительная погрешность порядка 10 -6) и не зависит от любых внешних факторов (температура, давление и др.), результаты измерений этим способом характеризуются очень высокой точностью и стабильностью.
Магнитные моменты различных протонов ориентированы антипараллельно, поэтому в обычном состоянии вследствие тепловых соударений частиц магнитные моменты отдельных протонов ориентированы хаотично и их суммарный магнитный момент близок к нулю. Поэтому используются специальные способы поляризации рабочего вещества, т.е.ориентировки магнитных моментов элементарных частиц - протонов. Для измерения магнитного поля удобнее всего использовать простейшие атомные ядра - протоны, так как они в жидкостях дают наиболее острый и интенсивный резонанс. Магнитоизмерительный преобразователь (МИП) представляет собой сосуд с протонсодержащей жидкостью (обычно это был очищенный керосин), помещенный в катушке с проводом (рис.4.5 б). Если через обмотку МИП пропустить сильный электрический ток, создающий в направлении оси катушки магнитное поле НК напряженностью порядка 100 Э (переключатель К подключен к блоку питания), то под действием поля НК происходит магнитная поляризация рабочего вещества – множество содержащихся в нем протонов приобретут ориентировку магнитных моментов в направлении вектора напряженности магнитного поля Н к. После резкого отключения тока (переключатель К подключается к частотомеру)протоны начнут согласованно прецессировать вокруг вектора напряженности внешнего магнитного поляТ , наводя в той же обмотке катушке Э.Д.С. с частотой прецессии. Через несколько секунд прецессия затухает из-за теплового соударения частиц и потери синфазности прецессии протонов, но этого времени вполне достаточно, чтобы преобразовать сигнал и определить его частоту. Частотный выход прибора обеспечивает возможность регистрации результатов измерений в цифровом виде. Основным методом измерений частоты сигнала свободной прецессии в протонных магнитометрах является метод подсчета числа периодов (сигналов) прецессии в течение фиксированного интервала времени, определяемого по периодам эталонной частоты специального кварцевого генератора. Регистрации показаний может осуществляться различными устройствами: аналоговым самописцем (или фотоосциллографом); цифропечатающим устройством; цифровым перфораторным или магнитным регистратором ит. д.Иногда для удобства непосредственно записывают не частоту сигнала ядерной прецессии, а частоту биений, образующихся между частотой сигналов прецессии и эталонной частотой специального кварцевого генератора (близкой к частоте прецессии): f б = f с – f кв г Данный метод обеспечивает большую точность измерений частоты, но мало пригоден для их автоматизации. Можно поступить наоборот: обеспечить подсчет периодов эталонной частоты в течение фиксированного числа сигналов ядерной прецессии. В этом случае получается цифровой результат, обратно пропорциональный индукции поля, что не позволяет производить непосредственный отсчет в единицах магнитной индукции, как в предыдущем случае. Но в данном методе не требуется умножитель частоты, необходимый при непосредственных отсчетах показаний. В последних модификациях ядерно-протонных магнитометров применяется метод динамической поляризации. В методе динамической поляризации ядер используется эффект Оверхаузера, заключающийся в том, что в некоторых веществах с сильным взаимодействием ядерных спинов с электронными можно создать дополнительную поляризацию одной спиновой системы, например, ядерной, за счет поляризации другой, например, электронной. Рабочее вещество возбуждается на частоте электронного резонанса с помощью радиочастотного поля (примерно 56 МГц), а передача энергии протонам происходит за счет внутренних взаимодействий. Существует класс веществ, для которых может быть реализовано указанное явление. К ним принадлежат растворы натрия в аммиаке, растворы в органических жидкостях ряда свободных устойчивых радикалов гидразинового ряда (в частности, дифенил-пикрилгидрозил), а также водные и бензольные растворы свободного радикала дисульфонатапироксиламина (соль Фреми) и некоторых других радикалов. Перечисленные растворы дают возможность наблюдать динамическую поляризацию в слабых магнитных полях, в том числе в земном магнитном поле. Метод динамической поляризации позволяет сократить продолжительность циклаизмерения, а также проводить измерения одновременно с процессом поляризации. К недостаткам метода следует отнести недолговечность некоторых видов рабочего вещества, что создает неудобства при производственных магнитных съемках. На методике динамической поляризации ядер построены отечественные протонные магнитометры ММП-203М, аэромагиитометры ММВ-215. Канадская фирма Geotech разработала на этом принципе вертикальный аэромагнитометр-градиентометр GRAD-1 с чувствительностью 0,01нТл для каждого датчика и 0,025 нТл/м для градиентных измерений. Протонные магнитометры обладают высокой точностью (1 нТл), стабильностью работы, высокой производительностью, не требуют нивелировки и мало чувствительны к отклонениям от оптимальной ориентировки МИП прибора при измерении. В настоящее время это наиболее широко применяемые приборы при проведении наземных съемок (ММП-203М, МИНИМАГ), аэромагнитных (ММС-213, ММС-214) и гидромагнитных (АПМ-3, МПМ-3) съемок, а также скважинных магнитных измерений(МСП-2).Полевые протонные магнитометры ММП-203, ММП-203М, МИНИМАГконструктивно выполнены в виде двух раздельных блоков – магнитоизмерительного преобразователя (датчика) и измерительного пульта. Датчик протонного (ядерного) магнитометра обычно представляет собой цилиндрический сосуд из органического стекла с жидкостью, содержащей протоны (смесь воды со спиртом, керосин, раствор соли Фреми и т д.). Сосуд помещается в многовитковую катушку, настроенную в резонанс с частотой ожидаемого сигнала. Эта катушка используется как для возбуждения (поляризация), так и для съемки сигнала в виде ЭДС определенной частоты (эти функции катушки разделены во времени).
Квантовые магнитометры.
По установившейся отраслевой (геолого-геофизической) терминологии квантовыми называются магнитометры, работающие на принципе оптической накачки, хотя по международной терминологии группа квантовых магнитометров значительно шире. Магнитометры на принципе оптической накачки основаны на взаимодействии магнитных моментов атомов рабочего вещества (пары щелочных металлов - Na, K, Rb, Cz или инертные газы He, Ar, Kr и др.) с внешним магнитным полем (эффект Зеемана). Сущность эффекта Зеемана состоит в том, что энергетические уровни атомов жидких, газообразных и парообразных веществ, находящихся в магнитном поле, расщепляются на несколько подуровней. Частота излучения или поглощения f(в Гц) при переходе электрона с одного подуровня на другой определяется:f= ( Б / h) Т ВН, (3.23)где Б - магнетон Бора (магнитный момент электрона); h - постоянная Планка (коэффициент пропорциональности между квантом энергии и циклической частотой его излучения), Т ВН -напряженность внешнего магнитного поля. Из формулы (3.23) видно, что если измерить частоту излучения f при переходе электрона с одного подуровня на другой, можно определить значение поля Т ВН. Но наблюдать переход отдельных атомов с одного зеемановского уровня на другой практически невозможно. Необходимо добиться согласованного возбуждения множества атомов и последующего перехода их всех сразу в невозбужденное состояние. Этого добиваются с помощью принципа оптической накачки. Схематически принцип оптической накачки или оптической ориентации атомов состоит в следующем (рис.4.6.).Под действием внешнего магнитного поля Т ВН , в соответствии с эффектом Зеемана, энергетические уровни атомов расщепляются на подуровни А,В,С (рис.4.6а). Поэтому преимущественную заселенность подуровня В обеспечивают облучением рабочего вещества светом, в котором нет спектральной линии В. Тогда, по законам квантовой физики, переход из В в С запрещен (невозможен) из А в С возможен, из С в А и В равновероятен. Постепенно(рис. 4.6 б - г ) атомы перейдут в состояние В. Поглощение света закончится, вещество магнитно поляризуется (одинаковая поляризация магнитных моментов атомов). Отфильтровка спектральной линии ВС достигается круговой поляризацией монохроматического света. Детектирование сигнала при оптической накачке осуществляется по изменению интенсивности проходящего света. При воздействии дополнительного радиочастотного магнитного поля (усиливающего выравнивание заселенности) прозрачность рабочего вещества уменьшается, что фиксируется фотоэлементом в виде электрического сигнала.
Минимум света наблюдается при соответствии частоты радиополя (f P) круговой частоте резонансного перехода = 2 = *Т ВН , (3.24) где - гиромагнитное отношение электрона. Нетрудно заметить, что и в основе способа оптической накачки, и в основе способа ядерной прецессии - одна и та же формула, но способы поляризации рабочего вещества различны. Именно по этой причине за рубежом и ядерно-протонные и квантовые магнитометры
Рис. 4.6. К пояснению принципа оптической накачки
объединяют под общим названием «ядерные магнитометры».Порог чувствительности магнитометров, основанных на принципе оптической накачки, составляет 1 - 0.01 нТл в зависимости от цикла измерений. Их показания менее устойчивы, чем у протонных магнитометров, однако они имеют лучшую частотную характеристику, могут работать и в слабо-, и в сильно градиентных полях. На принципе оптической накачки построены квантовые аэромагнитометры ММ-305,КАМ-28, пешеходные М-33, ММП - 303, ММ -60.Порядок работы с этими магнитометрами также достаточно прост и аналогичен порядку работы с магнитометром ММП -203М.
Для измерения небольших по величине постоянных и переменных магнитных полей применяют феррозонды, представляющие собой в простейшем виде стержни, выполненные из магнитомягкого материала и имеющие две обмотки, одна из которых создает временный магнитный поток, а другая является измерительной.
При прохождении через обмотку возбуждения переменного тока синусоидальной формы магнитное состояние сердечника будет изменяться по динамической петле гистерезиса, при этом в измерительной обмотке появляется э. д. с., которая кроме основной частоты будет содержать высшие нечетные гармоники.
Рис. 21. Принципиальная схема баллистической установки: электромагнит, измерительная катушка, баллистический гальванометр, первичная и вторичная обмотки эталонной катушки, переключатели, ключ, система реостатов, А - амперметр
Рис. 22. Схематическое устройство измерительного зонда
Если такой зонд поместить в постоянное магнитное поле, направленное так же, как и переменное поле по оси сердечника, то магнитное состояние сердечника будет уже изменяться по несимметричному частному циклу. Это объясняется тем, что в направлении действия постоянного поля перемагничивание сердечника будет происходить при меньших значениях переменного поля, чем при отсутствии постоянного поля, а в противоположном направлении постоянное поле будет препятствовать перемагничиванию. В этом случае в кривой э. д. с. наряду с нечетными гармониками появятся четные, главным образом вторые гармоники. Оказывается, что величина э. д. с. этой
гармоники пропорциональна напряженности магнитного поля. По величине э. д. с., пропорциональной этой гармонике, и измеряют напряженность поля.
На рис. 22 показано схематическое устройство одного из измерительных зондов, сердечник которого сделан из магнитомягкого материала пермаллоя. Сердечник складывается из 20-50 пластин толщиной Если на обе стороны сердечника намотать одинаковое число витков одного провода в противоположных направлениях, то магнитные потоки, создаваемые каждой обмоткой, будут равны.
Рис. 23. Схематическое устройство магнитного зонда мостикового типа
Рис. 24. К устройству зонда мостикового типа
Обмотки соединены между собой последовательно. Измерительную катушку 3 надевают на сердечник 1. Если через витки обмотки 2 пропускать переменный ток, то в измерительной катушке не возникнет, так как изменения магнитного потока по времени от каждой обмотки 2 будут равны и противоположны по направлению. При помещении сердечника в постоянное однородное поле, которое направлено перпендикулярно плоскости сечения обмоток и катушки, произойдет перераспределение магнитных потоков в пространстве между обмотками 2, так как постоянное поле будет складываться с переменными полями, в результате чего в измерительной катушке 3 возникнет электродвижущая сила. Эта э. д. с. будет пропорциональна напряженности магнитного поля. С помощью такого зонда при частоте переменного тока 103 гц можно измерять магнитные поля порядка
Существуют в настоящее время магнитные зонды мостикового типа . Один из таких мостов изображен на рис. 23. Мост вырезают из листового магнитомягкого материала (рис. 24). Собирают его из нескольких листов, одну половину которых вырезают вдоль, а другую - поперек прокатки. Это обеспечивает оптимальную магнитную однородность плечей моста и улучшает магнитный контакт ветвей. Отрезки загибают и соединяют друг с другом так, что образуется вторая диагональ моста. На диагоналях моста расположены катушки 1 и 2, при этом любая из них может быть или измерительной, или возбуждающей. Обмотка катушки возбуждения питается переменным током промышленной или
повышенной частоты. Магнитный мостик находится в равновесии, при этом без внешнего постоянного магнитного поля в измерительной катушке не возникает э. д. с. Если мостик поместить во внешнее постоянное магнитное поле, то равновесие моста нарушается, в диагонали моста появится переменный магнитный поток и в измерительной катушке возникнет э. д. с. индукции, величина которой определяет значение напряженности внешнего поля. Максимальное значение э. д. с. возникает в измерительной катушке, если внешнее поле направлено параллельно двум противоположным ветвям мостика. Для увеличения чувствительности магнитный мостик делают иногда с полюсами (рис. 25).
Рис. 25. Схематическое устройство магнитного зонда с полюсами
Рассмотрим высокочувствительный компенсационый магнитометр для измерения напряженности магнитного поля до , где использован магнитонасыщенный зонд. Принципиальная схема магнитометра и разрез магнитонасыщенного зонда показаны на рис. 26 и 27.
Схема магнитометра состоит из цепи возбуждения и сигнала, компенсационной цепи и цепи для проверки чувствительности устройства
В цепь возбуждения и сигнала входят генератор 4, удвоитель частоты 5, фазовый дискриминатор 6, резонансный усилитель 7 и индикаторный прибор 8. Для повышения чувствительности в приборе применен компенсационный метод измерения, при котором измеряемое поле соленоида 2 компенсируется другим полем известной величины и противоположного направления. Это поле создается при помощи катушки с током, внутри которой расположен зонд 1. Компенсирующая катушка 3 используется или в форме обычного соленоида, или в форме замкнутой катушки. Катушку второго вида применяют в том случае, когда вблизи магнитометра находятся ферромагнитные материалы.
Компенсацию можно также осуществить с помощью тока, который пропускают через измерительную обмотку образца. При этом значительно уменьшаются размеры измерительной головки» но зато ухудшается однородность компенсирующего поля. Для питания компенсационной цепи следует использовать аккумуляторные батареи большой емкости. Магнитонасыщенный зонд состоит из двух сердечников 6, выполненных из молибденового пермаллоя. Сердечники собираются из пластин размером которые вырезаются вдоль проката и подвергаются термической обработке. На сердечниках находится обмотка возбуждения 4, имеющая 1400 витков проволоки диаметром и измерительная обмотка 3 в 400 витков проволоки
В обмотку возбуждения подают напряжение величиной 25 в частоты гц. Ток возбуждения равен 0,3 а. При этих условиях установка имеет наибольшую чувствительность. Перед началом измерений зонд настраивают перемещением сердечника в катушках Гельмгольца. Получаемый на измерительной обмотке сигнал усиливается настроенным резонансным усилителем, а затем поступает на фазовый дискриминатор. Отклонение стрелки нулевого прибора на 2-3 деления соответствует напряженности магнитного поля Описанный магнитометр стабилен в работе и его режим практически не зависит от изменений внешних условий (температуры, механических вибраций и т. д.).
Рис. 26. Принципиальная схема магнитометра с магнитным зондом: 1 - зонд, 2 - соленоид, 3 - компенсирующая катушка, 4 - генератор, 5 - удвоитель частоты, 6 - фазовый дискриминатор, 7 - резоиаисиый усилитель, 8 - индикаторный прибор, компенсационная цепь, цепь для проверки чувствительности устройства
В работе приведен расчет оптимальных условий работы зонда, состоящего из двух пермаллое-вых сердечников размерами 0,18X1,75X100 Обмотку возбуждения наматывают из проволоки длиной с числом витков 350, Измерительная обмотка состоит из 1500 витков провода На выходе установки включен вольтметр, который фиксирует только величину выходной э. д. с. второй гармоники. Для расчета эффективного значения амплитуды этой гармоники служит следующая формула:
где внешнее измеряемое магнитное поле, чувствительность зонда к внешнему полю во второй гармонике. Последнюю величину определяют по формуле
где число витков измерительной обмотки, площадь поперечного сечения сердечников, - частота переменного тока, питающего обмотки возбуждения, коэффициент, учитывающий рассеивание потока некоторая постоянная, зависящая от магнитных свойств материала и размагничивающего фактора.
Чувствительность определяют при оптимальном значении подмагничивающего тока, силу которого рассчитывают по формуле
где число витков в обмотке возбуждения.
Описываемый зонд имеет высокую чувствительность в том случае, если применяется длинный сердечник.
Грабовский и Скоробогатов применили пермаллоевый феррозонд для измерения коэрцитивной силы Их установка состояла из двух совершенно одинаковых намагничивающих катушек, между которыми располагался феррозонд длиной шириной и толщиной Через катушки пропускали ток такого направления, что в пространстве, занимаемом феррозондом, магнитные поля катушек взаимно компенсировались. Для измерения коэрцитивной силы намагниченный образец помещали в одну из катушек, при этом магнитное поле образца вызывало отклонение стрелки прибора, который включали в индикаторную обмотку, расположенную на феррозонде. Пропуская постоянный ток через намагничивающие катушки, постепенно размагничивали образец. В момент, когда стрелка индикаторного прибора возвращалась в нулевое положение, измеряли силу тока в катушках и рассчитывали значение коэрцитивной силы по формуле где постоянная катушки.
Рис. 27. (см. скан) Разрез магнитного зонда: 1 - токоподводящие лепестки, 2 - корпус, 3 - измерительная обмотка, 4 - обмотка возбуждения, 5 - каркас, 6 - сердечник, 7 - изоляционная прокладка
При помощи описанного коэрцитиметра можно быстро провести измерение с точностью до 2-3%.
В коэрцитиметре Януса феррозонд имеет форму рамки, на боковых сторонах которой расположены две обмотки: возбуждения и измерительная. Исследуемый образец помещен в соленоид так, что его концы выступают из соленоида. Они примыкают к железному ярму, средняя часть которого замыкается сердечником феррозонда.
Дрожжина и Фридман предложили феррозондный
магнитометр для исследования магнитных свойств мягких магнитных материалов. В их магнитометре подвижная астатическая система заменена феррозондами, которые позволили устранить колебания нуля. Феррозонд представляет собой два сердечника сделанные из пермаллоя Обмотки возбуждения включены последовательно так, что магнитные потоки сердечников взаимно замыкаются. Измерительные обмотки феррозонда включены дифференциально, причем без внешнего постоянного поля сумма индуцированных э. д. с. в этих обмотках равна нулю. При наличии постоянного магнитного поля в э. д. с. появляются четные гармоники, по величине которых определяется это поле.
Феррозондный магнитометр состоит из двух одинаковых соленоидов, расположенных горизонтально один под другим, в один из которых помещают исследуемый образец. Дифференциальный феррозонд расположен между этими соленоидами. Магнитные поля соленоидов без образца взаимно компенсируются в объеме, где располагается феррозонд.
Для качественных измерений лучше использовать астатический феррозондный магнитометр. В этом варианте один феррозонд находится между соленоидами, а другой на расстоянии от первого в параллельной горизонтальной плоскости. Обмотки этих феррозондов включены последовательно навстречу друг другу.
При помощи феррозондного магнитометра можно определять кривую намагничивания, петлю гистерезиса и коэрцитивную силу магнитомягких материалов. Кривую намагничивания и петлю гистерезиса измеряют методом компенсации. С этой целью через компенсирующую обмотку пропускают ток, магнитное поле которого компенсирует поле намагниченного образца в районе расположения зонда. Чтобы измерить коэрцитивную силу, нужно намагнитить образец, а затем, увеличивая размагничивающее поле, свести к нулю показания индикаторного прибора. Простая схема и быстрый процесс измерения являются одним из преимуществ феррозондного магнитометра перед другими магнитометрами, которые будут описаны в главе V. В последнее время некоторые типы магнитных зондов начали применять для исследования магнитного поля в ускорителях и -спектрометрах . Описание зондов имеется также в работах .
Предлагаемый вашему вниманию дифференциальный магнитометр может быть очень полезен для поиска крупных железных предметов. Таким прибором практически невозможно искать клады, однако он незаменим при поиске неглубоко затонувших танков, кораблей и других образцов военной техники.
Принцип действия дифференциального магнитометра очень прост. Любой предмет из ферромагнетика искажает естественное магнитное поле Земли. К таким предметам относится все, изготовленное из железа, чугуна и стали. В значительной степени повлиять на искажение магнитного поля может и собственная намагниченность предметов, которая часто имеет место. Зафиксировав отклонение напряженности магнитного поля от фонового значения, можно сделать вывод о наличии вблизи измерительного прибора предмета из ферромагнитного материала.
Искажение магнитного поля Земли вдали от мишени мало, и оно оценивается по разности сигналов от двух разнесенных на некоторое расстояние датчиков. Поэтому прибор и назван дифференциальным. Каждый датчик измеряет сигнал, пропорциональный напряженности магнитного поля. Наибольшее распространение получили ферромагнитные датчики и датчики на основе магнетонной прецессии протонов. В рассматриваемом приборе используются датчики первого типа.
Основой ферромагнитного датчика (называемого также феррозондовым) является катушка с сердечником из ферромагнитного материала. Типовая кривая намагничивания такого материала хорошо известна из школьного курса физики и имеет с учетом влияния магнитного поля Земли следующий вид, показанный на рис. 29.
Катушка возбуждается переменным синусоидальным сигналом несущей частоты. Как видно из рис. 29, смещение кривой намагничивания ферромагнитного сердечника катушки внешним магнитным полем Земли приводит к тому, что индукция поля и связанное с ним напряжение на катушке начинают искажаться несимметричным образом. Иными словами, напряжение датчика при синусоидальном токе несущей частоты будет отличаться от синусоиды более "приплюснутыми" верхушками полуволн. И искажения эти будут несимметричны. На языке спектрального анализа это означает появление в спектре выходного напряжения катушки четных гармоник, амплитуда которых пропорциональна напряженности магнитного поля смещения (поля Земли). Вот эти четные гармоники и надо "выловить".
Прежде чем упомянуть естественным образом напрашивающийся для этой цели синхронный детектор, работающий с опорным сигналом удвоенной несущей частоты, рассмотрим конструкцию усложненного варианта ферромагнитного датчика. Он состоит из двух сердечников и трех катушек (рис. 30). По своей сути, это дифференциальный датчик. Однако для простоты далее в тексте не будем называть его дифференциальным, так как сам магнитометр и без того уже - дифференциальный (©).
Конструкция состоит из двух идентичных ферромагнитных сердечников с идентичными катушками, расположенными параллельно рядом друг с другом. По отношению к возбуждающему электрическому сигналу опорной частоты они включены встречно. Третья катушка представляет собой обмотку, намотанную поверх двух сложенных вместе первых двух катушек с сердечниками. При отсутствии внешнего смещающего магнитного поля электрические сигналы первой и второй обмоток симметричны и в идеальном случае действуют так, что выходной сигнал в третьей обмотке отсутствует, так как магнитные потоки через нее полностью компенсируются.
При наличии внешнего смещающего магнитного поля картина меняется. То один, то другой сердечник на пике соответствующей полуволны "залетает" в насыщение глубже, чем обычно вследствие добавочного воздействия магнитного поля Земли. В результате на выходе третьей обмотки появляется сигнал рассогласования удвоенной частоты. Сигналы основной гармоники в идеале там полностью компенсируются.
Удобство рассмотренного датчика заключается в том, что его катушки можно включить для повышения чувствительности в колебательные контура. Первую и вторую -в колебательный контур (или контура), настроенный на несущую частоту. Третью - в колебательный контур, настроенный на вторую гармонику.
Описанный датчик обладает ярко выраженной диаграммой направленности. Его выходной сигнал максимален при расположении продольной оси датчика вдоль силовых линий внешнего постоянного магнитного поля. Когда продольная ось перпендикулярна силовым линиям - выходной сигнал равен нулю.
Датчик рассмотренного типа, особенно совместно с синхронным детектором, может успешно работать как электронный компас. Его выходной сигнал после выпрямления пропорционален проекции вектора напряженности магнитного поля Земли на ось датчика. Синхронное детектирование позволяет узнать и знак этой проекции. Но даже и без знака - сориентировав датчик по минимуму сигнала, получим направление на запад или на восток. Сориентировав по максимуму - получим направление магнитной силовой линии поля Земли. В средних широтах (например, в Москве) она идет наклонно и "втыкается" в землю в направлении на север. По углу магнитного склонения можно приблизительно оценить географическую широту местности.
Дифференциальные ферромагнитные магнитометры имеют свои достоинства и недостатки. К достоинствам относится простота прибора, он не сложнее радиоприемника прямого усиления. К недостаткам относится трудоемкость изготовления датчиков - кроме аккуратности требуется абсолютно точное совпадение количества витков соответствующих обмоток. Погрешность один-два витка может сильно снизить возможную чувствительность. Другим недостатком является "компасность" прибора, т. е. невозможность полной компенсации поля Земли вычитанием сигналов от двух разнесенных датчиков. На практике это приводит к ложным сигналам при поворотах датчика вокруг оси, перпендикулярной продольной.
Практическая конструкция дифференциального ферромагнитного магнитометра была реализована и испытана в макетном варианте без специальной электронной части для звуковой индикации, с использованием только микроамперметра с нулем посередине шкалы. Схема звуковой индикации может быть взята из описания металлоискателя по принципу "передача-прием". Прибор имеет следующие параметры.
Основные технические характеристики
Напряжение питания 15... 18 В
Потребляемый ток не более 50 мА
Глубина обнаружения:
пистолет 2 м
пушечный ствол 4 м
танк 6 м
Структурная схема показана на рис. 31. Стабилизированный кварцем задающий генератор выдает синхроимпульсы тактовой частоты для формирователя сигналов.
На одном его выходе присутствует меандр первой гармоники, поступающий на усилитель мощности, возбуждающий излучающие катушки датчиков 1 и 2. Другой выход формирует меандр опорной удвоенной тактовой частоты со сдвигом 90° для синхронного детектора. Разностный сигнал с выходных (третьих) обмоток датчиков усиливается в приемном усилителе и выпрямляется синхронным детектором. Выпрямленный постоянный сигнал можно регистрировать микроамперметром или описанными в предыдущих главах устройствами звуковой индикации.
Принципиальная схема дифференциального ферромагнитного магнитометра изображена на рис. 32 - часть 1; задающий генератор, формирователь сигналов, усилитель мощности и излучающие катушки, рис. 33 - часть 2: приемные катушки, приемный усилитель, синхронный детектор, индикатор и блок питания.
Задающий генератор собран на инверторах D1.1-D1.3. Частота генератора стабилизирована кварцевым или пье-зокерамическим резонатором Q с резонансной частотой 215 Гц = 32 кГц ("часовой кварц"). Цепь R1C1 препятствует возбуждению генератора на высших гармониках. Через резистор R2 замыкается цепь ООС, через резонатор Q -цепь ПОС. Генератор отличается простотой, малым потребляемым током, надежно работает при напряжении питания 3...15 В, не содержит подстроечных элементов и чересчур высокоомных резисторов. Выходная частота генератора - около 32 кГц.
Формирователь сигналов собран на двоичном счетчике D2 и D-триггере D3.1. Тип двоичного счетчика непринципиален, главная его задача - поделить тактовую частоту на 2, на 4 и на 8, получив таким образом, меандры с частотами 16, 8 и 4 кГц соответственно. Несущая частота для возбуждения излучающих катушек-4 кГц. Сигналы с частотами 16 и 8 кГц, воздействуя на D-триггер D3.1, формируют на его выходе меандр удвоенной по отношению к несущей частоты 8 кГц, сдвинутый на 90° относительно выходного сигнала 8 кГц двоичного счетчика. Такой сдвиг необходим для нормальной работы синхронного детектора, так как такой же сдвиг имеет полезный сигнал рассогласования удвоенной частоты на выходе датчика. Вторая половинка микросхемы из двух D-триггеров - D3.2 в схеме не используется, но ее незадействованные входы должны обязательно быть подключены либо к логической 1, либо к логическому 0 для нормальной работы, что и изображено на схеме.
Усилитель мощности с виду таким и не кажется и представляет всего лишь мощные инверторы D1.4 и D1.5, которые в противофазе раскачивают колебательный контур, состоящий из последовательно-параллельно включенных излучающих катушек датчика и конденсатора С2. Звездочка около номинала конденсатора означает, что его значение указано ориентировочно и что его надо подобрать при наладке. Незадействованный инвертор D1.6, чтобы не оставлять его вход неподключенным, инвертирует сигнал D1.5, но практически работает "вхолостую". Резисторы R3 и R4 ограничивают выходной ток инверторов на допустимом уровне и вместе с колебательным контуром образуют высокодобротный полосовой фильтр, благодаря чему форма напряжения и тока в излучающих катушках датчика практически совпадает с синусоидальной.
Приемный усилитель усиливает разностный сигнал, поступающий с приемных катушек датчика, образующих совместно с конденсатором СЗ колебательный контур, настроенный на удвоенную частоту 8 кГц. Благодаря подстроечно-му резистору R5 вычитание сигналов приемных катушек производится с некоторыми взвешивающими коэффициентами, которые могут изменяться перемещением движка резистора R5. Этим достигается компенсация неидентичностей параметров приемных обмоток датчика и минимизация его "компасности". Приемный усилитель двухкаскадный. Он собран на ОУ D4.2 и D6.1 с параллельной ОС по напряжению. Конденсатор С4 уменьшает усиление на высших частотах, предотвращая тем самым перегрузку усилительного тракта высокочастотными наводками от силовых сетей и других источников. Цепи коррекции ОУ - стандартные.
Синхронный детектор выполнен на ОУ D6.2 по типовой схеме. В качестве аналоговых ключей используется микросхема D5 КМОП мультиплексора-демультиплексора 8 на 1 (рис. 32). Его цифровой адресный сигнал перебирается только в младшем разряде, обеспечивая поочередную коммутацию точек К1 и К2 на общую шину. Выпрямленный сигнал фильтруется конденсатором С8 и усиливается ОУ D6.2 с одновременным дополнительным ослаблением не-отфильтрованных ВЧ составляющих цепями R14C11 и R13C9. Цепь коррекции ОУ - стандартная для использованного типа.
Индикатор представляет собой микроамперметр с нулем посередине шкалы. В индикаторной части может с успехом использоваться схемотехника описанных ранее металлоискателей других типов. В том числе, в качестве индикатора можно использовать и конструктив металлоискателя по принципу электронного частотомера. В этом случае его LC-генератор заменяется на RC-генератор, а измеряемое выходное напряжение через резистивный делитель подается на частотозадающую цепь таймера. Подробнее об этом можно почитать на сайте Юрия Колоколова.
Микросхема D7 стабилизирует однополярное напряжение питания. С помощью ОУ D4.1 создается искусственная средняя точка питания, что позволяет использовать обычную двуполярную схемотехнику для ОУ. Керамические блокирующие конденсаторы С18-С21 смонтированы в непосредственной близости от корпусов цифровых микросхем D1, D2, D3, D5.
Типы использованных микросхем указаны в табл. 6.
Вместо микросхем серии К561 возможно использование микросхем серии К1561. Можно попытаться применить некоторые микросхемы серии К176 или зарубежные аналоги серий 40ХХ и 40ХХХ.
Сдвоенные операционные усилители (ОУ) серии К157 можно заменить любыми сходными по параметрам ОУ общего назначения (с соответствующими изменениями в цоколевке и цепях коррекции).
К применяемым в схеме дифференциального магнитометра резисторам не предъявляется особых требований. Они лишь должны иметь прочную и миниатюрную конструкцию и быть удобны для монтажа. Номинал рассеиваемой мощности 0,125...0,25 Вт.
Потенциометры R5, R16 желательны многооборотные для удобства точной настройки прибора. Рукоятка потенциометра R5 должна быть изготовлена из пластика и должна иметь достаточную длину, чтобы прикосновения руки оператора при настройке не вызывали изменения показаний индикатора за счет наводок. Конденсатор С16 - электролитический любого малогабаритного типа.
Конденсаторы колебательных контуров С2* и СЗ* состоят из нескольких (5-10 шт.) конденсаторов, включенных параллельно. Настройка контура в резонанс осуществляется подбором количества конденсаторов и их номинала. Рекомендуемый тип конденсаторов К10-43, К71-7 или зарубежные термостабильные аналоги. Можно попытаться использовать обычные керамические или металлопленоч-ные конденсаторы, однако, при колебаниях температуры придется чаще подстраивать прибор.
Микроамперметр - любого типа на ток 100 мкА с нулем посередине шкалы. Удобны малогабаритные микроамперметры, например, типа М4247. Можно использовать практически любой микроамперметр, и даже миллиамперметр - с любым пределом шкалы. Для этого надо соответствующим образом скорректировать номиналы резисторов R15-R17. Кварцевый резонатор Q - любой малогабаритный часовой кварц (аналогичные используются также в портативных электронных играх).
Выключатель S1 - любого типа, малогабаритный.
Катушки датчика выполнены на круглых ферритовых сердечниках диаметром 8 мм (используются в магнитных антеннах радиоприемников СВ- и ДВ-диапазонов) и длиной около 10 см. Каждая обмотка состоит из ровно и плотно намотанных в два слоя 200 витков медного обмоточного провода диаметром 0,31 мм в двойной лаково-шелковой изоляции. Поверх всех обмоток крепится слой фольги экрана. Края экрана изолируются друг от друга для предотвращения образования короткозамкнутого витка. Вывод экрана выполняется медным луженым одножильным проводом. В случае экрана из алюминиевой фольги этот вывод накладывается на экран на всю его длину и плотно приматывается изолентой. В случае экрана из медной или латунной фольги вывод припаивается.
Концы ферритовых сердечников закреплены во фторопластовых центрирующих дисках, благодаря которым каждая из двух половинок датчика удерживается внутри пластиковой трубы из текстолита, служащей корпусом, как это схематически изображено на рис. 34. Длина трубы - около 60 см. Каждая из половинок датчика расположена у конца трубы и дополнительно фиксируется силиконовым гермети-ком, которым заполняется пространство вокруг обмоток и их сердечников. Заполнение осуществляется через специальные отверстия в корпусе-трубе. Совместно с фторопластовыми шайбами такой герметик придает креплению хрупких ферритовых стержней необходимую упругость, препятствующую их растрескиванию при случайных ударах.
1. Убедиться в правильности монтажа.
2. Проконтролировать потребляемый ток, который не должен превышать 100 мА.
3. Проверить правильность работы задающего генератора и остальных элементов формирования импульсных сигналов.
4. Настроить колебательные контура датчика. Излучающий - на частоту 4 кГц, приемный - на 8 кГц.
5. Убедиться в правильности работы усилительного тракта и синхронного детектора.
Методика настройки и работы с прибором следующая. Выходим в место поисков, включаем прибор и начинаем вращать антенну-датчик. Лучше всего в вертикальной плоскости, проходящей через направление север-юг. Если датчик прибора на штанге, то можно не вращать, а раскачивать насколько это позволяет делать штанга. Стрелка индикатора будет отклоняться (компасный эффект). С помощью переменного резистора R5 пытаемся минимизировать амплитуду этих отклонений. При этом будет "съезжать" средняя точка показаний микроамперметра и ее надо будет тоже подстраивать другим переменным резистором R16, который предназначен для установки нуля. Когда "компасный" эффект станет минимальным, прибор считается отбалансированным.
Для малых объектов методика поисков с помощью дифференциального магнитометра не отличается от методики работы с обычным металлоискателем. Возле объекта стрелка может отклониться в любую сторону. Для больших объектов стрелка индикатора будет отклоняться в разные стороны на большом пространстве.
Магнитометр
предназначен для измерения индукции магнитного поля. В магнитометре используется опорное магнитное поле, которое позволяет посредством тех или иных физических эффектов преобразовать измеряемое магнитное поле в электрический сигнал
.
Прикладное применение магнитометров для обнаружения массивных объектов из ферромагнитных (чаще всего, стальных) материалов основано на локальном искажении этими объектами магнитного поля Земли. Преимуществом использования магнитометров в сравнении с традиционными металлодетекторами состоит в большей дальности обнаружения
.
Одним из видов магнитометров являются . Феррозонд был изобретен Фридрихом Фёрстером ()
В 1937 году и служит для определения вектора индукции магнитного поля .
Конструкция феррозонда
одностержневой феррозонд
Простейший феррозонд состоит из пермаллоевого стержня, на котором размещена катушка возбуждения ((drive coil ), питаемая переменным током, и измерительная катушка (detector coil ).
Пермаллой
- сплав с магнитно-мягкими свойствами, состоящий из железа и 45-82 % никеля. Пермаллой обладает высокой магнитной проницаемостью (максимальная относительная магнитная проницаемость ~100 000) и малой коэрцитивной силой. Популярной маркой пермаллоя для изготовления феррозондов является 80НХС - 80 % никеля + хром и кремний с индукцией насыщения 0,65-0,75 Тл, применяется для сердечников малогабаритных трансформаторов, дросселей и реле, работающих в слабых полях магнитных экранов, для сердечников импульсных трансформаторов, магнитных усилителей и бесконтактных реле, для сердечников магнитных головок.
Зависимость относительной магнитной проницаемости от напряженности поля для некоторых сортов пермаллоя имеет вид -
Если на сердечник накладывается постоянное магнитное поле, то в измерительной катушке появляется напряжение четных гармоник, величина которого служит мерой напряженности постоянного магнитного поля. Это напряжение отфильтровывается и измеряется.
двухстержневой феррозонд
В качестве примера можно привести устройство, описанное в книге Каралиса В.Н.
"Электронные схемы в промышленности" -
Прибор предназначен для измерения постоянных магнитных полей в диапазоне 0,001 ... 0,5 эрстед.
Обмотки возбуждения датчика L1
и L3
включены встречно. Измерительная обмотка L2
намотана поверх обмоток возбуждения. Обмотки возбуждения питаются током частоты 2 кГц от двухтактного генератора с индуктивной обратной связью. Режим генератора стабилизируется по постоянному току делителем на резисторах R8
и R9
.
феррозонд с тороидальным сердечником
Одним из популярных вариантов конструкции феррозондового магнитометра является феррозонд с тороидальным сердечником (ring core fluxgate
) -
По сравнению со стержневыми феррозондами такая конструкция имеет меньшие шумы и требует создания намного меньшей магнитодвижущей силы .
Этот датчик представляет собой обмотку возбуждения
, намотанную на тороидальном сердечнике, по которой протекает переменный ток с амплитудой, достаточной для ввода сердечника в насыщение, и измерительную обмотку
, с которой снимается переменное напряжение, которое и анализируется для измерения внешнего магнитного поля.
Измерительная обмотка наматывается поверх тороидального сердечника, охватывая его целиком (например, на специальном каркасе) -
Эта конструкция аналогична первоначальной конструкции феррозондов (конденсатор добавлен для достижения резонанса на второй гармонике) -
Применение протонных магнитометров
Протонные магнитометры широко используются в археологических исследованиях.
Протонный магнитометр упоминается в научно-фантастической новелле Майкла Крайтона "В ловушке времени" ("Timeline
") -
He pointed down past his feet. Three heavy yellow housings were clamped to the front struts of the helicopter. "Right now we’re carrying stereo terrain mappers, infrared, UV, and side-scan radar.” Kramer pointed out the rear window, toward a six-foot-long silver tube that dangled beneath the helicopter at the rear. “And what’s that?” “Proton magnetometer.” “Uh-huh. And it does what?” “Looks for magnetic anomalies in the ground below us that could indicate buried walls, or ceramics, or metal.”
Цезиевые магнитометры
Разновидностью квантовых магнитометров являются атомные магнитометры на щелочных металлах с оптической накачкой.
цезиевый магнитометр G-858
Магнитометры Оверхаузера
Наиболее доступными являются магнитометры, встроенные в смартфоны. Для Android
хорошим приложением, использующим магнитометр, является . Страничка этого приложения - http://physics-toolbox-magnetometer.android.informer.com/ .
Для тестирования феррозонда можно использовать . Катушки Гельмгольца используются для получения практически однородного магнитного поля. В идеальном случае они представляют собой два одинаковых кольцевых витка, соединенных между собой последовательно и расположенных на расстоянии радиуса витка друг от друга. Обычно катушки Гельмгольца состоят из двух катушек, на которых намотано некоторое количество витков, причем толщина катушки должна быть много меньше их радиуса. В реальных системах толщина катушек может быть сравнима с их радиусом. Таким образом, можно считать системой колец Гельмгольца две соосно расположенных одинаковых катушки, расстояние между центрами которых приблизительно равно их среднему радиусу. Такую систему катушек называют также расщепленный соленоид (split solenoid).
В центре системы имеется зона однородного магнитного поля (магнитное поле в центре системы в объеме 1/3 радиуса колец однородно в пределах 1%
), что может быть использовано для измерительных целей, для калибровки датчиков магнитной индукции и т. д.
Магнитная индукция в центре системы определяется как $B = \mu _0\,{\left({4\over 5}\right) }^{3/2} \, {IN\over R}$,
где $N$ – число витков в каждой катушке, $I$ – ток через катушки, $R$ – средний радиус катушки.
Также катушки Гельмгольца могут быть использованы для экранирования магнитного поля Земли. Для этого лучше всего использовать три взаимно перпендикулярные пары колец, тогда не имеет значения их ориентация.
Союз Советския Социалистичвския Рвспубли ависимое вт, свидетельств аявлено 23 Л 111.1971689631126-25 л. 6 01 г 33/00 б 01 ъ 3/08 единением заявки-осударстваииый комит Совета Мииистров ССС по делам изобретенийи открытий ПриоритетОпубликов 10,711.193, Бюллетень 838(088 та опубликован писания 2 б.ХП.1 Авторизобретени. Г. Семево Заявител РОЗОНДОВЫЙ МАГНИТОМЕТР) сердеч агнитной тате сниодномусоответИзобретение относится к устройствам для магнитных измерений и предназначено для измерения параметров магнитного поля с выдачей информации о них в цифровом виде.Известный магнитометр содержит ферромагнитный сердечник с входной обмоткой и обмоткой положительной обратной связи, широкополосный усилительк входам которого подключены эти обмотки, цифровой частотомер, подключенный к выходу широкополосного усилителя. Ферромагнитный сердечпиксобмотками и широкополосный усилитель образуют автоколебательный генератор, Частота колебаний автогенератора определяется индуктивностью обмотки с ферромагнитным сердечником, являющейся функцией проницаемости сердечника, которая, в свою очередь, есть функция внешней измеряемой напряженности магнитного поля. При приращении индуктивности под действием измеряемого поля изменяется частота колебаний автогенератора, и по показаниям частотомера с цифровым выходом судят об измеряемой напряженности магнитного поля.Недостаток известного магнитометра заключается в том, что при воздействии на сердечник измеряемых магнитных полей (положительной и отрицательной напряженнос вп магнитного поля разной величины),происходит смещение исходной рабочей точки в пределах гистерезисной диаграммы В(нника я, соответственно, исходной мпроницаемости сердечника. В резульжается точность измерений, так каки тому же значению напряженностиствуют разные показания частотомера.Целью изобретения является,повышеннеточностии измерения напряженности магнитногополя.10 Поставленная цель достигается тем, чтомагнитометр снабжен дополнительной обмоткой и генератором однополярных импульсов,к которому подключена дополнительная обмотка, размещенная на ферромагнитном сер 15 дечнике,Схема предложенного магнитометра показана на чертеже.Магнитометр содержит ферромагнитный сердечник 1 с обмотками: входной 2, дополни 20 тельной 3 и обмоткой 4 положительной обратной связиширокополосный усилитель 5, квходам которого подключены обмотки 2 и 3,цифровой частотомер б, подключенный к выходу широкополосного усилителя, и генератор25 7 однополярных импульсов, выход которогоподключен к дополнительной обмотке.Ферромагнитный сердечник 1 с входной обмоткой 2 входит в состав колебательного контура автоколебательного генератора, образоз 0 ванного широкополосным усилителем 5 и об.393704 3моткой положительной обратной связи 4. -1 астоту автоколебательного генератора измеряют цифровым частотомером б.Для принудительной стабилизации исходной рабочей точки по дополнительной обмотке 8 периодически пропускают однополярные импульсы от генератора 7, создающие импульсную напряженность магнитного поля, превышающую величину технического насыщения сердечника 1. Благодаря периодичес кому намагничиванию сердечника исходную рабочую точку периодически приводят в одно и то же исходное состояние, соответствующее остаточному значению магнитной индукции по предельной петле гистерезиса сердечника 1. 15 Период следования импульсов от генератора 7 превышает длительность отсчета частотомера б, поэтому действие импульсов не сказывается на результате измерения. Таким образом, введение дополнительной обмотки 3 и генератора однополярных импульсов 7, выход которого подключен к этой обмотке, повышает точность измерения напрязкенности магнитного поля благодаря стабилизации исходной рабочей точки. Предмет изобретения Феррозондовый магнитометр, содержащий ферромагнитный сердечник, входную обмотку, обмотку обратной связи, широкополосный усилитель и частотомер с цифровым выходом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измерения напряженности магнитного поля, в него введен генератор однополярных импульсов с подключенной к его выходу дополнительной обмоткой, размещенной на ферромагнитном сердечнике,Тираж 755комитета Совета Министров СССРбретений и открытийРаушская наб., д, 4/5 одписно Составитель В. Семенов Техред А. Камышникова Изд.879 осударственного по делам изо Москва, Ж, Типографни, пр. Сапунова орректоры: Л. Царьков и Е. Блюмин
В. Г. Семенов
Феррозондовый магнитометр
Похожие патенты
Рассчитана на три канала. Индицирующие светодиоды 17 в количестве, равном числу каналов, размещены на световом табло. Устройство работает следующим образом.При протекании тока по обмотке статора на выходе стабилитрона 4 возникает се 5 мент (мост) 5, напряжение на выходе которого пропорционально отклонению тем 30 40 45 50"Недопустимо". 55 10 15 рия однополупериодных импульсов заданной величины (определяемой стабилитроном 4), Это напряжение подается на термочувствительный измерительный элепературы изоляции стержня от некоторой базисной величины. Ограничители уровня,выполненные, например, в виде тиристоров 12-14, настроены каждый на определенное пороговое напряжение включения, По достижении того или иного порога ограничитель...
Две измерительные обмотки. соединенные последовательно-встречно. намотанные первым, ближайшим к сердечнику слоем, первая иэ которых расположена на одном ярме сердечника, вторая - на стержне сердечника, измерительная обмотка для измерения напряжения на нагрузках располагается на втором, свободном, ярмесердечника,Совокупность признаков, введенных вограничительную и отличительную асти формулы, позволяют достичь поставленную цель. Среди известных решений не встречается укаэанная совокупность признаков, нэ основании чего можно сделать вывод, чтс предлагаемое устройство обладает существенными отличиями,На фиг.1 показана схема электрическая для реализации способа измерения мощности. подводимой к нагрузкам трансформатора; на фиг,2...
Способа - упрощениезамера при воспроизведении прихода униполярной волны по одной фазе обмотки высшего напряжения трансформатора.Это достигается тем, что исследуемый гене ратор отсоединяют от обмотки низшего напряжения трансформатора и на две фазы обмотки статора указанного генератора подают биполярные импульсы противоположной полярности, и фиксируют наведенные при этом 25 напряжения на обмотке ротора генератора.При воздействии волны перенапряжениякак на одну, так и на две фазы обмотки высокого напряжения трансформатора, соединенного по схемеТ, Миронов аказ 849,3ЦНИ Тираж 755митета Совета Министтений и открытийушская наб., д. 45 Изд.406 сударственного к по делам изобр Москва, Ж, Р ПодписноСССР И Г Типография апунова,на выводах двух...
