Tehnologia de măsurare a probelor feromagnetice. Magnetometria în cea mai simplă versiune Ferrozond constă dintr-un miez feromagnetic și două bobine pe ea

Construim o diagramă vectorială a transformatorului ideal la cursul de inactiv (Fig.15.34).

Forța de magnetizare la ralanti

Acum suntem acum o schemă de înlocuire a transformatorului ideal în timpul încărcării sale (Fig.15.35).

Dacă conectați sarcina cu rezistență la clemele secundare de înfășurare Z. n. atunci va trece curentul care, la rândul său, se va strădui să reducă fluxul magnetic Și acest lucru va duce la o scădere a EDS. , ca urmare a a ceea ce curentul vârstă la o asemenea amploare la care fluxul magnetic va dobândi valoarea inițială și ecuația (15.35) va fi efectuată.

Astfel, apariția curentului în circuitul secundar conduce la o creștere a curentului în circuitul primar. Într-un transformator încărcat, fluxul magnetic din miez este egal cu debitul magnetic la ralanti, adică mereu F. \u003d const. Când încărcați un flux magnetic creat sub acțiunea forțelor de magnetizare ale înfășurărilor primare și secundare:

Construim o diagramă vectorială a transformatorului perfect cu o încărcătură (figura 15.36).

Convertiți schema de substituție ideală a transformatorului pentru care scapi de comunicare inductivă. Dacă conectați aceleași clipuri ale clemelor de înfășurare a transformatorului, atunci modul de funcționare a transformatorului nu se va schimba.

Luați în considerare primele elemente legate de inductiv care au acum un punct comun. Coeficientul de cuplare a două elemente în acest caz este unul egal, deoarece întregul flux magnetic este complet deblocat cu tweeter-urile din înfășurările primare și secundare, adică

prin urmare, având în vedere acest lucru w. 1 = w. 2, găsim:

Înlocuiți acum o parte a schemei cu elemente conectate inductiv cu un punct comun (Fig.15.37 dar) pe un circuit echivalent fără comunicare inductivă (Fig.15.37 b.).

;

;

Având în vedere schema găsită, este prezentată în figura 15.37 în, iar schema de înlocuire a transformatorului ideal este o vedere descrisă în figura 15.38.

Dacă considerați acum rezistența activă și inductivă de împrăștiere la ambele înfășurări, atunci pentru un transformator care w. 1 = w. 2, obținem o schemă de substituție prezentată în figura 15.39.

Scriem ecuațiile contururilor primare și secundare ale circuitului:

Construim o diagramă a lanțului vectorial (Fig.15.40).

Acest dispozitiv măsoară câmpul magnetic al Pământului la un punct specific. La mutarea dispozitivului în apropierea materialelor feromagnetice (în cazul nostru, oțel, fontă), o modificare a câmpului magnetic este înregistrată în comparație cu fundalul. Instrumentele acestui grup sunt adecvate pentru găsirea obiectelor de fontă și oțel mare (rezervoare, locomotive, mașini). Din principiul funcționării magnetometrului, următoarele fluxuri de caracteristici: gradul de distorsiune a câmpului magnetic depinde în principal de masa obiectului. Astfel, pe rezervor și pe teancul de șină, magnetometrul va funcționa aceeași greutate în mod egal. În consecință, magnetometrul este potrivit pentru căutarea de arme și depozite de muniție. Pe metale neferoase, magnetometrul nu reacționează.

Noțiuni de bază

Magnetometru - Dispozitiv pentru măsurarea caracteristicilor câmpului magnetic și a proprietăților magnetice ale substanțelor (materiale magnetice). În funcție de valoarea determinată, se disting instrumentele de măsurare: stresuri de câmp (Estate), indicații de câmp (înclinatoare și decalcomanii), gradient de câmp (gradatenetometre), inducție magnetică (teslametre), flux magnetic (site-uri sau fluxuri), forță coercitivă (coercipetre)), permeabilitate magnetică (MJ metri), susceptibilitate magnetică (kappa contoare), moment magnetic.

În căutarea de obiective utilizate teslametriiși Gradientometry.. Ideea principală de utilizare a unui magnetometru pentru a căuta obiecte care conțin fier este după cum urmează. După cum știți, Pământul are propriul câmp magnetic. Mărimea și direcția acestui câmp este aproape constantă pe zone suficient de mari. Cu toate acestea, în apropierea obiectului feromagnetic, câmpul magnetic se schimbă, atât în \u200b\u200bdirecție, cât și în magnitudinea. Prin fixarea utilizând un magnetometru, schimbarea câmpului magnetic, poate fi detectat un astfel de obiect. În plus, aplicarea metodelor de calcul utilizate în geofizică, puteți calcula dimensiunile obiectului și adâncimea pe care este localizată.

Ce ne spune geofizica geofizică? Pe poli, componentele verticale ale inducției magnetice sunt aproximativ egale cu 60 mkl și orizontale - zero. La ecuator, componenta orizontală este de aproximativ 30 mkl, iar verticala este zero. Unele numere: un obiect de fier cântărind 1 lire (453 grame), la o distanță de 3 m modifică câmpul magnetic la 1 NTL. Astfel, un magnetometru decent ar trebui să măsoare câmpul magnetic în termen de 30.000 - 60.000 NTL cu o precizie de 1 NTL.

Principiul de funcționare

Senzori principali utilizați în magnetometre:

Principiul de funcționare optical-mecanic magnetometrele sunt similare cu activitatea busolei. Un element sensibil (senzor) al unor astfel de dispozitive este un magnet permanent care se poate roti liber. În funcție de orientarea axei de rotație a magnetului permanent, momentul său magnetic și rezistența câmpului magnetic al Pământului, magnetul constant ocupă o anumită poziție față de planul orizontal sau vertical. Schimbarea tensiunii câmpului magnetic al Pământului duce la schimbarea corespunzătoare a unghiului de înclinare a magnetului permanent (cu alte lucruri fiind egale). Pentru a crește acuratețea determinării unghiului de înclinare a sistemului, se utilizează dispozitive optice speciale. Pentru o scădere a erorii atunci când orientarea meridianului magnetic utilizează o metodă de compensare a măsurătorilor. Pentru a face acest lucru, dispozitivul are un magnet de compensare care este rigid legat de scala de numărare. Compensarea netedă se efectuează prin rotirea acestui magnet până când magnetul permanent nu stabilește orizontal. Momentul compensației este fixat cu ajutorul unui sistem optic special prin combinarea oglinzii reflectate asupra oglinzii și a indicilor orizontali fixați. Pentru a extinde limitele de măsurare Δz, există o secundă, așa-numitul magnet de gamă a compensării pasului. Eroarea de măsurare cu un astfel de instrument este de 2-5 ntls.

Baza designului Ferrorsond (element sensibil) ferrorsondo. Magnetometru Bobina electrică se înfășura pe tija alungită a unui Ferromagnet, care are o forță coercitivă mică și o permeabilitate magnetică mare în câmpurile magnetice slabe (de exemplu, dintr-un aliaj de fier și nichel - permalloe). În absența unui câmp magnetic extern atunci când este transmis printr-o bobină generator (primară) a unui curent electric alternativ cu o frecvență f și o amplitudine suficientă pentru a crea un câmp de excitație, depășind nivelul nivelului de saturație de bază, un EMF de dublu Frecvența 2F apare în bobina de măsurare (secundară). În prezența unui câmp magnetic permanent extern, care este diferit de zero de-a lungul axei tijei, frecvența care coincide cu frecvența câmpului de excitație F va prevala în inducție. Magnetometrul Ferrozond constă din două tije permalloe identice situate în paralel unul cu celălalt și orientate de-a lungul componentei măsurate a câmpului magnetic al Pământului. Înfășurările bobinelor de excitație sunt conectate astfel încât câmpul variabil în două nuclee să fie direcționat opus. Pentru a măsura câmpul magnetic exterior (componenta sa îndreptată de-a lungul axei tijei), se utilizează de obicei o metodă de compensare, care constă în compensarea câmpului magnetic permanent al Pământului prin câmpul curent reglabil permanent. Mărimea curentului de compensare este considerată pe tensiunea câmpului magnetic al pământului de-a lungul axei Ferrorond. Astfel de dispozitive includ aeromagnetometrul AMF-21. Datorită erorii în orientarea Ferrorsond, acuratețea fotografiei unui astfel de magnetometru atinge zeci de nanotex. La Wells, se utilizează un feromagnetometru de tipul de bine (de exemplu, TSMK-30), care permite măsurarea componentelor câmpului magnetic AZ, ah, au o eroare de până la ± 100 ntl.

Firmă Precision Navigation Inc. (SUA) a dezvoltat o versiune îmbunătățită a senzorului de feroresonanță, care a primit numele industrial magnetic Senzor - senzori magneto-inductivi (MI). Senzorul este o inductanță inductor de microminiatură cu un miez feromagnetic. Bobina conține doar o singură înfășurare și înregistrează câmpul magnetic în direcția unei singure axe.

Senzor de sala Funcționează aproximativ, după cum urmează (vezi figura): Dacă săriți curentul prin placa semiconductor în direcția AB, apoi cu câmpul magnetic, intensitatea H, direcționată perpendicular pe planul planului, pe marginile plăcii EF Va fi un EDC. Valoarea, EMF depinde de rezistența câmpului magnetic. Sensibilitatea magnetometrelor cu senzorii Hall este de aproximativ 10 NTL.

magneticistor.

Magneticistor. (Consultați Fig.) Conține o placă de semiconductoare 2 situată pe un substrat 1 dintr-o Ferromagnet de înaltă eficiență anizotropă. Principiul funcționării rezistorului magnetic este după cum urmează: o structură de domeniu este formată în FERROMAGNET, cel puțin două domenii. Magnetizarea în domenii este planul normal al substratului și este opus întreluiltului. Plăcuța este situată de-a lungul domeniilor cu aceeași direcție de magnetizare. Structurile de domenii ale substratului feromagnetic creează un câmp magnetic inițial într-o placă semiconductoare, sporind rezistivitatea și schimbarea punctului de funcționare. Când plasați un rezistor magnetic într-un câmp magnetic măsurat, acesta conduce la o schimbare suplimentară a rezistivității. Pragul sensibilității magnetorestătorilor este de aproximativ 0,1 NTL.

Principiul de funcționare protonny. sau Nuclearmagnetometrupe baza fenomenului precessionului liber al protonilor din câmpul magnetic al Pământului. După un anumit efect electromagnetic asupra senzorului care conține proton, protonii sunt precesați în jurul direcției câmpului magnetic al Pământului cu o viteză unghiulară Ω, proporțională cu tensiunea totală a câmpului magnetic al pământului T: Ω \u003d AT, unde a este coeficientul de proporționalitate, care este egal cu raportul giromagnetic al kernelului (punctul magnetic al kernelului la mecanică). Magnetometrul de protoni constă dintr-o unitate sau un senzor sensibil magnetic (vas care conține proton cu apă, alcool, benzen etc., în jurul cărora bobinele interesante și de măsurare sunt răniți); fire de conectare; bloc electronic (compamp, schemă de comutare, multiplicator de frecvență, contor de frecvență și indicator de lumină); Înregistrarea dispozitivului și a sursei de alimentare. Ciclul de funcționare, adică timpul pentru determinarea valorilor câmpului magnetic la fiecare punct, constă în timp până la polarizarea senzorului (este 3-8 c), timpul de comutare a senzorului și timpul pentru determinare Frecvența semnalului indusă în bobina senzorului (0,1- 0,4 s). În funcție de substanța care conține protoni și de precizia determinării frecvenței precessionului, ciclul de funcționare este de 1-10 s. Cu o viteză mică de mișcare a transportatorului magnetometrului (opțiuni de masă sau maritime), datele de pe câmpul magnetic al pământului T se obțin aproape continuu. La viteză mare, de exemplu, la viteza de aeronavă de 350 km / h, distanța dintre măsurători este de 300 m. Cu ajutorul unui magnetometru de protoni, este posibil să se efectueze supravegherea magnetică folosind transportatorii metalici - nave sau avioane cu lor câmpul magnetic propriu. În același timp, senzorul de magnetometru este remorcat pe cablu, lungimea căreia trebuie să depășească de mai multe ori dimensiunea longitudinală a purtătorului. Cu ajutorul unui magnetometru de protoni discret (1-10 ° C), valoarea absolută a inducției magnetice a câmpului geomagnetic cu o eroare de ± 1-2 NTL este măsurată la o sensibilitate scăzută (± 45 °) la Orientarea senzorului meridianului magnetic, independența asupra temperaturii și timpului (lipsă de decalare zero). Magnetometrele de protoni sunt utilizate cu sol (de exemplu, modulul MMP-203) și marin (MMP-3), mai puțin frecvent cu filme de aer (MCC-214) și observații de borehole.

ÎN cuanticmagnetometreDestinate pentru măsurarea valorilor absolute ale modulului de inducție câmp magnetic, utilizați așa-numitul efect Zeeman. În structura electronică a atomilor cu un moment magnetic, atunci când intră în câmpul magnetic, nivelele de energie sunt vinase pe pantă, cu diferența de energie și, în consecință, frecvența de radiații în modulul proporțional al vectorului de inducție magnetic total la punct de observație. Elementul sensibil al magnetometrului este un vas în care există perechi de cesiu, rubidiu sau heliu. Ca urmare a izbucnirii luminii monocromatice (metoda pompei optice), electronii de vapori sunt tradusă de la un substrat de energie la altul. Întorcându-le la nivelul anterior după terminarea pompei este însoțită de emisii de energie cu o frecvență proporțională cu câmpul magnetic. Cu ajutorul unui magnetometru cuantum, măsurarea T este efectuată cu o eroare de ± (0,1-1) NTL cu o sensibilitate slabă la orientarea senzorului, viteza mare și stabilitatea citirilor (OFFSET ZERO ușor). Principalele magnetometre cuantice domestice sunt dispozitive ale următoarelor clase: sol (pietoni) M-33 și MMP-303, mare km-8, Aeromagnetometru KAM-28. În magnetometrele pentru fotografiere în mișcare (marin, aer sau auto), înregistrarea inducției magnetice se efectuează automat, aproape continuu. Profilurile sunt legate în diferite moduri (navigarea radio, cu fotografie aeriană etc.). Rezultatele observațiilor sunt uneori prezente în formă analogică sub forma unei magnetograme, dar mai des - în formă digitală, care asigură prelucrarea ulterioară a informațiilor pe computerele la bord sau în centre de calcul expediționale.

Convertorul de câmp magnetic Ferrorond sau Ferrozond, este conceput pentru a măsura și a indica câmpuri magnetice constante și ușor de schimbat și gradienții lor. Efectul Ferrozonei se bazează pe schimbarea stării magnetice a feromagnetului sub influența a două câmpuri magnetice de frecvențe diferite.

În fig. Schema arată câteva opțiuni pentru desenele Ferrorids.

În cea mai simplă versiune, Ferrorond constă dintr-un miez feromagnetic și două bobine pe ea:

tăierea bobinelor alimentate cu curent alternativ

și bobina de măsurare (semnal).

Miezul Ferrorsond este realizat din materiale de permeabilitate magnetică ridicată.

O tensiune variabilă este furnizată la bobina de excitație de la un generator special cu o frecvență de 1 până la 300 kHz (în funcție de nivelul parametrilor și de numirea dispozitivului).

În absența unui câmp magnetic măsurat, miezul sub acțiunea unui câmp magnetic alternativ H, creat de curentul în bobina de excitație, este eliberat de-a lungul unui ciclu simetric.

Schimbarea câmpului magnetic cauzată de magnetizarea miezului de-a lungul unei curbe simetrice, induce un ECD într-o bobină de semnal, variind pentru o lege armonică.

Dacă simultan pe miezul, acționează câmpul magnetic constantă sau încet schimbătoare, dar curba de magnetizare își schimbă dimensiunile și se formează și devine asimetrică. Aceasta modifică amploarea și compoziția armonică a EMF în bobina semnalului.

În special, apar și componentele armonice ale EMF, a căror magnitudine este proporțională cu intensitatea câmpului măsurat și nu sunt disponibile cu un ciclu de magnetizare simetrică.

Ferroarele sunt împărțite în:

tije de elemente laterale (Fig. A)

Diferențial cu miez deschis (figura B)

Diferențial cu un miez închis (inel) (fig.).

Diferențial Ferrozond (Fig.b, B), de regulă, constă din două nuclee cu înfășurări, care sunt conectate astfel încât componentele armonice ciudate să fie practic compensate. Astfel, echipamentul de măsurare este simplificat și sensibilitatea lui Ferrorond crește.

Ferroarele sunt caracterizate de o sensibilitate foarte mare la câmpul magnetic.

Ele sunt capabile să înregistreze câmpuri magnetice cu tensiune până la 10 -4 -10 -5 A / m (~ 10 -10 -10 -11 TL).

Proiectele moderne ale Ferroarelor diferă compactitatea.

Volumul lui Ferrorsond, care completează magnetometrele interne G73, este mai mic de 1 cm3, iar Ferrozond cu trei componente pentru magnetometrul G74 se potrivește în cub cu o latură de 15 mm.

Ca exemplu în fig. Designul și dimensiunile tijei miniaturale Ferrorond sunt date.

Designul lui Ferrorsond este destul de simplu și nu necesită explicații speciale.

Miezul său este făcut din Permallo.

Are o secțiune transversală a lungimii variabile, scăzând de aproximativ 10 ori în partea centrală a miezului, care este înfășurată la lichidarea de înfășurare și excitare de măsurare.

Acest design asigură o permeabilitate magnetică relativ mică (1, 5x105) și o valoare mică a intensității câmpului de saturație în partea centrală a miezului, ceea ce duce la o creștere a fazei și temporală sensibilitatea lui Ferrorond. Datorită acestui fapt, forma impulsurilor de ieșire în lichidarea de măsurare a Ferrozond este, de asemenea, îmbunătățită, ceea ce reduce erorile schemei de formare a semnalului "impuls".

Gama de măsurare a convertoarelor Ferrozond a unui design tipic este de ± 50 ... ± 100 A / m (± 0, 06 ... ± 0, 126 MT).

Densitatea zgomotului magnetic în banda de frecvență până la 0,1 Hz pentru Ferroare cu miezuri de tijă este de 30-40 μ / m (m x of Hz 1/2), în funcție de câmpul de excitație, în scădere cu creșterea acestuia din urmă. În banda de frecvență până la 0,5 Hz, densitatea zgomotului este de 3-3,5 ori mai mare.

Magnetometru Concepute pentru a măsura inducerea câmpului magnetic. Magnetometrul utilizează un câmp magnetic suport care ne permite prin anumite efecte fizice. conversia câmpului magnetic măsurat într-un semnal electric.
Aplicarea aplicată a magnetometrelor pentru detectarea obiectelor masive din materiale feromagnetice (cel mai adesea, din oțel) pe baza distorsiunii locale de aceste obiecte ale câmpului magnetic al Pământului. Avantajul utilizării magnetometrelor în comparație cu detectoarele tradiționale de metale este gama mare de detectare.

Magnetometre Furrorsonda (Vector)

Unul dintre tipurile de magnetometre sunt . Ferrorond a fost inventat de Friedrich Ferstern ( )

În 1937 și servește pentru a determina vector de inducție câmp magnetic.

Designul Ferrozond.

ferrozHD cu un singur luminat.

Cea mai simplă Ferrozond constă dintr-o tijă permalloe, care conține o bobină de excitație (( drive bobină.), alimentat de curent alternativ și de măsurare a bobinei ( bobina detectorului.).

Permalloy. - aliaj cu proprietăți magnetice și moi, constând din fier și 45-82% nichel. Permalla are o permeabilitate magnetică ridicată (permeabilitate magnetică maximă relativă ~ 100.000) și forță coercitivă scăzută. Marca populară Permalloe pentru fabricarea ferroarelor este de 80% din nichel + crom și siliciu cu inducție de saturație 0,65-0,75 TL, utilizat pentru miezuri de transformatoare de dimensiuni mici, chokes și relee care lucrează în margini slabe de ecrane magnetice, pentru miezuri de transformatoare de impulsuri , Amplificatoare magnetice și relee fără contact, pentru miezuri de capete magnetice.
Dependența permeabilității magnetice relative din rezistența câmpului pentru unele varietăți de permalloe are forma -

Dacă un câmp magnetic constant este suprapus pe miez, tensiunea apare în bobina de măsurare chiar Armonică, magnitudinea căreia servește ca o măsură a câmpului magnetic constant. Această tensiune este filtrată și măsurată.

două butoi ferroyond

De exemplu, puteți aduce dispozitivul descris în carte. Karalysa V.N. "Circuite electronice în industrie" -



Dispozitivul este conceput pentru a măsura câmpurile magnetice constante în intervalul de 0,001 ... 0,5 șters.
Senzor Excitație înfășurări L1. și L3. Inclusiv. Măsurarea înfășurării L2. Prins peste înfășurările de emoție. Înfășurările de excitație sunt alimentate cu un curent de frecvență de 2 kHz de la un generator de doi timpi cu feedback inductiv. Modul Generator este stabilizat de DC Divisory pe rezistențe R8. și R9..

furrorsond cu un miez toroidal
Una dintre opțiunile de design populare pentru magnetometrul Ferrozond este un Ferrozond cu un miez toroidal ( inel fluctua de bază.) -

Comparativ cu tija ferrozonds un astfel de design are zgomot mai mic. și necesită crearea mult mai puțin magneto-livestorm.

Acest senzor este grapă de înfășurarerăni pe un miez toroidal, care curge curent alternativ cu amplitudine suficientă pentru a intra în miez în saturație și măsurarea înfășurăriiCu care se îndepărtează o tensiune alternativă, care este analizată pentru măsurarea câmpului magnetic extern.
Înfășurarea de măsurare este înfășurată pe partea superioară a miezului toroidal, acoperind în întregime (de exemplu, pe un cadru special) -


Acest design este similar cu designul inițial al Ferrorsonds (condensatorul a fost adăugat pentru a obține rezonanță pe a doua armonică) -

Utilizarea magnetometrelor protoni
Protonii de magnetometre sunt utilizate pe scară largă în studiile arheologice.
Magnetometrul Proton este menționat în romanul science fiction Michael Childon "într-o capcană" (" Cronologie.") -
El a arătat peste picioarele lui. Trei carcase galbene grele au fost apăsate la struturile din față ale elicopterului. "Chiar acum purtăm mapți de teren stereo, radar infraroșu, UV și scanare laterală". Kramer a arătat geamul din spate, spre un tub de argint lung de șase metri, care se îndreptă sub elicopterul din spate. "Și ce-i asta?" "Magnetometru de protoni". - Uh-huh, și face ce? "Căutați anomalii magnetice la sol sub noi, astfel încât ar putea indica ziduri îngropate sau ceramică sau metal".

Magnetometre Cesia

O variație a magnetometrelor cuantice sunt magnetometre atomice pe metalul alcalin cu pompare optică.

magnetometrul de cesiu G-858

Magnetometre overhauser

Magnetometre solide de stat

Cele mai accesibile sunt magnetometrele încorporate în smartphone-uri. Pentru Android O aplicație bună utilizând un magnetometru este . Pagina acestei aplicații - http://physics-toolbox-magnetometru.android.informer.com/.

Configurare magnetometru.

Pentru testul Ferrozone, puteți utiliza. Bobinele Helmholtz sunt utilizate pentru a obține un câmp magnetic practic omogen. În cazul ideal, acestea sunt două ineluri identice legate între ele secvențial și amplasate la o distanță de raza bobinei unul de celălalt. De obicei, bobinele Helmholtz constau din două bobine, pe care se înfășoară o serie de rotiri, iar grosimea bobinei ar trebui să fie mult mai mică decât raza lor. În sistemele reale, grosimea bobinei poate fi comparabilă cu raza lor. Astfel, putem considera că sistemul Helmholtz inelează două coaxiale localizate aceleași bobine, distanța dintre centrele de care este aproximativ egală cu raza lor medie. Un astfel de sistem de bobine este numit și solenoidul separat ( solenoidul split).

În centrul sistemului există o zonă a unui câmp magnetic omogen (câmpul magnetic în centrul sistemului în cantitatea de 1/3 din raza inelelor uniform cu 1%), care poate fi utilizat în scopuri de măsurare, pentru a calibra senzorii de inducție magnetică etc.

Inducția magnetică în centrul sistemului este definită ca $ b \u003d \\ mu _0 ^, (\\ stânga)) ^ (3/2) \\, (în \\ peste r) $
În cazul în care $ n $ este numărul de rotiri în fiecare bobină, $ i $ - curent prin bobine, $ r $ este raza medie a bobinei.

De asemenea, bobinele din Helmholtz pot fi folosite pentru a proteja câmpul magnetic al pământului. Pentru a face acest lucru, este mai bine să utilizați trei perechi reciproc perpendiculare de inele, atunci orientarea lor nu contează.

Magnetometrul diferențial propus poate fi foarte util pentru căutarea unor articole de fier mari. Un astfel de dispozitiv este aproape imposibil de căutat comori, dar este indispensabilă atunci când caută un rezervoare scufundate superficiale, nave și alte eșantioane de echipament militar.

Principiul funcționării magnetometrului diferențial este foarte simplu. Orice element din Feromagnet distorsionează câmpul magnetic natural al Pământului. Astfel de subiecte includ totul din fier, fontă și oțel. În mare măsură, afectează distorsiunea câmpului magnetic poate avea, de asemenea, propria sa magnetizare a obiectelor, care adesea are loc. Fixarea abaterii rezistenței câmpului magnetic din valoarea de fond, se poate concluziona că este aproape de instrumentul de măsurare al obiectului materialului feromagnetic.

Distorsiunea câmpului magnetic al pământului departe de țintă nu este suficientă și este estimată de diferența de semnale de la doi senzori spațiale. Prin urmare, dispozitivul este denumit, de asemenea, diferențial. Fiecare senzor măsoară semnalul, rezistența câmpului magnetic proporțional. Senzorii și senzorii feromagnetici bazați pe precesia de magneton de protoni au fost obținute cea mai mare distribuție. În instrumentul examinat, se utilizează senzorii de prim tip.

Baza senzorului feromagnetic (numită și Ferrorsondo) este o bobină cu un miez de material feromagnetic. Curba tipică de magnetizare a unui astfel de material este bine cunoscută din cursul școlar al fizicii și are următoarea formă, luând în considerare influența câmpului magnetic al Pământului, prezentat în fig. 29.

Smochin. 29. Curba de magnetizare

Bobina este încântată de un semnal variabil de frecvență sinusoidală. După cum se poate vedea din fig. 29, deplasarea curbei de magnetizare a miezului feromagnetic al bobinei printr-un câmp magnetic exterior al Pământului duce la faptul că inducerea câmpului și tensiunea asociată pe bobină începe să fie distorsionată ca o manieră asimetrică. Cu alte cuvinte, tensiunea senzorului în curentul sinusoidal al frecvenței purtătoarelor va fi diferită de sinusoidurile mai "prelunsește" vârfurile de jumătate au căzut. Și aceste distorsiuni vor fi asimetrice. În limba de analiză spectrală, aceasta înseamnă apariția în spectrul tensiunii de ieșire a bobinei de armonici, a cărei amplitudine este proporțională cu tensiunea câmpului magnetic al offsetului (câmpul Pământului). Acestea sunt chiar armonice și trebuie să "prindeți".

Smochin. 30. Senzor feromagnetic diferențial

Înainte de a menționa un detector sincron configurat în mod natural, care lucrează cu un semnal de referință la frecvența lagărului îndoit, ia în considerare designul versiunii complicate a senzorului feromagnetic. Se compune din două nuclee și trei bobine (figura 30). În esență, acesta este un senzor diferențial. Cu toate acestea, pentru simplitate, nu vom fi numiți diferențial în text, deoarece magnetometrul în sine este deja diferențial (©).

Designul este alcătuit din două nuclee feromagnetice identice, cu bobine identice situate în paralel unul lângă celălalt. În ceea ce privește semnalul electric incitant al frecvenței de referință, acestea sunt incluse în contor. A treia bobină este o rană de înfășurare peste două îndoite împreună primele două bobine cu miezuri. În absența unui câmp magnetic de schimbare externă, semnalele electrice ale primului și al doilea înfășurări sunt simetrice și, în cazul ideal, acționează astfel încât semnalul de ieșire din a treia înfășurare lipsește, deoarece fluxurile magnetice sunt complet compensate aceasta.

Dacă există un câmp magnetic care schimbă extern, imaginea se schimbă. Apoi unul, apoi un alt miez la vârful "flutter" corespunzător "flutter" în saturație mai adânc decât de obicei datorită adăugării câmpului magnetic al Pământului. Ca rezultat, la ieșirea celei de-a treia înfășurări, apare o nepotrivire a frecvenței de diversiune. Semnalele armonicii principale sunt în mod ideal compensate.

Comoditatea senzorului considerată este că bobinele sale pot fi incluse pentru a crește sensibilitatea la circuitul oscilator. Primul și al doilea în circuitul oscilant (sau conturul) configurat la frecvența purtătorului. Al treilea este un contur vibrațional configurat pentru a doua armonică.

Senzorul descris are un model pronunțat al orientării. Ieșirea sa este maximă la locul axei longitudinale a senzorului de-a lungul liniilor electrice ale câmpului magnetic permanent extern. Când axa longitudinală este perpendiculară pe liniile de alimentare - semnalul de ieșire este zero.

Senzorul tipului considerat, în special în legătură cu detectorul sincron, poate funcționa cu succes ca o busolă electronică. Ieșirea sa după îndreptare este proporțională cu proiecția câmpului magnetic al câmpului magnetic al pământului de pe axa senzorului. Detectarea sincronă vă permite să învățați și să semnați această proiecție. Dar chiar și fără semnul orientat către senzorul la un minim al semnalului, vom primi direcția spre vest sau spre est. Orientați la maxim - obținem direcția liniei de alimentare magnetică a câmpului Pământului. În latitudinile medii (de exemplu, la Moscova), ea merge oblic și "se stinge" la pământ spre nord. În colțul declinului magnetic, puteți evalua aproximativ latitudinea geografică a terenului.

Magnetometrele feromagnetice diferențiale au avantajele și dezavantajele lor. Avantajele includ simplitatea dispozitivului, nu este mai complicată de un radio de consolidare directă. Dezavantajele includ complexitatea fabricării senzorilor - în plus față de acuratețe, este necesară o coincidență absolută a numărului de virajuri din înfășurările corespunzătoare. Eroarea de una sau două rotiri poate reduce puternic sensibilitatea posibilă. Un alt dezavantaj este "compasul" dispozitivului, adică imposibilitatea unei compensații complete a câmpului Pământului prin scăderea semnalelor de la doi senzori distanți. În practică, acest lucru duce la semnale false atunci când senzorul se transformă în jurul axei perpendiculare pe cea longitudinală.

Proiectare practică

Designul practic al magnetometrului feromagnetic diferențial a fost implementat și testat într-o versiune de dumping fără o parte electronică specială pentru indicarea sunetului, folosind doar un microammetru cu zero în mijlocul scalei. Circuitul de indicare a sunetului poate fi preluat din descrierea detectorului de metale pe principiul "recepției de transmisie". Dispozitivul are următorii parametri.

Principalele caracteristici tehnice
Tensiune de alimentare 15 ... 18 V
Consumul curent nu mai mult de 50 mA
Adâncimea de detectare:
pistol 2 M.
cannon Stem 4 m
rezervor 6 M.

Schema structurală

Smochin. 31. Diagrama structurală a unui magnetometru feromagnetic diferențial

Schema structurală este prezentată în fig. 31. Problema generatorului de spalare stabilizată cu cuarț Sincroane de frecvență pentru generatorul de semnal.

La o singură priză, există un meandru al primului armonic, care ajunge la amplificatorul de putere, bobinele senzor de radiație interioară 1 și 2. O altă ieșire generează un meandru al frecvenței ceasului îndoit, cu o schimbare de 60 ° pentru un detector sincron pentru un detector sincron. Semnalul de diferență de la înfășurările de ieșire (a treia) ale senzorilor este amplificat în amplificatorul de primire și este îndreptat cu un detector sincron. Semnalul permanent îndreptat poate fi înregistrat de un microammetru sau descris în capitolele anterioare ale dispozitivelor de indicare a sunetului.

Schema schematică

Diagrama schematică a magnetometrului feromagnetic diferențial este descrisă în fig. 32 - Partea 1; Specificarea generatorului, generatorului de semnal, amplificator de putere și bobine de emițătoare, FIG. 33 - Partea 2: Bobine de recepție, recepție amplificator, detector sincron, indicator și sursă de alimentare.

Smochin. 32. Conceptul Schema electrică - Partea I

Specificarea generatorului (figura 32)

Generatorul de specificare este asamblat pe invertoare D1.1-D1.3. Frecvența generatorului este stabilizată de un rezonator de cuarț sau sub-zocheramic q cu o frecvență rezonantă de 215 Hz \u003d 32 kHz ("cuarț de oră"). Lanțul R1C1 împiedică excitația generatorului pe armonici mai mari. Prin rezistența R2, circuitul OOS este închis, prin rezonatorul Q-CILE PIC. Generatorul este caracterizat prin simplitate, curentul mic, funcționează în mod fiabil la o tensiune de alimentare de 3 ... 15 B, nu conține elemente tăiate și rezistențe prea rezistente. Frecvența de ieșire a generatorului este de aproximativ 32 kHz.

Semnal anterior (figura 32)

Generatorul de semnal este asamblat la un contract binar D2 și D3.1 D3.1 D-declanșator. Tipul contorului binar nu este suficient, sarcina sa principală este de a împărți frecvența ceasului cu 2, cu 4 și cu 8, astfel obținută, meandra cu frecvențe 16, 8 și respectiv 4 kHz. Frecvența transportatorului pentru excitația bobinelor de emițătoare-4 kHz. Semnalele cu frecvențe 16 și 8 kHz, care afectează D-Trigger D3.1, forma la ieșirea lui Meandru se dubla la frecvența purtătoare de 8 kHz, a schimbat 90 ° față de semnalul de ieșire de contor binar de 8 kHz. O astfel de schimbare este necesară pentru funcționarea normală a detectorului sincron, deoarece aceeași schimbare are o tulburare benefică a frecvenței duble la ieșirea senzorului. A doua jumătate a cipului de la două declanșatoare D - D3.2 în diagramă nu este utilizată, dar intrările sale neutilizate trebuie conectate fie la logice 1, fie la logice 0 pentru funcționarea normală, așa cum se arată în diagrama.

Amplificator de putere (figura 32)

Amplificatorul de putere cu vedere nu pare probabil și reprezintă numai invertoare puternice D1.4 și D1.5, care în antifazul împărțit un circuit oscilator constând din secvențial paralel pe bobinele radiante ale senzorului și condensatorul C2. Un asterisc lângă ratingul condensatorului înseamnă că valoarea sa este indicată aproximativ și că trebuie să fie aleasă la ajustare. Un invertor neutilizat D1.6, astfel încât să nu-și părăsească incontrolul de intrare, inversează semnalul D1.5, dar practic "rapid". Rezistențele R3 și R4 limitează curentul de ieșire al invertoarelor la un nivel admisibil și împreună cu conturul oscilator formează un filtru de benzi cu risc ridicat, astfel încât tensiunea și forma curentă în bobinele senzorului de emițătoare să coincide cu sinusoidală.

Smochin. 33. Schema electrică fundamentală este partea II. Amplificatorul receptorului

Amplificatorul receptorului (Figura 33)

Amplificatorul de recepție îmbunătățește semnalul de diferență care vine de la bobinele de primire a senzorului care se formează împreună cu condensatorul circuitului oscilant, configurat la frecvența de două ori de 8 kHz. Datorită rezistenței rapide R5, scăderea semnalelor bobinelor de primire se face cu unii coeficienți de cântărire, care pot varia prin deplasarea motorului rezistor R5. Aceasta este compensarea pentru non-identitatea parametrilor de înfășurări de recepție a senzorului și minimizarea "compasibilității" acestuia. Amplificator de recepție dublă. Este asamblat pentru OU D4.2 și D6.1 cu tensiune paralelă de OS. Condensatorul C4 reduce amplificarea la frecvențe mai mari, împiedicând astfel armarea calea de amplificare cu vârfuri de înaltă frecvență din rețelele de alimentare și alte surse. OU - Circuite de corecție standard.

Detector sincron (fig.33)

Detectorul sincron este realizat pe OU D6.2 conform schemei tipice. Ca o tastă analogică, se utilizează un multiplexor multiplexor de cip D5 CMOS 8 la 1 (figura 32). Semnalul său de adresă digitală este deplasat numai în descărcarea mai mică, asigurând comutarea alternativă a punctelor K1 și K2 pe o anvelopă totală. Semnalul îndreptat este filtrat de condensatorul C8, iar D6.2 este îmbunătățit cu atenuarea suplimentară simultană a componentelor RF filtrate R14C11 și R13C9. Circuitul de corecție OU este standard pentru tipul utilizat.

Indicator (fig.33)

Indicatorul este un micro ampermetru cu zero în mijlocul scalei. În partea indicatorului, circuitele detectoarelor metalice descrise anterior ale altor tipuri pot fi utilizate cu succes. Inclusiv, ca indicator, puteți utiliza designul detectorului de metal pe principiul unui contor electronic de frecvență. În acest caz, generatorul său LC este înlocuit cu un generator RC, iar tensiunea de ieșire măsurată prin divizorul rezistiv este alimentată la lanțul de frecvență al cronometrului. Puteți citi mai multe despre acest lucru de pe site-ul Yuri Kolokolov.

Cipul D7 stabilizează o tensiune de alimentare cu un singur polar. Cu ajutorul OU D4.1, este creat un punct de putere mediu artificial, care permite utilizarea unei inginerie convențională a circuitului bipolar pentru OU. Condensatoarele de blocare ceramice C18-C21 sunt montate în imediata vecinătate a carcasei digitale D1, D2, D3, D5.

Tipuri de detalii și design

Tipurile de microcircuite utilizate sunt indicate în tabel. 6.

Tabelul 6. Tipuri de microcircuite utilizate

În loc de chipul seriei K561, este posibil să utilizați microcircuitele din seria K1561. Puteți încerca să aplicați câteva chips-uri din seria K176 sau analogi străini din 40xx și 40xx.

Amplificatoarele de funcționare duale (OU) ale seriei K157 pot fi înlocuite cu oricare dintre parametrii scopului general (cu modificări corespunzătoare ale circuitelor de subsol și de corecție).

Rezistoarele nu sunt prezentate rezistoarelor utilizate în diagrama de magnetometru diferențială. Trebuie doar să aibă un design solid și miniatural și să fie convenabil pentru instalare. Puterea ratară de 0,125 ... 0,25 W.

Potentiometre R5, R16 sunt dorite multi-turn pentru confortul unei setări precise a instrumentului. Mânerul cu potențiometru R5 trebuie să fie fabricat din plastic și trebuie să aibă o lungime suficientă, astfel încât atingerea manuală a operatorului să nu provoace modificări ale citirilor indicatorului prin apăsarea. Condensator C16 - Electrolitic Orice tip de dimensiuni mici.

Condensatoarele contururilor oscilante C2 * și SZ * constau din mai multe (5-10 buc.) Condensatoare incluse în paralel. Setarea conturului în rezonanță se realizează prin selectarea numărului de condensatori și nominali. Tip recomandat de condensatori K10-43, K71-7 sau contrapartide termostabile străine. Puteți încerca să utilizați condensatoarele ceramice sau metalice convenționale, însă când temperatura este oscilațiile, va fi necesară ajustarea dispozitivului mai des.

Micronmmetru - orice tip de curent 100 μA cu zero în mijlocul scalei. Microammetre convenabile mici, de exemplu, tip M4247. Puteți utiliza aproape orice microammetru și chiar un milliammetru - cu orice limită a scalei. Pentru a face acest lucru, este necesar să reglați corect ratele de rezistoare R15-R17. Cuarț Rezonator Q - Orice cuarț de oră mică (similar cu cele utilizate în jocurile electronice portabile).

Comutator S1 - orice tip, mic.

Smochin. 34. Construcția unui senzor de antenă

Bobinele senzorului sunt realizate pe miezuri de ferită rotund cu un diametru de 8 mm (utilizate în antene magnetice de recidoare radio radio și dw) și lungime de aproximativ 10 cm. Fiecare înfășurare constă din răniți fără probleme și strâns în două straturi 200 de rotații ale Sârmă de înfășurare a cuprului cu un diametru de 0,31 mm. În izolarea dublă de mătase. Pe partea de sus a tuturor înfășurărilor, stratul de folie de ecran este atașat. Marginile de ecran sunt izolate una de cealaltă pentru a preveni formarea unei rotiri scurt. Ieșirea ecranului este efectuată prin cablu de conectare la cupru. În cazul unui ecran al foliei din aluminiu, această ieșire este aplicată pe ecran pentru întreaga sa lungime și este strâns pregătită de bandă. În cazul unui ecran dintr-o folie de cupru sau alamă, ieșirea este lipitor.

Capetele miezurilor de ferită sunt fixate în discuri de centrare fluoroplastice, datorită căruia fiecare dintre cele două jumătăți ale senzorului este ținută în interiorul unui tub din plastic dintr-un textolit care servește cazul, așa cum este descris schematic în fig. 34. Lungimea țevii este de aproximativ 60 cm. Fiecare dintre jumătățile senzorului este situată la capătul țevii și este în plus înregistrată de silicon Hermethos, care este umplut de spațiul din înfășurări și miezurile lor. Umplerea găurilor speciale în carcasa țevii. Împreună cu șaibele fluoroplastice, un astfel de etanșant dă fixarea tijelor de ferită fragile elasticitatea necesară care îi împiedică să cracă în timpul loviturilor accidentale.

Stabilirea dispozitivului

1. Asigurați-vă că instalarea este corectă.

2. Controlați consumul de curent, care nu trebuie să depășească 100 mA.

3. Verificați funcționarea corectă a generatorului de specificare și a elementelor rămase ale formării semnalelor de impuls.

4. Personalizați circuitul senzorului oscilator. Emitând - pe frecvența de 4 kHz, primirea - pe 8 kHz.

5. Asigurați-vă corectitudinea căii îmbunătățite și a detectorului sincron.

Lucrați cu dispozitivul

Metoda de configurare și de lucru cu dispozitivul este după cum urmează. Mergem la locul de căutare, porniți dispozitivul și începem rotirea antenei senzorului. Cel mai bun din toate în planul vertical care trece prin direcția nord-sud. Dacă senzorul dispozitivului este pe tijă, atunci nu puteți roti, ci la rock în măsura în care vă permite să faceți o bar. Indicatorul săgeată se va abate (efectul compass). Folosind un rezistor variabil R5, încercăm să minimalizăm amplitudinea acestor abateri. Acesta va "mișca" punctul mediu al citirilor microametrului și va trebui, de asemenea, să fie ajustat la un alt rezistor R16 variabil, care este proiectat pentru a seta zero. Când efectul "Compass" devine minim, dispozitivul este considerat a fi echilibrat.

Pentru obiecte mici, tehnica de căutare care utilizează un magnetometru diferențial nu diferă de tehnica de lucru cu un detector de metale convențional. În apropierea obiectului, săgeata se poate abate în orice direcție. Pentru obiecte mari, indicatorul săgeată se va abate în diferite direcții pe un spațiu mare.