Αναζήτηση θησαυρών και θησαυρών: Μαγνητόμετρα - βασικές πληροφορίες. Μαγνητόμετρα Fluxgate Μαγνητόμετρο με σιδηρομαγνητικό πυρήνα και τρεις περιελίξεις

Ας κατασκευάσουμε ένα διανυσματικό διάγραμμα ενός ιδανικού μετασχηματιστή χωρίς φορτίο (Εικ. 15.34).

Μαγνητική δύναμη στο ρελαντί

Ας σχεδιάσουμε τώρα ένα ισοδύναμο κύκλωμα για έναν ιδανικό μετασχηματιστή υπό το φορτίο του (Εικ. 15.35).

Εάν συνδεθεί φορτίο με αντίσταση στους ακροδέκτες της δευτερεύουσας περιέλιξης Ζ n, τότε το ρεύμα θα ρέει μέσα από αυτό , το οποίο, με τη σειρά του, θα τείνει να μειώσει τη μαγνητική ροή , και αυτό θα οδηγήσει σε μείωση του emf. , με αποτέλεσμα το ρεύμα θα αυξηθεί σε μια τέτοια τιμή στην οποία η μαγνητική ροή θα αποκτήσει την αρχική του αξία και θα εκπληρωθεί η εξίσωση (15.35).

Έτσι, η εμφάνιση ρεύματος στο δευτερεύον κύκλωμα οδηγεί σε αύξηση του ρεύματος στο πρωτεύον κύκλωμα. Σε έναν φορτισμένο μετασχηματιστή, η μαγνητική ροή στον πυρήνα είναι ίση με τη μαγνητική ροή χωρίς φορτίο, δηλ. Πάντα φά= συστ. Υπό φορτίο μαγνητική ροή δημιουργείται υπό την επίδραση των μαγνητιστικών δυνάμεων των πρωτευόντων και δευτερευόντων περιελίξεων:

Ας κατασκευάσουμε ένα διανυσματικό διάγραμμα ενός ιδανικού μετασχηματιστή υπό φορτίο (Εικ. 15.36).

Ας μετατρέψουμε το ισοδύναμο κύκλωμα ενός ιδανικού μετασχηματιστή, για τον οποίο θα απαλλαγούμε από την επαγωγική σύζευξη. Εάν συνδέσετε τους ίδιους ακροδέκτες των περιελίξεων του μετασχηματιστή μεταξύ τους, ο τρόπος λειτουργίας του μετασχηματιστή δεν θα αλλάξει.

Ας εξετάσουμε πρώτα επαγωγικά συζευγμένα στοιχεία που τώρα έχουν ένα κοινό σημείο. Ο συντελεστής σύζευξης δύο στοιχείων σε αυτή την περίπτωση ίσο με ένα, δεδομένου ότι ολόκληρη η μαγνητική ροή είναι εντελώς αλληλένδετη με τις στροφές του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος τυλίγματος, δηλ.

ως εκ τούτου, δεδομένου ότι w 1 = w 2, βρίσκουμε:

Ας αντικαταστήσουμε τώρα μέρος του κυκλώματος με επαγωγικά συζευγμένα στοιχεία με ένα κοινό σημείο (Εικ. 15.37 ΕΝΑ) σε ένα ισοδύναμο κύκλωμα χωρίς επαγωγική σύζευξη (Εικ. 15.37 σι).

;

;

Λαμβάνοντας υπόψη αυτό που βρέθηκε, το κύκλωμα παίρνει τη μορφή που φαίνεται στο Σχ. 15.37 V, και το ισοδύναμο κύκλωμα ενός ιδανικού μετασχηματιστή είναι ο τύπος που φαίνεται στο Σχ. 15.38.

Αν τώρα λάβουμε υπόψη την ενεργητική και επαγωγική αντίσταση διαρροής και των δύο περιελίξεων, τότε για έναν μετασχηματιστή στον οποίο w 1 = w 2, λαμβάνουμε το ισοδύναμο κύκλωμα που φαίνεται στο Σχ. 15.39.

Ας γράψουμε τις εξισώσεις του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος κυκλώματος του κυκλώματος:

Ας κατασκευάσουμε ένα διανυσματικό διάγραμμα του κυκλώματος (Εικ. 15.40).

Για τη μέτρηση μικρών σταθερών και εναλλασσόμενων μαγνητικών πεδίων χρησιμοποιούνται πύλες ροής, οι οποίες στην απλούστερη μορφή τους είναι ράβδοι από μαλακό μαγνητικό υλικό και έχουν δύο περιελίξεις, το ένα από τα οποία δημιουργεί προσωρινή μαγνητική ροή και το άλλο είναι μετρητικό.

Όταν ένα εναλλασσόμενο ρεύμα ημιτονοειδούς σχήματος διέρχεται από την περιέλιξη διέγερσης, η μαγνητική κατάσταση του πυρήνα θα αλλάξει κατά μήκος ενός δυναμικού βρόχου υστέρησης, και π.χ. εμφανίζεται στην περιέλιξη μέτρησης. δ.σ., η οποία, εκτός από τη θεμελιώδη συχνότητα, θα περιέχει υψηλότερες περιττές αρμονικές.

Ρύζι. 21. Σχηματικό διάγραμμαβαλλιστική εγκατάσταση: ηλεκτρομαγνήτης, πηνίο μέτρησης, βαλλιστικό γαλβανόμετρο, πρωτεύουσες και δευτερεύουσες περιελίξεις του πηνίου αναφοράς, διακόπτες, κλειδί, σύστημα ρεοστάτη, Α - αμπερόμετρο

Ρύζι. 22. Σχηματική σχεδίαση του καθετήρα μέτρησης

Εάν ένας τέτοιος ανιχνευτής τοποθετηθεί σε σταθερό μαγνητικό πεδίο, κατευθυνόμενο με τον ίδιο τρόπο όπως το εναλλασσόμενο πεδίο κατά μήκος του άξονα του πυρήνα, τότε η μαγνητική κατάσταση του πυρήνα θα αλλάξει ήδη σε έναν ασύμμετρο ιδιωτικό κύκλο. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι στην κατεύθυνση της δράσης ενός σταθερού πεδίου, η αντιστροφή της μαγνήτισης του πυρήνα θα συμβεί σε χαμηλότερες τιμές του εναλλασσόμενου πεδίου από ό,τι απουσία σταθερού πεδίου και στην αντίθετη κατεύθυνση, μια σταθερή Το πεδίο θα αποτρέψει την αντιστροφή της μαγνήτισης. Στην περίπτωση αυτή, στην καμπύλη e. δ.σ. Μαζί με τις περιττές αρμονικές θα εμφανιστούν άρτιες, κυρίως δεύτερες αρμονικές. Αποδεικνύεται ότι η τιμή του e. δ.σ. Αυτό

οι αρμονικές είναι ανάλογες με την ένταση του μαγνητικού πεδίου. Κατά μέγεθος ε. d.s., ανάλογη με αυτή την αρμονική, και μετρήστε την ένταση του πεδίου.

Στο Σχ. Το σχήμα 22 δείχνει ένα σχηματικό σχέδιο ενός από τους ανιχνευτές μέτρησης, ο πυρήνας του οποίου είναι κατασκευασμένος από μαλακό μαγνητικό υλικό μόνιμου κράματος. Ο πυρήνας αποτελείται από 20-50 πλάκες πάχους.

Ρύζι. 23. Σχηματική σχεδίαση μαγνητικού καθετήρα τύπου γέφυρας

Ρύζι. 24. Στη συσκευή καθετήρα τύπου γέφυρας

Οι περιελίξεις συνδέονται μεταξύ τους σε σειρά. Το πηνίο μέτρησης 3 τοποθετείται στον πυρήνα 1. Εάν εναλλασσόμενο ρεύμα διέρχεται από τις στροφές της περιέλιξης 2, τότε δεν θα συμβεί στο πηνίο μέτρησης, καθώς οι αλλαγές στη μαγνητική ροή με την πάροδο του χρόνου από κάθε τύλιγμα 2 θα είναι ίσες και αντίθετες στην κατεύθυνση. Όταν ο πυρήνας τοποθετείται σε ένα σταθερό ομοιόμορφο πεδίο, το οποίο κατευθύνεται κάθετα στο επίπεδο διατομής των περιελίξεων και του πηνίου, θα συμβεί ανακατανομή των μαγνητικών ροών στο διάστημα μεταξύ των περιελίξεων 2, καθώς το σταθερό πεδίο θα αθροίζεται σε εναλλασσόμενο πεδία, ως αποτέλεσμα των οποίων θα προκύψει ηλεκτροκινητική δύναμη στο πηνίο μέτρησης 3. Αυτό το ε. δ.σ. θα είναι ανάλογη με την ένταση του μαγνητικού πεδίου. Χρησιμοποιώντας έναν τέτοιο αισθητήρα, σε συχνότητα εναλλασσόμενου ρεύματος 103 Hz, είναι δυνατό να μετρηθούν μαγνητικά πεδία της τάξης του

Αυτήν τη στιγμή υπάρχουν μαγνητικοί ανιχνευτές τύπου γέφυρας. Μία από αυτές τις γέφυρες φαίνεται στο Σχ. 23. Η γέφυρα κόβεται από φύλλο μαλακό μαγνητικό υλικό (Εικ. 24). Συναρμολογείται από πολλά φύλλα, το ένα μισό από τα οποία κόβεται κατά μήκος και το άλλο μισό κατά μήκος του ρολού. Αυτό εξασφαλίζει τη βέλτιστη μαγνητική ομοιομορφία των βραχιόνων της γέφυρας και βελτιώνει τη μαγνητική επαφή των βραχιόνων. Τα τμήματα διπλώνονται και συνδέονται μεταξύ τους έτσι ώστε να σχηματίζεται μια δεύτερη διαγώνιος της γέφυρας. Τα πηνία 1 και 2 βρίσκονται στις διαγώνιους της γέφυρας και οποιοδήποτε από αυτά μπορεί να είναι είτε μετρητικό είτε συναρπαστικό. Η περιέλιξη του πηνίου διέγερσης τροφοδοτείται από βιομηχανικό ή

αυξημένη συχνότητα. Η μαγνητική γέφυρα βρίσκεται σε ισορροπία και χωρίς εξωτερικό σταθερό μαγνητικό πεδίο, δεν υπάρχει εκπομπή στο πηνίο μέτρησης. δ.σ. Εάν η γέφυρα τοποθετηθεί σε εξωτερικό σταθερό μαγνητικό πεδίο, τότε διαταράσσεται η ισορροπία της γέφυρας, θα εμφανιστεί μια εναλλασσόμενη μαγνητική ροή στη διαγώνιο της γέφυρας και μια εκπομπή στο πηνίο μέτρησης. δ.σ. επαγωγή, το μέγεθος της οποίας καθορίζει την τιμή της έντασης του εξωτερικού πεδίου. Μέγιστη τιμή e. δ.σ. εμφανίζεται στο πηνίο μέτρησης εάν το εξωτερικό πεδίο κατευθύνεται παράλληλα με δύο απέναντι κλάδους της γέφυρας. Για να αυξηθεί η ευαισθησία, μερικές φορές κατασκευάζεται μια μαγνητική γέφυρα με πόλους (Εικ. 25).

Ρύζι. 25. Σχηματική σχεδίαση μαγνητικού καθετήρα με πόλους

Ας εξετάσουμε ένα εξαιρετικά ευαίσθητο μαγνητόμετρο αντιστάθμισης για τη μέτρηση της έντασης του μαγνητικού πεδίου έως , όπου χρησιμοποιείται ένας μαγνητικά κορεσμένος ανιχνευτής. Το σχηματικό διάγραμμα του μαγνητομέτρου και η τομή του μαγνητικά κορεσμένου καθετήρα φαίνονται στο Σχ. 26 και 27.

Το κύκλωμα μαγνητομέτρου αποτελείται από ένα κύκλωμα διέγερσης και σήματος, ένα κύκλωμα αντιστάθμισης και ένα κύκλωμα για τη δοκιμή της ευαισθησίας της συσκευής

Το κύκλωμα διέγερσης και σήματος περιλαμβάνει μια γεννήτρια 4, έναν διπλασιαστή συχνότητας 5, έναν διαχωριστή φάσης 6, έναν ενισχυτή συντονισμού 7 και μια συσκευή ένδειξης 8. Για να αυξήσει την ευαισθησία, η συσκευή χρησιμοποιεί μια μέθοδο μέτρησης αντιστάθμισης, στην οποία το μετρούμενο πεδίο της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας 2 αντισταθμίζεται από ένα άλλο πεδίο γνωστού μεγέθους και αντίθετης κατεύθυνσης. Αυτό το πεδίο δημιουργείται από ένα πηνίο μεταφοράς ρεύματος εντός του οποίου βρίσκεται ο αισθητήρας 1 Το πηνίο αντιστάθμισης 3 χρησιμοποιείται είτε με τη μορφή συμβατικής ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας είτε με τη μορφή κλειστού πηνίου. Ο δεύτερος τύπος πηνίου χρησιμοποιείται όταν σιδηρομαγνητικά υλικά βρίσκονται κοντά στο μαγνητόμετρο.

Η αντιστάθμιση μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί με τη χρήση ρεύματος που διέρχεται από την περιέλιξη μέτρησης του δείγματος. Σε αυτή την περίπτωση, οι διαστάσεις της κεφαλής μέτρησης μειώνονται σημαντικά, αλλά η ομοιομορφία του αντισταθμιστικού πεδίου επιδεινώνεται. Για να τροφοδοτήσετε το κύκλωμα αντιστάθμισης, χρησιμοποιήστε Επαναφορτιζομενες ΜΠΑΤΑΡΙΕΣμεγάλη χωρητικότητα. Ο μαγνητικά κορεσμένος ανιχνευτής αποτελείται από δύο πυρήνες 6 κατασκευασμένους από μόνιμο κράμα μολυβδαινίου. Οι πυρήνες συναρμολογούνται από πλάκες μεγέθους που κόβονται κατά μήκος του ελασματοποιημένου υλικού και υποβάλλονται σε θερμική επεξεργασία. Στους πυρήνες υπάρχει μια περιέλιξη διέγερσης 4 με 1400 στροφές σύρματος σε διάμετρο και μια περιέλιξη μέτρησης 3 με 400 στροφές σύρματος

Στην περιέλιξη διέγερσης παρέχεται τάση 25 V Hz. Το ρεύμα διέγερσης είναι 0,3 A. Υπό αυτές τις συνθήκες, η εγκατάσταση έχει τη μεγαλύτερη ευαισθησία. Πριν ξεκινήσετε τις μετρήσεις, ο καθετήρας ρυθμίζεται μετακινώντας τον πυρήνα στα πηνία Helmholtz. Το σήμα που λαμβάνεται στην περιέλιξη μέτρησης ενισχύεται από έναν συντονισμένο ενισχυτή συντονισμού και στη συνέχεια τροφοδοτείται σε έναν διαχωριστή φάσης. Η απόκλιση του δείκτη της συσκευής μηδέν κατά 2-3 διαιρέσεις αντιστοιχεί στην ισχύ του μαγνητικού πεδίου Το περιγραφόμενο μαγνητόμετρο είναι σταθερό στη λειτουργία και η λειτουργία του είναι πρακτικά ανεξάρτητη από αλλαγές στις εξωτερικές συνθήκες (θερμοκρασία, μηχανικοί κραδασμοί κ.λπ.).

Ρύζι. 26. Σχηματικό διάγραμμα μαγνητομέτρου με μαγνητικό καθετήρα: 1 - αισθητήρας, 2 - σωληνοειδές, 3 - πηνίο αντιστάθμισης, 4 - γεννήτρια, 5 - διπλασιαστής συχνότητας, 6 - διαχωριστής φάσης, 7 - ενισχυτής αντίστασης, 8 - συσκευή ένδειξης, αντιστάθμιση κύκλωμα, κύκλωμα για έλεγχο της ευαισθησίας της συσκευής

Η εργασία παρέχει έναν υπολογισμό των βέλτιστων συνθηκών λειτουργίας ενός καθετήρα που αποτελείται από δύο πυρήνες μόνιμης κράματος με διαστάσεις 0,18X1,75X100 στην έξοδο της εγκατάστασης, είναι ενεργοποιημένο ένα βολτόμετρο, το οποίο καταγράφει μόνο την τιμή ημέρας off e. δ.σ. δεύτερη αρμονική. Για να υπολογίσετε την πραγματική τιμή του πλάτους αυτής της αρμονικής, χρησιμοποιήστε τον ακόλουθο τύπο:

όπου είναι το εξωτερικό μετρούμενο μαγνητικό πεδίο, η ευαισθησία του καθετήρα στο εξωτερικό πεδίο στη δεύτερη αρμονική. Η τελευταία τιμή καθορίζεται από τον τύπο

όπου ο αριθμός των στροφών της περιέλιξης μέτρησης, η περιοχή διατομής των πυρήνων, είναι η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος που τροφοδοτεί τις περιελίξεις διέγερσης, ένας συντελεστής που λαμβάνει υπόψη τη διαρροή ροής είναι μια ορισμένη σταθερά, ανάλογα με τη μαγνητική ιδιότητες του υλικού και τον απομαγνητιστικό παράγοντα.

Η ευαισθησία προσδιορίζεται στη βέλτιστη τιμή του ρεύματος πόλωσης, η ισχύς του οποίου υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο

πού είναι ο αριθμός των στροφών στην περιέλιξη του πεδίου.

Ο περιγραφόμενος καθετήρας έχει υψηλή ευαισθησία εάν χρησιμοποιείται μακρύς πυρήνας.

Ο Grabovsky και ο Skorobogatov χρησιμοποίησαν μια πύλη ροής για να μετρήσουν την καταναγκαστική δύναμη η εγκατάστασή τους αποτελούνταν από δύο εντελώς πανομοιότυπα πηνία, μεταξύ των οποίων βρισκόταν μια πύλη ροής μήκους, πλάτους και πάχους ο χώρος που καταλάμβανε η πύλη ροής, τα μαγνητικά πεδία των πηνίων αντισταθμίστηκαν αμοιβαία. Για τη μέτρηση της δύναμης καταναγκασμού, τοποθετήθηκε ένα μαγνητισμένο δείγμα σε ένα από τα πηνία και το μαγνητικό πεδίο του δείγματος προκάλεσε εκτροπή της βελόνας της συσκευής, η οποία περιλαμβανόταν στην περιέλιξη του δείκτη που βρίσκεται στην πύλη ροής. Περνώντας συνεχές ρεύμα μέσα από τα πηνία μαγνήτισης, το δείγμα απομαγνητίστηκε σταδιακά. Τη στιγμή που η βελόνα της συσκευής δείκτη επέστρεψε στη θέση μηδέν, μετρήθηκε η ισχύς του ρεύματος στα πηνία και η τιμή της δύναμης καταναγκασμού υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας τον τύπο όπου είναι η σταθερά του πηνίου.

Ρύζι. 27. (βλ. σάρωση) Τμήμα μαγνητικού καθετήρα: 1 - πέταλα μεταφοράς ρεύματος, 2 - σώμα, 3 - περιέλιξη μέτρησης, 4 - περιέλιξη διέγερσης, 5 - πλαίσιο, 6 - πυρήνας, 7 - μονωτικό παρέμβυσμα

Χρησιμοποιώντας το περιγραφόμενο καταναγκαστικό μετρητή, μπορείτε να μετρήσετε γρήγορα με ακρίβεια 2-3%.

Στο καταναγκαστικό μετρητή Janus, η πύλη ροής έχει το σχήμα πλαισίου, στις πλευρές του οποίου υπάρχουν δύο περιελίξεις: διέγερση και μέτρηση. Το δείγμα δοκιμής τοποθετείται στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα έτσι ώστε τα άκρα του να προεξέχουν από την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα. Είναι δίπλα σε ένα σιδερένιο ζυγό, το μεσαίο τμήμα του οποίου κλείνει από τον πυρήνα της πύλης ροής.

Η Drozhzhina και ο Friedman πρότειναν μια fluxgate

μαγνητόμετρο για τη μελέτη των μαγνητικών ιδιοτήτων μαλακών μαγνητικών υλικών. Στο μαγνητόμετρό τους, το κινητό αστατικό σύστημα αντικαταστάθηκε από πύλες ροής, που επέτρεψαν την εξάλειψη των μηδενικών διακυμάνσεων. Η πύλη ροής αποτελείται από δύο πυρήνες από μόνιμο κράμα Οι περιελίξεις πεδίου συνδέονται σε σειρά έτσι ώστε οι μαγνητικές ροές των πυρήνων να είναι αμοιβαία κλειστές. Οι περιελίξεις μέτρησης της πύλης ροής συνδέονται διαφορικά, και χωρίς εξωτερικό σταθερό πεδίο το άθροισμα των επαγόμενων π.χ. δ.σ. σε αυτές τις περιελίξεις είναι μηδέν. Με την παρουσία σταθερού μαγνητικού πεδίου στο π. δ.σ. εμφανίζονται ακόμη και αρμονικές, το μέγεθος των οποίων καθορίζει αυτό το πεδίο.

Ένα μαγνητόμετρο ροής αποτελείται από δύο όμοιες ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες που βρίσκονται οριζόντια το ένα κάτω από το άλλο, στη μία από τις οποίες τοποθετείται το υπό μελέτη δείγμα. Η διαφορική πύλη ροής βρίσκεται ανάμεσα σε αυτές τις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες. Τα μαγνητικά πεδία των σωληνοειδών χωρίς δείγμα αντισταθμίζονται αμοιβαία στον όγκο όπου βρίσκεται η πύλη ροής.

Για μετρήσεις υψηλής ποιότητας, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείτε ένα αστατικό μαγνητόμετρο ροής. Σε αυτή την πραγματοποίηση, η μία πύλη ροής βρίσκεται μεταξύ των σωληνοειδών και η άλλη βρίσκεται σε απόσταση από την πρώτη σε ένα παράλληλο οριζόντιο επίπεδο. Οι περιελίξεις αυτών των πυλών ροής συνδέονται σε σειρά μεταξύ τους.

Χρησιμοποιώντας ένα μαγνητόμετρο ροής, μπορείτε να προσδιορίσετε την καμπύλη μαγνήτισης, τον βρόχο υστέρησης και τη δύναμη καταναγκασμού των μαλακών μαγνητικών υλικών. Η καμπύλη μαγνήτισης και ο βρόχος υστέρησης μετρώνται με τη μέθοδο της αντιστάθμισης. Για το σκοπό αυτό, διέρχεται ρεύμα μέσω της αντισταθμιστικής περιέλιξης, το μαγνητικό πεδίο του οποίου αντισταθμίζει το πεδίο του μαγνητισμένου δείγματος στην περιοχή όπου βρίσκεται ο καθετήρας. Για να μετρήσετε τη δύναμη καταναγκασμού, πρέπει να μαγνητίσετε το δείγμα και, στη συνέχεια, αυξάνοντας το πεδίο απομαγνήτισης, να μειώσετε τις μετρήσεις της συσκευής δείκτη στο μηδέν. Απλό σχήμακαι η γρήγορη διαδικασία μέτρησης είναι ένα από τα πλεονεκτήματα ενός μαγνητομέτρου ροής σε σχέση με άλλα μαγνητόμετρα, τα οποία θα περιγραφούν στο Κεφάλαιο V. Πρόσφατα, ορισμένοι τύποι μαγνητικών ανιχνευτών άρχισαν να χρησιμοποιούνται για τη μελέτη του μαγνητικού πεδίου σε επιταχυντές και φασματόμετρα. Μια περιγραφή των ανιχνευτών είναι επίσης διαθέσιμη στα έργα.

Στα μαγνητόμετρα αυτού του τύπου, το μαγνητικά ευαίσθητο στοιχείο είναι μια πύλη ροής, η οποία αποτελείται από δύο λεπτές και μακριές ράβδους από μόνιμο κράμα (κράμα σιδήρου-νικελίου - μαλακός μαγνητικός σιδηρομαγνήτης), πάνω στις οποίες τυλίγεται η κύρια (συναρπαστική) περιέλιξη στο αντίθετη κατεύθυνση. Επιπλέον, και οι δύο πυρήνες, μαζί με το πρωτεύον τύλιγμα, καλύπτονται από ένα δευτερεύον (μετρητικό) τύλιγμα (Εικ. 3.15 α). Οι μαλακοί μαγνητικοί σιδηρομαγνήτες χαρακτηρίζονται από το γεγονός ότι ο βρόχος υστέρησης για αυτούς είναι τόσο στενός που μπορεί να θεωρηθεί ως μία καμπύλη (Εικ. 3.15 β).

Ρύζι. 3.15. Αρχή λειτουργίας ενός μαγνητόμετρου fluxgate

τύπος δεύτερης αρμονικής.

Η αρχή λειτουργίας του fluxgate είναι η εξής. Με τη χρήση εξωτερική πηγήΈνα ρεύμα συχνότητας w (τις περισσότερες φορές 400 Hz) διέρχεται από το πρωτεύον (συναρπαστικό) τύλιγμα. Εάν δεν υπάρχει εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, τότε η αρχική μαγνήτιση των πυρήνων είναι μηδέν. Όταν ένα ρεύμα συχνότητας w διέρχεται σε κάθε μισό κύκλο, οι παλμοί επαγωγής στους πυρήνες κατευθύνονται προς την αντίθετη κατεύθυνση και αντισταθμίζουν ο ένας τον άλλον (Εικ. 3.15 β). Επομένως, η συνολική επαγωγή στο χώρο που βρίσκεται πλησιέστερα στους πυρήνες σε κάθε χρονική στιγμή είναι μηδέν και το σήμα δεν επάγεται στο τύλιγμα μέτρησης, δηλ. είναι επίσης μηδέν.

Όταν εμφανίζεται ένα εξωτερικό πεδίο Τ (το οποίο πρέπει να μετρηθεί) σε κάθε μισό κύκλο, αυτό το πεδίο συμπίπτει με την επαγωγή ενός από τους πυρήνες και η επαγωγή του άλλου πυρήνα κατευθύνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση, που ισοδυναμεί με μετατόπιση στην επαγωγή των πυρήνων. Η συνολική (συνολική B S) επαγωγή στο χώρο κοντά στους πυρήνες, αθροίζοντας, σχηματίζει μια εναλλασσόμενη μαγνητική ροή, που μεταβάλλεται με συχνότητα 2w (Εικ. 3.15. β). Αυτή η ροή προκαλεί ένα ηλεκτρικό σήμα στην περιέλιξη μέτρησης με συχνότητα 2w και πλάτος ανάλογο με τη "μετατόπιση" της επαγωγής στις περιελίξεις - το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο T.

Για να μετρήσετε αυτό το πεδίο, χρειάζεται μόνο να επιλέξετε ένα σήμα με συχνότητα 2w (800 Hz) χρησιμοποιώντας ένα φίλτρο (F), να το ενισχύσετε με έναν ενισχυτή (U), να προσδιορίσετε το πρόσημο του πεδίου (φάση) με φάση- ευαίσθητο ανιχνευτή (PSD) και μετρήστε το πλάτος του με ένα μέτρο (I). Σε αυτήν την περίπτωση, η συσκευή που μετράει το πλάτος του σήματος μπορεί να βαθμονομηθεί σε μονάδες έντασης μαγνητικού πεδίου ή επαγωγής. Μια τέτοια πύλη ροής ονομάζεται "πύλη ροής δεύτερου αρμονικού τύπου".

Ένα χρήσιμο χαρακτηριστικό μιας τέτοιας πύλης ροής για μαγνητικές έρευνες είναι ότι μπορεί να μετρήσει τη συνιστώσα της έντασης του μαγνητικού πεδίου που κατευθύνεται κατά μήκος του άξονα του καθετήρα. Δηλαδή, εάν το πεδίο Τ κατευθύνεται κάθετα στους πυρήνες, τότε δεν θα υπάρχει «μετατόπιση» επαγωγής στις περιελίξεις και δεν θα υπάρχει σήμα στη δευτερεύουσα περιέλιξη.

Αυτό το χαρακτηριστικό καθιστά δυνατή τη διεξαγωγή των λεγόμενων μετρήσεων συνιστωσών (δηλαδή μετρήσεων τριών συνιστωσών κατά μήκος των αξόνων) της επαγωγής του μαγνητικού πεδίου, κάτι που είναι ένα από τα πλεονεκτήματα της μεθόδου. Το μειονέκτημα της μεθόδου είναι η παρουσία μηδενικής μετατόπισης της συσκευής, η οποία, ακόμη και με υψηλό όριο ευαισθησίας της συσκευής 1 nT, δεν επιτρέπει μετρήσεις με υψηλή ακρίβεια.

Το fluxgate έχει επίσης άλλα ονόματα: μαγνητικός ανιχνευτής κορεσμού, αισθητήρας μαγνητικής διαμόρφωσης (MMD). Στην ξένη βιβλιογραφία ονομάζεται flux - date (flux gate) - flow-passing.

Μαγνητόμετρο σχεδιασμένο για τη μέτρηση της επαγωγής του μαγνητικού πεδίου. Το μαγνητόμετρο χρησιμοποιεί ένα μαγνητικό πεδίο αναφοράς, το οποίο επιτρέπει, μέσω ορισμένων φυσικών επιδράσεων, μετατρέπουν το μετρούμενο μαγνητικό πεδίο σε ηλεκτρικό σήμα.
Η εφαρμοζόμενη χρήση μαγνητομέτρων για την ανίχνευση ογκωδών αντικειμένων από σιδηρομαγνητικά (συχνότερα χάλυβα) υλικά βασίζεται στην τοπική παραμόρφωση του μαγνητικού πεδίου της Γης από αυτά τα αντικείμενα. Το πλεονέκτημα της χρήσης μαγνητομέτρων σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς ανιχνευτές μετάλλων είναι ότι μεγαλύτερο εύρος ανίχνευσης.

Fluxgate (διανυσματικά) μαγνητόμετρα

Ένας τύπος μαγνητόμετρου είναι . Η fluxgate εφευρέθηκε από τον Friedrich Förster ( )

Το 1937 και χρησιμεύει για τον προσδιορισμό διάνυσμα επαγωγής μαγνητικού πεδίου.

Σχέδιο Fluxgate

πύλη ροής μονής ράβδου

Η απλούστερη πύλη ροής αποτελείται από μια ράβδο μόνιμου κράματος πάνω στην οποία τοποθετείται ένα πηνίο διέγερσης (( πηνίο κίνησης), τροφοδοτείται από εναλλασσόμενο ρεύμα και ένα πηνίο μέτρησης ( πηνίο ανιχνευτή).

Permalloy- ένα κράμα με μαλακές μαγνητικές ιδιότητες, που αποτελείται από σίδηρο και 45-82% νικέλιο. Το Permalloy έχει υψηλή μαγνητική διαπερατότητα (μέγιστη σχετική μαγνητική διαπερατότητα ~100.000) και χαμηλή καταναγκαστική ικανότητα. Μια δημοφιλής μάρκα μόνιμου κράματος για την κατασκευή πυλών ροής είναι 80НХС - 80% νικέλιο + χρώμιο και πυρίτιο με επαγωγή κορεσμού 0,65-0,75 Τ, που χρησιμοποιείται για πυρήνες μετασχηματιστών μικρού μεγέθους, τσοκ και ρελέ που λειτουργούν σε ασθενή πεδία μαγνητικών οθονών. για πυρήνες μετασχηματιστών παλμών, μαγνητικούς ενισχυτές και ρελέ χωρίς επαφή, για πυρήνες μαγνητικής κεφαλής.
Η εξάρτηση της σχετικής μαγνητικής διαπερατότητας από την ένταση του πεδίου για ορισμένες ποικιλίες μόνιμου κράματος έχει τη μορφή -

Εάν εφαρμοστεί σταθερό μαγνητικό πεδίο στον πυρήνα, τότε εμφανίζεται μια τάση στο πηνίο μέτρησης ακόμη καιαρμονικές, το μέγεθος των οποίων χρησιμεύει ως μέτρο της ισχύος ενός σταθερού μαγνητικού πεδίου. Αυτή η τάση φιλτράρεται και μετριέται.

διπλή ράβδος fluxgate

Ένα παράδειγμα είναι η συσκευή που περιγράφεται στο βιβλίο Καραλίσα Β.Ν. "Ηλεκτρονικά κυκλώματαστη βιομηχανία" -



Η συσκευή έχει σχεδιαστεί για να μετράει σταθερά μαγνητικά πεδία στην περιοχή 0,001 ... 0,5 oersted.
Περιελίξεις πεδίου αισθητήρα L1Και L3περιλαμβάνεται μετρητής. Περιέλιξη μέτρησης L2τυλίγεται πάνω από τις περιελίξεις του χωραφιού. Οι περιελίξεις διέγερσης τροφοδοτούνται από μια συχνότητα ρεύματος 2 kHz από μια γεννήτρια push-pull με επαγωγική ανατροφοδότηση. Η λειτουργία γεννήτριας σταθεροποιείται από DCδιαχωριστής αντίστασης R8Και R9.

πύλη ροής με σπειροειδή πυρήνα
Μία από τις δημοφιλείς επιλογές σχεδίασης για ένα μαγνητόμετρο ροής είναι μια πύλη ροής με σπειροειδή πυρήνα ( fluxgate πυρήνα δακτυλίου) -

Σε σύγκριση με τις πύλες ροής ράβδων, αυτό το σχέδιο έχει λιγότερο θόρυβοκαι απαιτεί δημιουργία πολύ μικρότερη μαγνητοκινητική δύναμη.

Αυτός ο αισθητήρας είναι περιέλιξη πεδίου, τυλίγεται σε ένα δακτυλιοειδές πυρήνα, μέσω του οποίου ρέει ένα εναλλασσόμενο ρεύμα με πλάτος αρκετό για να φέρει τον πυρήνα σε κορεσμό, και περιέλιξη μέτρησης, από την οποία αφαιρείται η εναλλασσόμενη τάση, η οποία αναλύεται για τη μέτρηση του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου.
Η περιέλιξη μέτρησης τυλίγεται πάνω από τον σπειροειδή πυρήνα, καλύπτοντάς τον εξ ολοκλήρου (για παράδειγμα, σε ειδικό πλαίσιο) -


Αυτό το σχέδιο είναι παρόμοιο με το αρχικό σχέδιο fluxgate (ένας πυκνωτής προστίθεται για να επιτευχθεί συντονισμός στη δεύτερη αρμονική) -

Εφαρμογές μαγνητομέτρων πρωτονίων
Τα μαγνητόμετρα πρωτονίων χρησιμοποιούνται ευρέως στην αρχαιολογική έρευνα.
Το μαγνητόμετρο πρωτονίων αναφέρεται στο μυθιστόρημα επιστημονικής φαντασίας «Trapped in Time» του Michael Crichton. Χρονοδιάγραμμα") -
Έδειξε κάτω από τα πόδια του. Τρία βαριά κίτρινα περιβλήματα στερεώθηκαν στα μπροστινά γόνατα του ελικοπτέρου. «Αυτή τη στιγμή φέρουμε στερεοφωνικούς χαρτογράφους εδάφους, υπέρυθρες, υπεριώδεις ακτίνες και ραντάρ πλευρικής σάρωσης». Ο Κράμερ έδειξε το πίσω παράθυρο, προς έναν ασημί σωλήνα μήκους έξι ποδιών που κρέμονταν κάτω από το ελικόπτερο στο πίσω μέρος. "Μαγνητόμετρο πρωτονίων." «Και τι κάνει;» «Ψάχνει για μαγνητικές ανωμαλίες στο έδαφος κάτω από εμάς που θα μπορούσαν να υποδεικνύουν θαμμένους τοίχους, κεραμικά ή μέταλλο».

Μαγνητόμετρα καισίου

Ένας τύπος κβαντικών μαγνητόμετρων είναι ατομικά μαγνητόμετρα αλκαλιμετάλλου με οπτική άντληση.

μαγνητόμετρο καισίου G-858

Μαγνητόμετρα Overhauser

Μαγνητόμετρα στερεάς κατάστασης

Τα πιο προσβάσιμα είναι τα μαγνητόμετρα ενσωματωμένα σε smartphone. Για Android καλή εφαρμογήχρησιμοποιώντας ένα μαγνητόμετρο είναι . Η σελίδα για αυτήν την εφαρμογή είναι http://physics-toolbox-magnetometer.android.informer.com/.

Ρύθμιση μαγνητομέτρων

Για να δοκιμάσετε το fluxgate μπορείτε να χρησιμοποιήσετε. Τα πηνία Helmholtz χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενός σχεδόν ομοιόμορφου μαγνητικού πεδίου. Στην ιδανική περίπτωση, αντιπροσωπεύουν δύο πανομοιότυπες δακτυλιοειδείς στροφές που συνδέονται μεταξύ τους σε σειρά και βρίσκονται σε απόσταση της ακτίνας στροφής η μία από την άλλη. Συνήθως, τα πηνία Helmholtz αποτελούνται από δύο πηνία στα οποία τυλίγεται ένας ορισμένος αριθμός στροφών και το πάχος του πηνίου πρέπει να είναι πολύ μικρότερο από την ακτίνα τους. Σε πραγματικά συστήματα, το πάχος των πηνίων μπορεί να είναι συγκρίσιμο με την ακτίνα τους. Έτσι, μπορούμε να θεωρήσουμε ένα σύστημα δακτυλίων Helmholtz ως δύο ομοαξονικά τοποθετημένα πανομοιότυπα πηνία, η απόσταση μεταξύ των κέντρων των οποίων είναι περίπου ίση με τη μέση ακτίνα τους. Αυτό το σύστημα πηνίου ονομάζεται επίσης split σωληνοειδές ( διάσπαση ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα).

Στο κέντρο του συστήματος υπάρχει μια ζώνη ομοιόμορφου μαγνητικού πεδίου (μαγνητικό πεδίο στο κέντρο του συστήματος σε όγκο 1/3 της ακτίνας των δακτυλίων ομοιογενής εντός 1%), το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για σκοπούς μέτρησης, για τη βαθμονόμηση αισθητήρων μαγνητικής επαγωγής κ.λπ.

Η μαγνητική επαγωγή στο κέντρο του συστήματος ορίζεται ως $B = \mu _0\,(\left((4\πάνω από 5)\right) )^(3/2) \, (IN\πάνω από R)$,
όπου $N$ είναι ο αριθμός των στροφών σε κάθε πηνίο, $I$ είναι το ρεύμα μέσω των πηνίων, $R$ είναι η μέση ακτίνα του πηνίου.

Τα πηνία Helmholtz μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να θωρακίσουν το μαγνητικό πεδίο της Γης. Για να γίνει αυτό, είναι καλύτερο να χρησιμοποιήσετε τρία αμοιβαία κάθετα ζεύγη δακτυλίων, τότε ο προσανατολισμός τους δεν έχει σημασία.

Πρόσφατα, δεν υπήρξαν σημαντικές αλλαγές στις αρχές της μέτρησης του μαγνητικού πεδίου. Στον τομέα των μαγνητικών ερευνών, έχουν καθιερωθεί μέθοδοι που βασίζονται στο φαινόμενο του μαγνητικού συντονισμού, στον οπτικό προσανατολισμό των ατόμων κ.λπ. για τον προσδιορισμό των μαγνητικών ιδιοτήτων των πετρωμάτων και των παρατηρήσεων σε πηγάδια, καθώς και στατικά μαγνητόμετρα και πετρώματα. Οι γεννήτριες χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της παραμένουσας μαγνήτισης. Ας σταθούμε λεπτομερέστερα σε μια τέτοια συσκευή όπως ένα μαγνητόμετρο.

Μαγνητόμετρο- συσκευή για τη μέτρηση των χαρακτηριστικών ενός μαγνητικού πεδίου και των μαγνητικών ιδιοτήτων ουσιών (μαγνητικά υλικά). Ανάλογα με την τιμή που προσδιορίζεται, τα όργανα διακρίνονται για τη μέτρηση: ένταση πεδίου (oerstedmeters), κατεύθυνση πεδίου (inclinators and clinators), βαθμίδωση πεδίου (gradientometers), μαγνητική επαγωγή (teslameters), μαγνητική ροή (Webermeters, ή fluxmeters), δύναμη καταναγκασμού (καταναγκαστικά μέτρα), μαγνητική διαπερατότητα (mu-meters), μαγνητική επιδεκτικότητα (kappa-meters), μαγνητική ροπή.

Με μια στενότερη έννοια, τα μαγνητόμετρα είναι όργανα για τη μέτρηση της ισχύος, της κατεύθυνσης και της κλίσης ενός μαγνητικού πεδίου.

Η πιο σημαντική παράμετρος ενός μαγνητομέτρου είναι η ευαισθησία του. Ταυτόχρονα, είναι σχεδόν αδύνατο να επισημοποιηθεί αυτή η παράμετρος και να γίνει ομοιόμορφη για όλα τα μαγνητόμετρα, και όχι μόνο επειδή τα μαγνητόμετρα διαφέρουν στην αρχή της λειτουργίας, αλλά και στο σχεδιασμό των μετατροπέων και τη λειτουργία επεξεργασίας σήματος. Για τα μαγνητόμετρα, η ευαισθησία συνήθως υποδηλώνεται με το μέγεθος της μαγνητικής επαγωγής του πεδίου που μπορεί να καταγράψει η συσκευή. Τυπικά, η ευαισθησία μετριέται σε nanotesla (nT) 1nT = (1E-9) T.

Το πεδίο της Γης είναι περίπου 35000nT (35µT). Αυτή είναι μια μέση τιμή - σε διάφορα μέρη του πλανήτη ποικίλλει στην περιοχή από 35000nT (35µT) - 60000nT (60µT). Έτσι, το καθήκον της αναζήτησης σιδηρομαγνητικών αντικειμένων είναι να ανιχνεύσει, στο φόντο του φυσικού πεδίου της Γης, μια αύξηση στο πεδίο που προκαλείται από παραμορφώσεις από σιδηρομαγνητικά αντικείμενα.

Υπάρχουν διάφορες φυσικές αρχές και τύποι μαγνητομετρικών οργάνων που βασίζονται σε αυτές που καθιστούν δυνατή την καταγραφή ελάχιστων αλλαγών στο μαγνητικό πεδίο της Γης ή παραμορφώσεων που εισάγονται από σιδηρομαγνητικά αντικείμενα. Τα σύγχρονα μαγνητόμετρα έχουν ευαισθησία από 0,01nT έως 1nT, ανάλογα με την αρχή λειτουργίας και την κατηγορία των προβλημάτων που επιλύονται.

Υπάρχουν μαγνητόμετρα για τη μέτρηση των απόλυτων τιμών των χαρακτηριστικών του πεδίου και των σχετικών μεταβολών του πεδίου στο χώρο ή στο χρόνο. Τα τελευταία ονομάζονται μαγνητικά μεταβλητόμετρα. Τα μαγνητόμετρα ταξινομούνται επίσης ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας και, τέλος, σύμφωνα με τα φυσικά φαινόμενα στα οποία βασίζεται η λειτουργία τους.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι μαγνητομέτρων που βασίζονται σε διαφορετικές αρχές λειτουργίας, όπως: πύλη ροής, μαγνητοεπαγωγικά, φαινόμενο Hall, μαγνητομετρικά, κβαντικά (Proton).

Ας σταθούμε λεπτομερώς στους μετατροπείς μαγνητικού πεδίου ροής, εξετάστε την αρχή λειτουργίας, το σχεδιασμό και την τεχνολογία μέτρησης.

Η ανακάλυψη των ιδιοτήτων υψηλής μαγνητικής διαπερατότητας σε κράματα σιδήρου-νικελίου - μόνιμα κράματα οδήγησε στη δημιουργία μαγνητομέτρων ροής ή ροής, η λειτουργία των οποίων οι αισθητήρες βασίζεται στην επίδραση της αντίδρασης της μαγνητικής διαπερατότητας των πυρήνων μόνιμου κράματος στο δράση του σταθερού μαγνητικού πεδίου της Γης όταν τροφοδοτείται από εναλλασσόμενο ρεύμα.

Ο μετατροπέας μαγνητικού πεδίου ροής ή πύλη ροής έχει σχεδιαστεί για να μετρά και να υποδεικνύει σταθερά και αργά μεταβαλλόμενα μαγνητικά πεδία και τις κλίσεις τους. Η δράση μιας πύλης ροής βασίζεται σε μια αλλαγή στη μαγνητική κατάσταση ενός σιδηρομαγνήτη υπό την επίδραση δύο μαγνητικών πεδίων διαφορετικών συχνοτήτων. Ανάλογα με το μέγεθος της εφαρμοζόμενης τάσης, η πύλη ροής μπορεί να λειτουργήσει σύμφωνα με τις αρχές του τύπου κορυφής και της δεύτερης αρμονικής. Οι συσκευές που λειτουργούν με βάση τη δεύτερη αρμονική αρχή έχουν γίνει ευρύτερα χρησιμοποιούμενες(3).

Οι σιδηρομαγνητικοί ανιχνευτές χαρακτηρίζονται από:

Υψηλή ευαισθησία - η ελάχιστη αλλαγή στο μετρούμενο στοιχείο πεδίου που μπορεί να καταγράψει η συσκευή όταν αλλάζει το στοιχείο ισχύος η ευαισθησία των καλύτερων συσκευών είναι 1 nT, για γωνιακή τιμή - 01 sec.

Δυνατότητα ακριβούς βαθμονόμησης (0,1%).

Χαμηλός συντελεστής θερμοκρασίας, μικρότερος από 0,01 nT/deg. Κελσίου στο εύρος θερμοκρασίας από -20 έως +50 βαθμούς. Κελσίου;

Χαμηλό επίπεδο θορύβου.

Μικρό σε μέγεθος (10-20 cm) και βάρος (1-2 kg με μονάδα μέτρησης).

Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας (2).

Στο Σχ. Το σχήμα 1 δείχνει σχηματικά ορισμένες επιλογές σχεδίασης για πύλες ροής.

Ρύζι. 1

Στην απλούστερη εκδοχή του, μια πύλη ροής αποτελείται από έναν σιδηρομαγνητικό πυρήνα και δύο πηνία που βρίσκονται πάνω του: ένα πηνίο διέγερσης που τροφοδοτείται από εναλλασσόμενο ρεύμα και ένα πηνίο μέτρησης (σήμα). Ο πυρήνας του fluxgate είναι κατασκευασμένος από υλικά με υψηλή μαγνητική διαπερατότητα. Μια εναλλασσόμενη τάση με συχνότητα από 1 έως 300 kHz παρέχεται στο πηνίο διέγερσης από μια ειδική γεννήτρια (ανάλογα με το επίπεδο των παραμέτρων και τον σκοπό της συσκευής). Ελλείψει μετρούμενου μαγνητικού πεδίου, ο πυρήνας, υπό την επίδραση ενός εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου H που δημιουργείται από το ρεύμα στο πηνίο διέγερσης, επαναμαγνητίζεται σε έναν συμμετρικό κύκλο. Μια αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο που προκαλείται από την αντιστροφή της μαγνήτισης του πυρήνα κατά μήκος μιας συμμετρικής καμπύλης προκαλεί ένα emf στο πηνίο σήματος που ποικίλλει σύμφωνα με έναν αρμονικό νόμο. Εάν ταυτόχρονα ένα μετρούμενο σταθερό ή αργά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο Ho δρα στον πυρήνα, τότε η καμπύλη αντιστροφής μαγνήτισης αλλάζει μέγεθος και σχήμα και γίνεται ασύμμετρη. Σε αυτή την περίπτωση, το μέγεθος και η αρμονική σύνθεση του EMF στο πηνίο σήματος αλλάζει. Συγκεκριμένα, εμφανίζονται ακόμη και αρμονικές συνιστώσες του EMF, το μέγεθος των οποίων είναι ανάλογο με την ισχύ του μετρούμενου πεδίου και οι οποίες απουσιάζουν κατά τη διάρκεια ενός κύκλου αντιστροφής συμμετρικής μαγνήτισης.

Τα Fluxgates χωρίζονται σε:

ράβδος ενός στοιχείου (α)

διαφορικό με ανοιχτό πυρήνα (β)

διαφορικό με κλειστό (δακτύλιο) πυρήνα (γ).

Μια διαφορική πύλη ροής (Εικ. β, γ), κατά κανόνα, αποτελείται από δύο πυρήνες με περιελίξεις που συνδέονται με τέτοιο τρόπο ώστε οι περιττές αρμονικές συνιστώσες πρακτικά να αντισταθμίζονται. Αυτό απλοποιεί τον εξοπλισμό μέτρησης και αυξάνει την ευαισθησία της πύλης ροής. Οι ανιχνευτές Fluxgate χαρακτηρίζονται από πολύ υψηλή ευαισθησία στα μαγνητικά πεδία. Είναι ικανά να καταγράφουν μαγνητικά πεδία με εντάσεις έως 10-4-10-5 A/m (~10-10-10-11 T).

Τα μοντέρνα σχέδια fluxgate είναι συμπαγή. Ο όγκος της πύλης ροής με την οποία είναι εξοπλισμένα τα οικιακά μαγνητόμετρα G73 είναι μικρότερος από 1 cm 3 και η πύλη ροής τριών συστατικών για το μαγνητόμετρο G74 χωράει σε έναν κύβο με πλευρά 15 mm

Ως παράδειγμα στο Σχ. Το σχήμα 2 δείχνει το σχέδιο και τις διαστάσεις μιας μικροσκοπικής ράβδου fluxgate.

Ρύζι. 2

Ο σχεδιασμός του fluxgate είναι αρκετά απλός και δεν απαιτεί ειδικές εξηγήσεις. Ο πυρήνας του είναι κατασκευασμένος από μόνιμο κράμα. Έχει διατομή που ποικίλλει κατά το μήκος του, μειώνεται κατά περίπου 10 φορές στο κεντρικό τμήμα του πυρήνα, πάνω στο οποίο τυλίγονται το τύλιγμα μέτρησης και το τύλιγμα διέγερσης. Αυτός ο σχεδιασμός παρέχει, με σχετικά μικρό μήκος (30 mm), υψηλή μαγνητική διαπερατότητα (1,5x105) και χαμηλή τιμή της έντασης του πεδίου κορεσμού στο κεντρικό τμήμα του πυρήνα, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση της ευαισθησίας φάσης και χρόνου του το fluxgate. Λόγω αυτού, το σχήμα των παλμών εξόδου στην περιέλιξη μέτρησης της πύλης ροής βελτιώνεται, γεγονός που καθιστά δυνατή τη μείωση των σφαλμάτων στο κύκλωμα παραγωγής σήματος χρόνου-παλμού. Το εύρος μέτρησης των μετατροπέων fluxgate τυπικού σχεδιασμού είναι ±50… ±100 A/m (±0,06… ±0,126 mT Η πυκνότητα μαγνητικού θορύβου στη ζώνη συχνοτήτων έως 0,1 Hz για πύλες ροής με πυρήνες ράβδου είναι 30 - 40 μA). / m (m x Hz1/2) ανάλογα με το πεδίο διέγερσης, μειώνεται όσο αυξάνεται το τελευταίο. Στη ζώνη συχνοτήτων έως 0,5 Hz, η πυκνότητα θορύβου είναι 3 - 3,5 φορές μεγαλύτερη. Μια πειραματική μελέτη των πυλών ροής δακτυλίου αποκάλυψε ότι το επίπεδο θορύβου τους είναι μια τάξη μεγέθους χαμηλότερο από αυτό των πυλών ροής με πυρήνες ράβδου (3).