Meracie technológie feromagnetické sondy. Magnetometria v najjednoduchšej verzii Ferrozond sa skladá z feromagnetického jadra a dvoch cievok na ňom

Vytvárame vektorový diagram ideálneho transformátora na nečinnosti (obr.15.34).

Magnetizačná sila pri voľnobehu

Teraz sme teraz schéma na výmenu ideálneho transformátora počas jeho zaťaženia (obr.15.35).

Ak pripojíte zaťaženie s odporom na sekundárne navíjacie klipy Z. n. Potom to prejde prúdom ktorý sa zase usiluje o zníženie magnetického toku A to povedie k zníženiu eds. , v dôsledku toho, čo prúd vek do takejto veľkosti, v ktorom magnetický tok získa sa pôvodná hodnota a rovnica (15.35) bude vykonaná.

Vzhľad prúdu v sekundárnom okruhu teda vedie k zvýšeniu prúdu v primárnom okruhu. V zaťaženom transformátore sa magnetický tok v jadre rovný magnetickým prúdom pri voľnobehu, t.j. vždy F. \u003d const. Pri načítaní magnetického prúdu vytvorené pod pôsobením magnetizačných síl primárnych a sekundárnych vinutí:

Stavujeme vektorový diagram dokonalého transformátora s zaťažením (obr. 15.36).

Konvertujeme ideálnu substitučnú schému transformátora, pre ktorú sa zbavujeme indukčnej komunikácie. Ak pripojíte rovnaké klipy navíjacie svorky transformátora, potom sa režim prevádzky transformátora nezmení.

Zvážte prvé indukčne súvisiace prvky, ktoré majú teraz spoločný bod. Koeficient spojky dvoch prvkov v tomto prípade je rovnaký, pretože celý magnetický tok je úplne odomknutý s reproduktormi primárnych a sekundárnych vinutí, t.j.

z tohto dôvodu w. 1 = w. 2, nájdeme:

Vymeňte teraz časť systému s indukčne pripojenými prvkami so spoločným bodom (obr.15.37 ale) na ekvivalentnom okruhu bez indukčnej komunikácie (obr.15.37 b.).

;

;

Berúc do úvahy zistený systém sa zobrazí pohľad na obr. 15.37 vA náhradná schéma ideálneho transformátora je pohľad zobrazený na obr. 15.38.

Ak teraz uvažujete o aktívnom a induktívnom rozptýlení odolnosti proti oboch vinutiam, potom pre transformátor w. 1 = w. 2, získavame substitučnú schému znázornenú na obr. 15.39.

Píšeme rovnice primárneho a sekundárne obvody:

Vytvoríme vektorový reťazecový diagram (obr.15.40).

Toto zariadenie meria magnetické pole Zeme v konkrétnom bode. Pri pohybe zariadenia v blízkosti feromagnetických materiálov (v našom prípade ocele, liatiny) sa v porovnaní s pozadím zaznamená zmenu magnetického poľa. Nástroje tejto skupiny sú vhodné na nájdenie veľkých liatinových a oceľových predmetov (cisterny, lokomotívy, autá). Z zásady prevádzky magnetometra, nasledujúce toky: Stupeň skreslenia magnetického poľa závisí najmä od hmotnosti objektu. Tak, na nádrži a na stohu koľajnice, magnetometer bude fungovať rovnakou hmotnosťou rovnako. V dôsledku toho je magnetometer vhodný na vyhľadávanie skladov zbraní a streliva. Na neželezných kovoch, magnetometer nereaguje.

Základné pojmy

Magnetometer - zariadenie na meranie charakteristík magnetického poľa a magnetické vlastnosti látok (magnetické materiály). V závislosti od určenej hodnoty sa rozlišujú prístroje na meranie: pole namáhania (nehnuteľnosť), traktory (inklinátory a obtlačky), gradient poľa (gradtenenetometre), magnetická indukcia (teslametters), magnetický tok (Webometre, alebo fluxetre), donucovacia sila (kocremetimetre)), magnetická permeabilita (MJ metrov), magnetická citlivosť (kappa metrov), magnetický moment.

Pri hľadaní použitých cieľov teslametera Gradientometria. Hlavnou myšlienkou použitia magnetometra na vyhľadávanie objektov obsahujúcich železo je nasledovné. Ako viete, Zem má svoje vlastné magnetické pole. Veľkosť a smer tohto poľa je takmer konštantný na dostatočne veľkých oblastiach. V blízkosti feromagnetického objektu sa však mení magnetické pole, a to ako v smere, ako aj v rozsahu. Upevnením pomocou magnetometra, zmena magnetického poľa, takýto objekt možno detegovať. Okrem toho, aplikovanie metód výpočtu použitého v geofyzike, môžete vypočítať rozmery objektu a hĺbku, na ktorej sa nachádza.

Čo nám povie geofyziku? Na póloch sú zvislé zložky magnetickej indukcie približne rovné 60 mkl a horizontálne - nula. V rovníku je horizontálny komponent približne 30 mkl a vertikálna je nulová. Niektoré čísla: Iron objekt s hmotnosťou 1 libier (453 gramov), vo vzdialenosti 3 m mení magnetické pole na 1 NTL. Skutočný magnetometer by teda mal merať magnetické pole do 30.000 - 60 000 NTLs s presnosťou 1 NTL.

Princíp prevádzky

Hlavné senzory používané v magnetometre:

Princíp činnosti optický mechanický magnetometre sú podobné práci kompasu. Citlivý prvok (senzor) takýchto zariadení je permanentný magnet, ktorý sa môže voľne otáčať. V závislosti od orientácie osi otáčania permanentného magnetu, jeho magnetického momentu a sily magnetického poľa zeme, konštantný magnet zaberá určitú polohu vzhľadom na horizontálnu alebo vertikálnu rovinu. Zmena napätia magnetického poľa Zeme vedie k zodpovedajúcej zmene v uhle sklonu permanentného magnetu (s inými vecami, ktoré sú rovnaké). Ak chcete zvýšiť presnosť určovania uhla sklonu systému, sa používajú špeciálne optické zariadenia. Pre zníženie chýb, keď orientácia magnetického meridian používa kompenzačný spôsob merania. Na tento účel má zariadenie kompenzačný magnet, ktorý je pevne spojený s počtovou mierkou. Hladká kompenzácia sa vykonáva otáčaním tohto magnetu, až kým sa trvalý magnet nevytvára horizontálne. Moment kompenzácie je upevnený pomocou špeciálneho optického systému kombináciou zrkadla odráža na zrkadle a pevných vodorovných indexoch. Ak chcete rozšíriť limity merania Δz, je tu druhý, takzvaný rozsah magnet z kroku kompenzácie. Chyba merania s takýmto nástrojom je 2-5 NTLS.

Základom dizajnu ferrorsorond (citlivý prvok) ferrorsordo Magnetometer Elektrická cievka rana hore na podlhovastý tyč feromagnetu, ktorá má malú donucovaciu silu a veľkú magnetickú permeabilitu v slabých magnetických poliach (napríklad z zliatiny železa a niklu - permaalloe). V neprítomnosti vonkajšieho magnetického poľa pri prenášaní prostredníctvom generátora (primárneho) cievky striedavého elektrického prúdu s frekvenciou F a amplitúde dostatočnou na vytvorenie excitácie, presahujúce úroveň úrovne saturácie jadra, EMF dvojitého Frekvencia 2F sa objaví v meracích (sekundárnom) cievke. V prítomnosti externého permanentného magnetického poľa, ktorý je odlišný od nuly pozdĺž osi tyče, frekvencia sa zhoduje s frekvenciou excitačného poľa F zvýši v indukcii. MAGNETOMETER FERROZOND sa skladá z dvoch identických permanelových tyčí umiestnených paralelne so sebou a orientovaný pozdĺž meranej zložky magnetického poľa Zeme. Vinutia excitačných cievok sú spojené tak, že variabilné pole v dvoch jadrách je namierené oproti tomu. Na meranie vonkajšieho magnetického poľa (jeho zložka smerujúca pozdĺž osi tyče) sa zvyčajne používa metóda kompenzácie, ktorá spočíva v kompenzácii pre permanentné magnetické pole Zeme permanentným nastaviteľným prúdom. Veľkosť kompenzačného prúdu je posudzovaná na napätí magnetického poľa Zeme pozdĺž osi ferrorsondu. Takéto zariadenia zahŕňajú AMF-21 Aeromagnetometer. Kvôli chybe pri orientácii Ferororora, presnosť snímania takéhoto magnetometra dosahuje desiatky Nanotex. V jamkách sa používa dobre typový feromagnetometer (napríklad TSMK-30), ktorý umožňuje meranie komponentov magnetického poľa AZ, AH, AU s chybou až ± 100 NTL.

Pevná presná Navigácia Inc. (USA) vyvinul vylepšenú verziu senzora feroresonance, ktorý dostal meno magnetický priemysel Snímač - Magneto-indukčné (MI) senzory. Senzor je indukčnosť induktora mikromiteture s feromagnetickým jadrom. Cievka obsahuje iba jedno navíjanie a registruje magnetické pole v smere len jednej z osí.

Halový senzor Pracuje, približne, takto (pozri obrázok): ak preskočíte prúd cez polovodičovú dosku v smere AB, potom s magnetickým poľom, intenzita H, nasmerovaná kolmo na rovinu roviny, na okrajoch EF dosky Bude to EDC. Hodnota, EMF závisí od pevnosti magnetického poľa. Citlivosť magnetometrov s halovými senzormi je približne 10 NTL.

magnetistor.

Magnetistor. (Pozri obr.) Obsahuje polovodičovú dosku 2 umiestnenú na substráte 1 z anizotropickej vysoko účinnej feromagnet. Princíp prevádzky magnetického odporu je nasledovná: štruktúra domény je vytvorená v FerromagNet, aspoň z dvoch domén. Magnetizácia v doménach je normálna rovina substrátu a je oproti sebe navzájom. Doska sa nachádza pozdĺž domén s rovnakým smerom magnetizácie. Doména štruktúry feromagnetického substrátu vytvárajú počiatočné magnetické pole v polovodičovej doske, čím sa zvyšuje jeho odpor a posunie prevádzkového bodu. Pri umiestnení magnetického odporu do meraného magnetického poľa to vedie k ďalšej zmene odporu. Prahová hodnota citlivosti magnetoresistorov je približne 0,1 NTL.

Princíp činnosti protón alebo Jadrovýmagnetometerna základe fenoménu voľnej precesie protónov na magnetickom poli Zeme. Po určitom elektromagnetickom účinku na snímač obsahujúci protón je protóny súťažené okolo smeru magnetického poľa Zeme s uhlou rýchlosťou Ω, úmerné celkovému napätiu magnetického poľa Zeme T: ω \u003d AT, kde A Je koeficient proporcionality, ktorý sa rovná gyromagnetickému pomeru jadra (magnetický bod jadra na mechanické). Protonový magnetometer pozostáva z magneticky citlivej jednotky alebo snímača (nádobu obsahujúca protón s vodou, alkoholom, benzénom atď., Okolo ktoréj vzrušujúce a meracie cievky sú navinuté); Spojovacie vodiče; Elektronický blok (predzosilňovač, spínacia schéma, frekvenčný multiplikátor, merač frekvencie a svetelného indikátora); Registrácia zariadenia a napájania. Prevádzkový cyklus, tj čas na určenie hodnôt magnetického poľa v každom bode, pozostáva z času na polarizáciu snímača (je 3-8 ° C), čas spínania snímača a času na určenie Frekvencia signálu indukovaná v cievke snímača (0,1- 0,4 s). V závislosti od látky obsahujúcej protón a presnosť určovania frekvencie precesie je prevádzkový cyklus 1-10 s. S malou rýchlosťou pohybu nosiča magnetometra (pozemné alebo námorné možnosti) sa získajú údaje o magnetickom poli Zeme T takmer nepretržite. Pri vysokej rýchlosti, napríklad pri rýchlosti lietadla 350 km / h, vzdialenosť medzi meraním je 300 m. Pomocou protónového magnetometra je možné vykonávať magnetický dohľad s použitím kovových nosičov - lodí alebo lietadiel s ich vlastné magnetické pole. Súčasne je senzor magnetometra ťahaný na kábel, ktorej dĺžka musí niekoľkokrát prekročiť pozdĺžnu veľkosť nosiča. S pomocou protónového magnetometra diskrétne (1 čas v 1-10 ° C), absolútna hodnota magnetickej indukcie geomagnetického poľa s chybou ± 1-2 NTL sa meria pri nízkej citlivosti (± 45 °) Orientácia snímača magnetického meridiánu, nezávislosti na teplotu a čas (chýbajúci nulový posun). Protonové magnetóme sa používajú so zemou (napríklad domácim MMP-203) a morským (MMP-3) streľbou, menej často s vzduchovými filmami (MCC-214) a pozorovania vrtu.

V kvantovaťmagnetometreUrčené na meranie absolútnych hodnôt indukčného modulu magnetického poľa, použite tzv. Zeman efekt. V elektronickej štruktúre atómov s magnetickým momentom, pri vstupe do magnetického poľa sú hladiny energie štiepené na svahu, s rozdielom v energetike, a preto frekvencia žiarenia v proporcionálnom module celkového magnetického indukčného vektora bod pozorovania. Citlivým prvkom magnetometra je nádoba, v ktorej sú paice cézneho, rubídium alebo hélium. V dôsledku vypuknutia monochromatického svetla (metóda optického čerpadla) sa parné elektróny prekladajú z jedného energetického podvrstva do druhého. Vrátenie ich predchádzajúcej úrovni po skončení čerpadla je sprevádzaná emisiou energie s frekvenciou úmernou magnetickom poli. Pomocou kvantového magnetometra sa meranie T vykonáva s chybou ± (0,1-1) NTL so slabou citlivosťou na orientáciu snímača, vysokej rýchlosti a stability hodnôt (mierny nulový posun). Hlavnými domácimi kvantovými magnetómami sú zariadenia nasledujúcich stupňov: zem (chodca) M-33 a MMP-303, Sea KM-8, Aeromagnetometer KAM-28. V magnetometroch na streľbu v pohybe (morský, vzduch alebo automobilový priemysel) sa registrácia magnetickej indukcie vykonáva automaticky, takmer nepretržite. Profily sú zviazané rôznymi spôsobmi (rádiová navigácia, s leteckou fotografiou atď.). Výsledky pozorovania sú niekedy prítomné v analógovej forme vo forme magnetogramu, ale častejšie - v digitálnej forme, ktorá zabezpečuje následné spracovanie informácií na palubných počítačoch alebo v expedičných výpočtových centrách.

Converter Magnetického poľa Ferorsond, alebo Ferrozond, je určený na meranie a indikuje konštantné a pomaly meniace sa magnetické polia a ich gradienty. Účinok ferozónu je založený na zmene magnetického stavu feromagnet pod vplyvom dvoch magnetických polí rôznych frekvencií.

Na obr. Schematicky znázorniť niektoré možnosti pre návrhy ferrorsonds.

V najjednoduchšej verzii sa Ferorord pozostáva z feromagnetického jadra a dvoch cievok na ňom:

rezanie cievok poháňané striedavým prúdom

a meracia (signálna) cievka.

Jadro Ferrorord sa vykonáva z materiálov s vysokou magnetickou permeabilitou.

Premenlivé napätie sa dodáva do excitačnej cievky od špeciálneho generátora s frekvenciou 1 až 300 kHz (v závislosti od úrovne parametrov a vymenovania zariadenia).

V neprítomnosti meraného magnetického poľa sa jadro pod pôsobením striedavého magnetického poľa H, vytvorené prúdom v excitačnej cievke, sa uvoľní pozdĺž symetrického cyklu.

Zmena magnetického poľa spôsobená magnetizáciou jadra pozdĺž symetrickej krivky, indukuje EDC v signálovej cievke, ktorá sa pohybuje na harmonický zákon.

Ak súčasne na jadre, merané konštantné alebo pomaly meniace sa magnetické pole, ale magnetizačná krivka mení rozmery a tvar a stáva sa asymetrickým. To mení veľkosť a harmonické zloženie EMF v signálovej cievke.

Najmä aj harmonické komponenty EMF sa objavujú, ktorých veľkosť je úmerná intenzite nameraného poľa a nie je k dispozícii so symetrickým magnetizačným cyklom.

Ferrorsondy sú rozdelené do:

bočné tyče (obr. A)

Diferenciál s otvoreným jadrom (obr. B)

Diferenciál s uzavretým (krúžkom) jadrom (obr. IN).

Diferenciálny ferozond (obr. B, b), spravidla pozostáva z dvoch jadier s vinutiami, ktoré sú spojené takým spôsobom, že nepárne harmonické zložky sú prakticky kompenzované. Meracie zariadenie je teda zjednodušené a citlivosť sa zvyšuje.

Ferrorsondy sú charakterizované veľmi vysokou citlivosťou na magnetické pole.

Sú schopní zaregistrovať magnetické polia s napätím do 10 -4 -10 -5 A / m (~ 10 -10 -10 -11 TL).

Moderné návrhy ferrororsons sa líšia kompaktnosťou.

Objem Ferrorord, ktorý dokončí domáce magnetometre G73, je menšie ako 1 cm3 a trojzložkový ferozond pre magnetometrok G74 sa hodí do kocky so stranou 15 mm.

Ako príklad na obr. Dizajn a rozmery miniatúrneho tyče Ferrorsondu.

Dizajn Ferrorord je pomerne jednoduchý a nevyžaduje špeciálne vysvetlenia.

Jeho jadro je vyrobené z Permallo.

Má prierez premennej dĺžky, znižuje sa asi 10-krát v centrálnej časti jadra, ktorý je navinutý na meracie navíjanie a vzrušenie.

Tento dizajn poskytuje relatívne malú dĺžku (30 mm) vysokú magnetickú permeabilitu (1, 5x10 5) a malú hodnotu intenzity nasýtenia poľa v centrálnej časti jadra, čo vedie k zvýšeniu fázy a časovej Citlivosť Ferorord. Vďaka tomu je tiež zlepšený tvar výstupných impulzov v meracom navíjaní ferozondu, čo znižuje chyby schémy formácie signálu "časový impulz".

Meracie rozsah ferozondových konvertorov typického dizajnu je ± 50 ... ± 100 A / m (± 0, 06 ... ± 0, 126 MT).

Hustota magnetického šumu vo frekvenčnom pásme až do 0,1 Hz pre ferorsorons s tyčovými jadrami je 30 - 40 μ / m (m x Hz 1/2), v závislosti na excitácii, klesajúcim sa zvyšovaním. Vo frekvenčnom pásme do 0,5 Hz je hustota šumu 3-3,5 krát vyššia.

Magnetometer Navrhnuté na meranie indukcie magnetického poľa. Magnetometer používa podporu magnetické pole, ktoré nám umožňuje prostredníctvom určitých fyzických účinkov. previesť merané magnetické pole do elektrického signálu.
Aplikovaná aplikácia magnetometre na detekciu masívnych predmetov z feromagnetických (najčastejšie, oceľových) materiálov založených na lokálnom skreslení týmito objektmi magnetického poľa Zeme. Výhodou použitia magnetometrov v porovnaní s tradičnými detektormi kovov je veľký detekčný rozsah.

FURRORSONDA (vektor) magnetometre

Jeden z typov magnetometrov sú . Ferrorsond bol vynájdený Friedrich Ferstern ( )

V roku 1937 a slúži na určenie magnetické pole indukčné vektor.

Dizajn ferozond

jednorazové ferrozhd.

Najjednoduchší ferozond sa skladá z permanalového tyče, ktorý obsahuje excitáciu cievky (( pohonnú cievku.), poháňaný striedavým prúdom a merajúcou cievkou ( detektorová cievka.).

Povzbudiť - zliatina s magnetickými a mäkkými vlastnosťami, pozostávajúci zo železa a 45-82% niklu. Permalla má vysokú magnetickú permeabilitu (maximálna relatívna magnetická permeabilita ~ 100 000) a nízka donucovacia sila. Populárna značka Permanaloe na výrobu Ferrorsords je 80% Nickel + chróm a kremík so sýtou indukciou 0,65-0,75 TL, ktorý sa používa na jadrá malých transformátorov, tlmičov a reléov pracujúcich v slabých okrajoch magnetických obrazoviek, pre jadrá impulzných transformátorov , Magnetické zosilňovače a bezkontaktné relé, pre jadrá magnetických hláv.
Závislosť relatívnej magnetickej permeability z pevnosti poľa pre niektoré odrody spoločnosti Permalloe má formulár -

Ak je na jadre prekrýva konštantné magnetické pole, zobrazí sa napätie v meracej cievke dokonca Harmonický, z toho, ktorý slúži ako miera konštantného magnetického poľa. Toto napätie sa filtruje a meralo.

dva-barel ferroysonsond

Ako príklad môžete zariadenie popísané v knihe. Karalassa v.n. "Elektronické obvody v priemysle" -



Zariadenie je navrhnuté tak, aby merali konštantné magnetické polia v rozsahu 0,001 ... 0,5 prišle.
Snímač excitačných vinutí L1 a L3. Vrátane. Meracie navíjanie L2. Navíjané nad vinutím vzrušenia. Excitačné vinutia sú napájané 2 kHz frekvenčný prúd z dvojtaktného generátora s indukčnou spätnou väzbou. Režim generátora je stabilizovaný DC Divisory na odporov R8. a R9.

furrorsond s toroidným jadrom
Jedným z populárnych možností dizajnu pre ferozondový magnetometer je ferozond s toroidným jadrom ( prsteňový základ fluxgate.) -

V porovnaní s tyčovými ferozondmi má takýto dizajn menší hluk a vyžaduje vytvorenie oveľa menej magneto-livestorm.

Tento senzor je brány navíjanienaraz na toroidnom jadre, ktorý prúdi striedavý prúd s amplitúde dostatočnou na vstup do jadra v saturácii a meracie navíjanieS ktorým sa odstráni striedavé napätie, ktoré sa analyzuje na meranie vonkajšieho magnetického poľa.
Meracie vinutie je navinuté na hornej časti toroidného jadra, ktoré ho pokrýva úplne (napríklad na špeciálnom ráme) -


Tento dizajn je podobný počiatočnému dizajnu ferorsords (kondenzátor bol pridaný na dosiahnutie rezonancie na druhom harmonickom) -

Použitie protónových magnetómov
Protonové magnetóme sú široko používané v archeologických štúdiách.
Proton Magnetometer je uvedený v románe sci-fi nomel Michael Dieťa "v pasci" (" Časová os.") -
Ukázal na jeho nohy. Tri ťažké žlté kryty boli zdvihnuté na predné vzpery vrtuľníka. "Práve teraz nesieme stereo terén mappers, infračervené, UV a radaru skenovania." Kramer poukázal na zadné okno, smerom k šesť-nohy-dlhej striebornej trubice, ktorá visila pod vrtuľníkom vzadu. "A čo je to?" "Proton Magnetometer." "Uh-huh. A to robí to, čo?" "Vyzerá to, že magnetické anomálie v zemi pod nami, takže by mohli indikovať pochované steny, alebo keramiku alebo kov."

MAGNETOMETERY CESIA

Variant kvantových magnetónov sú atómové magnetometre na alkalickom kovu s optickým čerpaním.

cESIMA MAGNETOMETER G-858

MAGNETOMETERS REVELOUSER

Magnetometre s pevným štátom

Najprístupnejšie sú magnetometre zapustené do smartfónov. Pre Android Dobrá aplikácia pomocou magnetometra je . Stránka tejto aplikácie - http://physics-toolbox-magnetometer.android.informer.com/.

Nastavenie magnetometra

Na testovanie ferozónu môžete použiť. Cievky Helmholtz sa používajú na získanie prakticky homogénneho magnetického poľa. V ideálnom prípade sú v ideálnom prípade dva identické krúžky spojené navzájom postupne a nachádzajú sa vo vzdialenosti polomeru zvonenia navzájom. Zvyčajne sa cievky Helmholtzu pozostávajú z dvoch cievok, na ktorých sa počet otáčok navinutí a hrúbka cievky by mala byť oveľa nižšia ako ich polomer. V reálnych systémoch môže byť hrúbka cievky porovnateľná s ich polomerom. Môžeme teda zvážiť systém Helmholtz krúžky dva koaxiálne umiestnené tie isté cievky, vzdialenosť medzi strediskami, ktorá je približne rovnaká ako ich priemerný polomer. Takýto systém cievok sa nazýva aj rozdelený solenoid ( rozdelený solenoid).

V strede systému je zóna homogénneho magnetického poľa (magnetické pole v strede systému v množstve 1/3 polomeru krúžkov jednotne do 1%), ktoré sa môžu použiť na účely merania, na kalibráciu magnetických indukčných snímačov atď.

Magnetická indukcia v strede systému je definovaná ako $ B \u003d MU _0, (vľavo)) ^ (3/2), (v R) $
Kde $ n $ je počet otáčok v každej cievke, $ i $ - prúd cez cievky, $ r $ je priemerný polomer cievky.

Tiež, cievky Helmholtzu môžu byť použité na ochranu magnetického poľa Zeme. Aby ste to urobili, je najlepšie použiť tri vzájomne kolmé páry krúžkov, potom ich orientácia nezáleží.

Navrhovaný diferenciálny magnetometer môže byť veľmi užitočný na vyhľadávanie veľkých položiek železa. Takéto zariadenie je takmer nemožné hľadať poklady, ale je nevyhnutné pri hľadaní plytkých potopících tankov, lodí a iných vzoriek vojenského vybavenia.

Princíp prevádzky diferenciálneho magnetometra je veľmi jednoduchý. Akákoľvek položka z feromagnet narúša prirodzené magnetické pole Zeme. Takéto subjekty zahŕňajú všetko vyrobené zo železa, liatiny a ocele. Vo veľkej miere ovplyvňuje skreslenie magnetického poľa môže mať tiež vlastnú magnetizáciu objektov, ktorá sa často uskutočňuje. Upevnenie odchýlky sily magnetického poľa z hodnoty pozadia, je možné dospieť k záveru, že je blízko meracieho prístroja objektu feromagnetického materiálu.

Skreslenie magnetického poľa Zeme ďaleko od cieľa nestačí, a odhaduje sa tým rozdielom v signáloch z dvoch senzorov. Z tohto dôvodu je zariadenie tiež pomenované diferenciálom. Každý senzor meria signál, pomernú pevnosť magnetického poľa. V najväčšej distribúcii sa získali feromagnetické snímače a senzory na základe precesie protónov magneton. V posudzovanom prístroji sa používajú senzory prvého typu.

Základom feromagnetického senzora (tiež nazývaný ferrorsorondo) je cievka s jadrom feromagnetického materiálu. Typická magnetizačná krivka takéhoto materiálu je dobre známa zo školského priebehu fyziky a má nasledujúci formulár, berúc do úvahy vplyv magnetického poľa Zeme, znázornenej na obr. 29.

Obr. 29. Magnetizačná krivka

Cievka je nadšená variabilnou frekvenčnou signálom sinusionálneho ložiska. Ako je zrejmé z obr. 29, posunutie magnetizačnej krivky feromagnetického jadra cievky vonkajším magnetickým poľom zeme vedie k tomu, že indukcia poľa a súvisiace napätie na zvitku začína byť skreslené ako asymetrickým spôsobom. Inými slovami, napätie snímača v sínusovom prúde nosnej frekvencie sa bude líšiť od sínusových hodnôt "sa vzdal" topy polovičného padli. A tieto deformácie budú asymetrické. V jazyku spektrálnej analýzy to znamená vzhľad v spektre výstupného napätia cievky aj harmonických, ktorých amplitúda je úmerná napätiu magnetického poľa posunu (pole Zeme). To sú dokonca harmonické a potrebujete "chytiť".

Obr. 30. Diferenciálny feromagnetický senzor

Pred zmienkaním prirodzene nakonfigurovaného synchrónneho detektora pracuje s pochybnostňovacím referenčným signálom frekvenčného frekvencie, zvážte návrh komplikovanej verzie feromagnetického senzora. Skladá sa z dvoch jadier a troch cievok (obr. 30). V podstate je to diferenciálny senzor. Avšak, pre jednoduchosť, nebudeme sa nazývať diferenciál v texte, pretože samotný magnetometer je už diferenciál (©).

Konštrukcia sa skladá z dvoch identických feromagnetických jadier s identickými cievkami umiestnenými paralelne vedľa seba. Vo vzťahu k vzrušujúcemu elektrickému signálu referenčnej frekvencie sú zahrnuté v pult. Tretia cievka je navíjacia rana nad dvoma zloženými prvými dvoma cievkami s jadiermi. V neprítomnosti vonkajšieho rasového magnetického poľa sú elektrické signály prvého a druhého vinutia symetrické a v ideálnom prípade pôsobia tak, že výstupný signál v treťom vinutí chýba, pretože magnetické toky sú úplne kompenzované to.

Ak je externé posuvné magnetické pole, zmení sa obraz. Potom jeden, potom ďalšie jadro na vrchole zodpovedajúcej polovičnej vlny "flutter" do nasýtenia hlbšie ako obvykle kvôli pridaniu magnetického poľa Zeme. Výsledkom je, že na výstupe tretieho vinutia sa objaví frekvenčný nesúlad odklonu. Signály hlavnej harmoniky ideálne sú úplne kompenzované.

Pohodlie zváženia senzora je, že jeho cievky môžu byť zahrnuté, aby sa zvýšila citlivosť na oscillatory obvod. Prvý a druhý v oscilačnom okruhu (alebo kontúr) nakonfigurovaný na frekvenciu nosiča. Tretí je vibračný obrys nakonfigurovaný na druhý harmonický.

Opísaný senzor má výrazný vzor orientácie. Jeho výstup je maximálny na mieste pozdĺžnej osi snímača pozdĺž elektrického vedenia vonkajšieho permanentného magnetického poľa. Keď je pozdĺžna os kolmá na elektrické vedenia - výstupný signál je nula.

Senzor uvažovaného typu, najmä v spojení so synchrónnym detektorom, môže úspešne fungovať ako elektronický kompas. Jeho výstup po vyrovnaní je úmerný premietnutiu magnetického poľa magnetického poľa Zeme na osi snímača. Synchrónna detekcia vám umožňuje učiť sa a podpísať túto projekciu. Ale aj bez znamenia - orientovaný snímač minimálneho signálu, dostaneme smer na západ alebo na východ. Orientované na maximum - dostaneme smer magnetického elektrického vedenia zemského poľa. V stredných zemepisných šírkach (napríklad v Moskve), ide šikmo a "pakeje" na zem smerom na sever. V rohu magnetického poklesu môžete približne vyhodnotiť geografickú zemepisnú šírku terénu.

Diferenciálne feromagnetické magnetometre majú svoje výhody a nevýhody. Výhody zahŕňajú jednoduchosť zariadenia, nie je zložitejšie priamym posilňovacím rádiom. Nevýhody zahŕňajú komplexnosť výroby senzorov - okrem presnosti sa vyžaduje absolútne presná náhoda počtu otáčok zodpovedajúcich vinutí. Chyba jedného alebo dvoch otáčok môže dôrazne znížiť možnú citlivosť. Ďalšou nevýhodou je "kompas" zariadenia, t.j. nemožnosti úplnej kompenzácie zemskej oblasti odčítaním signálov z dvoch rozmiestnených senzorov. V praxi to vedie k falošným signálom, keď snímač otočí okolo osi kolmého na pozdĺžny.

Praktický dizajn

Praktický dizajn diferenciálneho feromagnetického magnetometra bol implementovaný a testovaný v dumpingovej verzii bez špeciálnej elektronickej časti pre indikáciu zvuku s použitím iba mikroemeru s nulovou nulou v strede stupnice. Ovládacie okruh zvuku je možné odobrať z opisu detektora kovu na princípe "prijímacieho prenosu". Zariadenie má nasledujúce parametre.

Hlavné technické vlastnosti
Napájacie napätie 15 ... 18 V
Aktuálna spotreba nie viac ako 50 RO
Hĺbka detekcie:
pISTOL 2 M.
kanón kmeň 4 m
nádrž 6 M.

Štrukturálna schéma

Obr. 31. Konštrukčný diagram diferenčného feromagnetického magnetometra

Štrukturálna schéma je znázornená na obr. 31. Quartz stabilizovaný generátor vydávania hodín frekvencie frekvencie pre generátor signálov.

Na jednej zásuvke je meandra prvého harmonického, ktorá prichádza na výkonový zosilňovač, vzrušujúce vyžarujúce senzorové cievky 1 a 2. Ďalším výstupom vytvára meandrom spochybňovanej frekvencie hodín s posunom 60 ° pre synchrónny detektor. Rozdielový signál z výstupu (tretí) vinutia snímačov sa amplifikuje v prijímacom zosilňovači a je narovnaný synchrónnym detektorom. Narovnatý trvalý signál môže byť zaznamenaný mikroemeromom alebo je popísaný v predchádzajúcich kapitolách zariadení zvukových indikácií.

Schematický systém

Schematický diagram diferenciálneho feromagnetického magnetometra je znázornený na obr. 32 - Časť 1; Špecifikácia generátora, generátora signálu, výkonový zosilňovač a emitujúce cievky, obr. 33 - Časť 2: Prijímacie cievky, prijímajúce zosilňovač, synchrónny detektor, indikátor a napájanie.

Obr. 32. Koncepcia elektrickej schémy - Časť I

Špecifikujúci generátor (obr. 32)

Špecifikujúci generátor sa montuje na meniče D1.1-D1.3. Frekvencia generátora sa stabilizuje kremenným alebo sub-zocheramickým rezonátorom Q s rezonančnou frekvenciou 215 Hz \u003d 32 kHz ("HOUR QUARTZ"). Reťazec R1C1 zabraňuje excitácii generátora na vyšších harmonických. Prostredníctvom R2 odporom je obvod OOS uzavretý, cez rezonátor Q -Cile pic. Generátor sa vyznačuje jednoduchosťou, malým prúdom, funguje spoľahlivo pri napájacom napätí 3 ... 15 B, neobsahuje orezané prvky a príliš odolné odpory. Výstupná frekvencia generátora je asi 32 kHz.

Signálové bývalé (obr. 32)

Generátor signálu sa montuje na binárnom počítadlom D2 a D3.1 D3.1 D-Trigger. Typ binárneho metra nie je dostatočná, jeho hlavnou úlohou je rozdeliť hodinovú frekvenciu o 2, o 4 a 8, čím sa získajú, meandy s frekvenciami 16, 8 a 4 kHz. Nosná frekvencia pre excitáciu emitujúcich cievok-4 kHz. Signály s frekvenciami 16 a 8 kHz, ovplyvňujúcim D-Trigger D3.1, forma na jeho výstupe meancie sa zdvojnásobili na nosnú frekvenciu 8 kHz, posunuli 90 ° vzhľadom na výstupný signál 8 KHz binárny merač. Takýto posun je nevyhnutný pre normálnu prevádzku synchrónneho detektora, pretože rovnaký posun má priaznivú poruchu dvojitej frekvencie na výstup snímača. Druhá polovica čipu z dvoch D-TRIGHTRES - D3.2 v diagrame sa nepoužíva, ale jeho nepoužité vstupy by mali byť pripojené buď na logické 1, alebo na logické 0 pre normálnu prevádzku, ako je znázornené na diagrame.

Power zosilňovač (obr. 32)

Power zosilňovač s zrakom sa nezdá byť pravdepodobné a reprezentuje len silné invertory D1.4 a D1.5, ktoré v antifázovej splošnite oscilujúci obvod pozostávajúci z postupne paralelne zapnutých vyžarujúcich cievok snímača a kondenzátora C2. Hviezdička v blízkosti ratingu kondenzátora znamená, že jeho hodnota je označená približne a že pri úprave musí byť zvolená. Nepoužitý menič D1.6 tak, aby nenechal svoj vstup nešťastný, invertuje signál D1.5, ale prakticky "rýchlo". R3 a R4 Resistors obmedzujú výstupný prúd meničov v prípustnej úrovni a spolu s oscovými kontúrami tvoria filter s vysokým rizikovým pásom, takže napätie a prúdový formulár v emitujúcich senzorových cievkach takmer sa zhoduje so sínusovým.

Obr. 33. Základná elektrická schéma je časť II. Zosilňovač prijímača

Zosilňovač prijímača (obrázok 33)

Prijímajúci zosilňovač zvyšuje rozdielový signál prichádzajúci z prijímacích cievok, ktoré tvoria spolu s kondenzátorom oscilujúceho okruhu, nakonfigurovaný na dvojnásobok frekvencie 8 kHz. Kvôli rýchlemu rezistoru R5 je odčítanie signálov prijímacích cievok vyrobené s niektorými koeficientmi váženia, ktoré sa môžu líšiť pohybom motora R5 rezistorom. To prichádza kompenzácia pre neidentitu parametrov prijímacích vinutí senzora a minimalizuje svoju "kompasovateľnosť". Recepcia zosilňovača dvojité. Je zostavený pre OU D4.2 a D6.1 s paralelnými napätím OS. Kondenzátor C4 znižuje amplifikáciu pri vyšších frekvenciách, čím sa zabráni výstuži amplifikačnej dráhy s vysokofrekvenčnými tipmi z elektrických sietí a iných zdrojov. OU - Štandardné korekčné obvody.

Synchrónny detektor (obr. 33)

Synchrónny detektor sa vykonáva na OU D6.2 podľa typickej schémy. Ako analógový kľúč sa používa čip D5 CMOS Multiplexer-Demultiplexer 8 až 1 (obr. 32). Signál digitálneho adresy sa posunie len v mladšom vypúšťaní, ktorý poskytuje alternatívne spínanie bodov K1 a K2 na celkovú pneumatiku. Narovnomerný signál sa prefiltruje kondenzátorom C8 a D6.2 je zvýšený súčasným dodatočným útlmom nefiltrovaných RF zložiek R14C11 a R13C9. Korekčný obvod OU je štandardný pre použitý typ.

Indikátor (Obr. 33)

Indikátor je mikro ampérter s nulovou nulou uprostred stupnice. V indikátorovej časti je možné úspešne použiť obvod z vyššie opísaných detektorov kovov iných typov. Vrátane, ako indikátor, môžete použiť návrh detektora kovu na princípe elektronického frekvenčného merača. V tomto prípade je jeho LC generátor nahradený generátorom RC a namerané výstupné napätie cez odporový delenie sa privádza do frekvenčného reťazca časovača. Môžete si prečítať viac o tom na webovej stránke Yuri Kolokolov.

Chip D7 stabilizuje jedno-polárne napájacie napätie. S pomocou OU D4.1 sa vytvorí umelý priemerný výkonový bod, ktorý umožňuje použitie konvenčného bipolárneho obvodového inžinierstva pre OU. Keramické blokujúce kondenzátory C18-C21 sú namontované v bezprostrednej blízkosti digitálnych čipových puzdier D1, D2, D3, D5.

Typy detailov a dizajnu

Použité typy mikroobvodov sú uvedené v tabuľke. 6.

Tabuľka 6. Typy použitých mikroobvodov

Namiesto čipu série K561 je možné použiť mikroobvody série K1561. Môžete sa pokúsiť použiť niektoré čipy série K176 alebo cudzie analógy 40xx a 40xx.

Duálne prevádzkové zosilňovače (OU) série K157 môžu byť nahradené akýmikoľvek podobnými parametrami všeobecného účelu (s príslušnými zmenami v suteréne a korekčných obvodoch).

Rezistory nie sú prezentované rezistormi používanými v diferenciálnom magnetometrickom diagrame. Musia mať len pevný a miniatúrny dizajn a sú vhodné na inštaláciu. RATárna sila 0,125 ... 0,25 W.

Potenciometre R5, R16 sú požadované viacnásobné pre pohodlie presného nastavenia prístroja. Rukoväť R5 Potenciometrová rukoväť by mala byť vyrobená z plastu a mala by mať dostatočnú dĺžku, aby sa dotyk ovládania operátora nespôsobil zmeny na čítaniach indikátora stlačením. Kondenzátor C16 - elektrolytický typ malého veľkosti.

Kondenzátory oscilačných kontúr C2 * a SZ * sa skladajú z niekoľkých (5-10 ks.) Kondenzátory zahrnuté paralelne. Nastavenie obrysu do rezonancie sa vykonáva výberom počtu kondenzátorov a ich nominálnych. Odporúčaný typ kondenzátorov K10-43, K71-7 alebo zahraničné termostabilné náprotivky. Môžete sa pokúsiť použiť konvenčné keramické alebo kovové kondenzátory, avšak, keď je teplota oscilácie, bude potrebné zariadenie nastaviť častejšie.

Micronmmeter - akýkoľvek typ prúdu 100 μA s nulou uprostred stupnice. Pohodlné malé mikroemetre, napríklad typ M4247. Môžete použiť takmer akýkoľvek mikroemery, a dokonca aj miliérne - s ľubovoľným limitom stupnice. Na to je potrebné správne nastaviť sadzby rezistorov R15-R17. Quartz Resonator Q - Akákoľvek malá hodina Quartz (podobne ako tie, ktoré sa používajú v prenosných elektronických hrách).

Spínač S1 - akýkoľvek typ, malé.

Obr. 34. Výstavba anténny senzor

Cievky senzora sú vyrobené na okrúhlych feritových jadrách s priemerom 8 mm (používa sa v magnetických anténch rádiových a dw-rad rádiových prijímačov) a asi 10 cm dlhé. Každé vinutie sa skladá z hladko a tesne zranených v dvoch vrstvách 200 otáčok Meď navíjací drôt s priemerom 0,31 mm. V dvojitom lak-hodvábnej izolácii. Na vrchu všetkých vinutí je pripojená vrstva fólie obrazovky. Okraje na obrazovke sú izolované od seba, aby sa zabránilo vytvoreniu krátkodobého otočenia. Výstup obrazovky sa vykonáva medeným tinnovaným drôtom. V prípade obrazovky hliníkovej fólie sa tento výstup aplikuje na obrazovku pre celú dĺžku a je tesne naplnená páskou. V prípade obrazovky z medi alebo mosadznej fólie je výstup spájka.

Konce feritových jadier sú upevnené v fluórplastických centrovacích kotúcich, vďaka ktorým sa každý z týchto dvoch polovíc snímača drží vo vnútri plastovej trubice z textolitov, ktorý slúži na puzdro, ako je schematicky znázornené na obr. 34. Dĺžka potrubia je asi 60 cm. Každý z polovice snímača sa nachádza na konci rúrky a je dodatočne zaznamenaný silikónovým hermetónom, ktorý je naplnený priestorom okolo vinutí a ich jadier. Plnenie prostredníctvom špeciálnych otvorov v puzdre potrubia. Spolu s fluóroplastickými podložkami, takýto tesniaci materiál dáva upevnenie krehkých feritových tyčí potrebnú elasticitu, ktorá im bráni v popraskaní počas náhodných úderov.

Vytvorenie zariadenia

1. Skontrolujte, či je inštalácia správna.

2. Kontrola spotrebovaného prúdu, ktorá by nemala prekročiť 100 mA.

3. Skontrolujte správnu prevádzku špecifikujúceho generátora a zostávajúce prvky tvorby impulzných signálov.

4. Prispôsobte obvod snímača oscilátora. Emitujúce - na frekvencii 4 kHz, prijímanie - na 8 kHz.

5. Uistite sa, že správnosť vylepšenej cesty a synchrónny detektor.

Pracovať so zariadením

Metóda nastavenia a práca so zariadením je nasledovná. Ideme na miesto vyhľadávania, zapnite zariadenie a začnite otáčať anténu snímača. Najlepšie zo všetkých vo vertikálnej rovine prechádzajúcej sever-juh smeru. Ak je snímač zariadenia na tyči, potom sa nemôžete otáčať, ale na rock, pokiaľ vám umožní vytvoriť bar. Šípka indikátora sa odchyľuje (efekt kompasu). Pomocou variabilného odporu R5 sa snažíme minimalizovať amplitúdu týchto odchýlok. Bude to "presunúť" priemerný bod čítania mikropodnikov a bude tiež potrebné nastaviť na inú variabilnú rezistoru R16, ktorá je navrhnutá tak, aby nastavila nula. Keď sa efekt "Compass" stane minimálnym, zariadenie sa považuje za vyvážené.

Pre malé objekty sa vyhľadávacia technika s použitím diferenciálneho magnetometra nelíši od techniky práce s konvenčným detektorom kovov. V blízkosti objektu sa šípka môže odchýliť v ľubovoľnom smere. Pre veľké objekty sa šípka indikátora líši v rôznych smeroch vo veľkom priestore.