Способ измерения напряженности постоянного магнитного поля

Способ измерения напряженности постоянного магнитного поля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

« Фэн вя пате чтно-та „

™ Чикчесь

"бл

Союз Советских

Соцнапнстнческнх

Республик

ОП И

ИЗОБРЕТЕНИЯ

nii789925

К АВТОРСКОМУ СВИ Е?ВАЛЬС?ВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19. 12. 72 (g1) 1859378/18-21

{51)М. К .

501 R 33/02 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н отнрытнй

Опубликовано 2 312 80. Бюллетень 49 4 7

{53) УДК621. 317..44 (088.81

Дата опубликования описания 23. 12. 80 (72) Автор, изобретения

И. Н. Сапранков (71) Заявитель

Физико-технический институт АН Туркменской ССР (541 СЛОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ

ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в магнитометрии при измерении напряженности слабых постоянных магнитных полей. 5

Известны способы измерения напряженности постоянного магнитного поля с промежуточным преобразованием постоянного поля в переменное, и с последующим измерением последнего. 1О

Подобные способы основаны на свойстве ферромагнитного вещества изменять магнтиную проницаемость под влиянием магнитного поля (1) .

Изменение напряженности магнитно- Ч5 го поля по данному способу сводится к тому, что постоянное магнитное поле концентрируется /усиливается/ в Магнитном концентраторе, коэффициент усиления которого изменяется 39 благодаря модуляции магнитной проницаемости сердечника за счет поля возбуждения. В случае, когда напряженность поля возбуждения изменяется по синусоидальному закону, 25 а измеряемое постоянное магнитное поле отсутствует, магнитная проницаемость концентратора. изменяется синхронно с полем возбуждения, причем по причине симметрии кривой 30 д Х Н магнитная проницаемость будет,содержать в своем составе только четные гармоники, а индукция магйитного поля — нечетные. Если концен-тратор помещен в постоянное маг- " нитное поле, действующее одновременно с полем возбуждения, то магнитная проницаемость концентратора содержит кроме четных гармоник нечетные. Это вызвано асимметрией воздействия суммарного магнитного поля. В составе магнитной индукции наряду с нечетными гармониками будут присутствовать четные и, в основном, вторая. Причем в определенном динамическом диапазоне напряженности постоянного магнитного поля амплитуды четных гармоник магнитной индукции пропорциональны напряженности постоянного магнитного поля.

Поскольку четные, в частности вторая гармоника магнитной индукции появляются только при воздействии на концентратор постоянного поля, измерения напряженности магнитного поля производят по второй или по сумме четных гармоник магнитной .индукции.

789925

Недостатком данного способа является нестабильность нуля показаний, вызванная наличием четных гармоник в источнике поля возбуждения, ограничивающая порог чувствительности и точность измерений. Дрейф нуля показаний является следствием того, что амплитуды четных гармоник в источнике поля возбуждения подвержены временному дрейфу, в то время, как данные гармоники воспринимаются как полезный сигнал.

Ф

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет устранения дрейфа нуля показаний.

Поставленная цель достигается тем что в способе основанном на преобразовании постоянного магнитного поля в переменное в магнитном концентраторе, проницаемость которого модулируют посредством его подмагничивания полем возбуждения, первоначально подмагничивают концентратор исходным полем возбуждения, а затем при инверсно-включенном поле возбуждения, а за результат измерения принимают суммарное значение замеренных уровней четных гармоник магнитной индукции.

На чертеже приведены векторные диаграммы составляющих индукции магнитного поля.

В дальнейшем при описании сущности изобретения ограничимся детальным рассмотрением поля возбуждения в составе напряженности которого присутствуют только первая и вторая гармоники. Выводы, сделанные для этого частного случая поля возбуждения затем распространим на общий случай, т.е. когда в сотаве напряженности поля возбуждения наряду с первой и второй гармониками присутствуют четные гармоники высшего пор.ядка .

При одновременном воздействии на концентартор постоянного магнитного поля и переменного поля возбуждения, имеющего в своем составе первую и вторую гармонику, индукция магнитного поля содержит следующие составляющие: полезный сигнал, изменяющийся с удвоенной частотой первой гармоники напряженности поля возбуждения. Амплитуда этого сигнала при неизменной амплитуде первой гармоники поля возбуждения пропорциональна напряженности постоянного магнитного поля, а его фаза определяется полностью фазой первой гармоники поля возбуждения и направлением измеряемого постоянного магнитного поля. Изменение фазы первой гармоники поля возбуждения на угол приводит к изменению Фазы полезного сигнала на угол = 2 » так как полезный сигнал изменяется синхронно с удвоенной частотой первой гармоники. Изменение знака

Векторные диаграммы составляющих напряженности поля возбуждения и индукции магнитного поля разнесены по вертикали. Обозначения векторов:

Й Й вЂ” первая и вторая гармоники

» 2 напряженности исходного поля поэбуждения, H Й вЂ” первая и вторая гармоники

» 2 напряженности инверсно-включенного поля возбуждения

В (+1,В > — полезный и паразитный

2 2(-) сигналы при исходном поле возбуждения соответственно,, — полезный и паразитный

2 (-) сигналы при инверсновключенном поле возбуждения соответственно,". суммарный вектор индукции при исходном поле возбуждения; суммарный вектор индукции при инверсно-включенном поле возбуждения.

В соответствии с изложенным на диаграмме при исходном поле возбуждения, вектор полезного сигнала сдвинут в пространстве относительно вектора паразитного сигнала на произвольно выбранный угол Фо. Результат измерения напряженности измеряемого

45

50 Вх(+) В

В .2

60 направления измеряемого постоянного магнитного поля приводит к сдвигу фазы полезного сигнала на 180 паразитный сигнал, также иэменяющиися. с удвоенной частотой первой гармоники напряженности поля возбуждения. Ам,плитуда этого сигнала пропорциональна амплитуде второй гармоники поля возбуждения, а фаза паразитного сигнала полностью опередляется фазой второй гармоники. Поскольку частота паразитного сигнала равна чатоте второй гармоники поля возбуждения и эти сигналы изменяются во времени синхронно, то сдвиг фазы второй гармоники поля возбуждения на угол

45 приведет к такому же свдигу фазы параэитного сигнала Я2 = Ч».

Угол сдвига фазы полезного и параэитного сигналов может быть в пределах от 0 до 360, так как он обуЩ словлен начальным сдвигом фаэ между первой и второй гармониками поля воз— буждения и различием эффектов, которые участвуют в появлении этих сигналов.

25 Рассмотрим векторные диаграммы полезного и паразитного сигналов. На черетеже слева изображена векторная диаграмма, соответствующая исходному полю возбуждения, справа — диаграмма, соответствующая инверсно-включенному полю возбуждения, т.е. полю, tcïåKTðàëüíûå составляющие котроого имеют сдвиг фаз 4» равный 180 относительно составляющих в исходном поле.

789925

Формула изобре-.ения й, магнитного поля по предлагаемому способу не зависит от значения угла

Qp

В случае инверсно-включенного поля позбуждения, при условии, что модуль и направление измеряемого магнитного поля остались прежними, векторные диаграммы примут следующий вид.

Вектор полезного сигнала, обусло1ф вленный первой гармоникой на 36О (Я - ZW„) совершит полный оборот и займет первоначальное положение. ,Вектор паразитного сигнала, при сдвиге фазы второй гармоники также на

180, развернется только на 180О (g> q, >, так как эти сигналы изменяются синфаэно во времени. Построенные векторнье диаграммы позволяют сделать вывод, что инвертирование поля возбуждения не оказывает влияния на полезный сигнал (так как поворот вектора ка угол 360 эквивалентен его повороту на 0 ), в то время, как параэитный сигнал в .результате такой манипуляции изменяет свою азу на 180 . Таким образом, суммарные векторы для первого и второго случая отличаются направлением вектора параэитного сигнала на 180

Используя укаэанную особенность можно выделить полезный сигнал и подавить. паразитный, для чего достаточно сложить суммарные вектора.

При этом, независимо от значения угла f результирующий вектор раР вен удвоенному вектору полезного сигнала.

Практически удобнее оперировать не с самими векторами, а с их проекциями относительно выбранных осей й, координат. Получение полезного сигнала при этом можно свести к алгебраическому суммированию значений проекций векторов относительно одной оси координат, направление когорой выбирают иэ соображений получения наибольшей точности, т.е. параллельно вектору полезного сигнала.

Таким образом, при измерениях по данному способу не может наблюдаться уход нуля показаний изэа наличия второй гармоники в источникие поля возбуждения, так как вторая гармоника не оказывает влияния на результат измерения.

Способ измерения напряженности

20 постоянного магнитного поля путем его преобразования в перменное в магнитном концентраторе, магнитную проницаемость которого модулируют посредством его подмагничивания

1 полем возбукдения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения чувствительнсоти и точности, первоначально подмагничивают концентратор исходным полем возбуждения, а затем при инверсно-включенном поле возбуждения, а за результат измерения принимают суммарное значение замерекных уровней четных гармоник магниткой индукции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Чернышев Е. Т., Чечурин E. И. и др. Магнитные измерения, N., 1969, с. Ч2-65.

ВНИИПИ Заказ 9034/46

Тираж 1019 Подписное

Филиал ППП"Патент,г.ужгород,ул.Проектная,4