جستجوی گنج ها و گنج ها: مغناطیس سنج ها - اطلاعات اولیه. مغناطیس سنج فلاکس گیت مغناطیس سنج با هسته فرومغناطیسی و سه سیم پیچ

بیایید یک نمودار برداری از یک ترانسفورماتور ایده آل در حالت بدون بار بسازیم (شکل 15.34).

نیروی مغناطیسی در حالت بیکار

اجازه دهید اکنون یک مدار معادل برای یک ترانسفورماتور ایده آل تحت بار آن ترسیم کنیم (شکل 15.35).

اگر یک بار با مقاومت به پایانه های سیم پیچ ثانویه متصل شود ز n، سپس جریانی از آن عبور می کند ، که به نوبه خود باعث کاهش شار مغناطیسی می شود ، و این منجر به کاهش emf می شود. , در نتیجه جریان افزایش خواهد یافت به چنین مقداری که در آن شار مغناطیسی مقدار اولیه خود را بدست می آورد و معادله (35/15) برآورده می شود.

بنابراین، ظهور جریان در مدار ثانویه منجر به افزایش جریان در مدار اولیه می شود. در یک ترانسفورماتور بارگذاری شده، شار مغناطیسی در هسته برابر با شار مغناطیسی در حالت بدون بار است، یعنی. همیشه اف= ثابت شار مغناطیسی تحت بار تحت تأثیر نیروهای مغناطیسی سیم پیچ های اولیه و ثانویه ایجاد می شود:

بیایید یک نمودار برداری از یک ترانسفورماتور ایده آل تحت بار بسازیم (شکل 15.36).

بیایید مدار معادل یک ترانسفورماتور ایده آل را تبدیل کنیم، که برای آن از کوپلینگ القایی خلاص خواهیم شد. اگر همان پایانه های سیم پیچ ترانسفورماتور را به یکدیگر متصل کنید، حالت کار ترانسفورماتور تغییر نمی کند.

اجازه دهید ابتدا عناصر جفت شده استقرایی را که اکنون یک نقطه مشترک دارند در نظر بگیریم. ضریب جفت شدن دو عنصر در این مورد برابر با یک، از آنجایی که کل شار مغناطیسی به طور کامل با پیچ های سیم پیچ اولیه و ثانویه در هم قفل شده است، یعنی.

بنابراین، با توجه به اینکه w 1 = w 2، در می یابیم:

اکنون اجازه دهید بخشی از مدار را با عناصر جفت شده القایی با یک نقطه مشترک جایگزین کنیم (شکل 15.37 آ) به یک مدار معادل بدون کوپلینگ القایی (شکل 15.37 ب).

;

;

با در نظر گرفتن آنچه پیدا شد، مدار شکل نشان داده شده در شکل 15.37 را به خود می گیرد Vو مدار معادل یک ترانسفورماتور ایده آل از نوع نشان داده شده در شکل 15.38 است.

اگر اکنون مقاومت نشتی فعال و القایی هر دو سیم پیچ را در نظر بگیریم، برای ترانسفورماتوری که در آن w 1 = w 2، مدار معادل نشان داده شده در شکل 15.39 را دریافت می کنیم.

اجازه دهید معادلات مدارهای اولیه و ثانویه مدار را بنویسیم:

بیایید یک نمودار برداری از مدار بسازیم (شکل 15.40).

برای اندازه گیری میدان های مغناطیسی کوچک ثابت و متناوب از فلاکس گیت ها استفاده می شود که در ساده ترین شکل خود میله هایی از مواد مغناطیسی نرم و دارای دو سیم پیچ هستند که یکی از آنها شار مغناطیسی موقت ایجاد می کند و دیگری اندازه گیری است.

هنگامی که یک جریان متناوب به شکل سینوسی از سیم پیچ تحریک عبور می کند، حالت مغناطیسی هسته در امتداد یک حلقه هیسترزیس دینامیکی تغییر می کند و به عنوان مثال در سیم پیچ اندازه گیری ظاهر می شود. d.s که علاوه بر فرکانس بنیادی، هارمونیک های فرد بالاتری را در خود جای داده است.

برنج. 21. نمودار شماتیکنصب بالستیک: الکترومغناطیس، سیم پیچ اندازه گیری، گالوانومتر بالستیک، سیم پیچ اولیه و ثانویه سیم پیچ مرجع، سوئیچ ها، کلید، سیستم رئوستات، آمپرمتر A

برنج. 22. طراحی شماتیک پروب اندازه گیری

اگر چنین کاوشگری در یک میدان مغناطیسی ثابت قرار گیرد که به همان روشی که میدان متناوب در امتداد محور هسته هدایت می شود، آنگاه حالت مغناطیسی هسته در یک چرخه خصوصی نامتقارن تغییر می کند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که در جهت عمل یک میدان ثابت، معکوس مغناطیسی هسته در مقادیر کمتر میدان متناوب نسبت به عدم وجود میدان ثابت و در جهت مخالف، یک ثابت رخ می دهد. میدان از برگشت مغناطیسی جلوگیری می کند. در این حالت ، در منحنی e. d.s. همراه با هارمونیک های فرد، زوج ها، عمدتا هارمونیک های دوم ظاهر می شوند. معلوم است که ارزش e. d.s. این

هارمونیک ها با شدت میدان مغناطیسی متناسب هستند. بر اساس اندازه e. d.s. متناسب با این هارمونیک است و شدت میدان را اندازه گیری کنید.

در شکل شکل 22 طرح شماتیک یکی از پروب های اندازه گیری را نشان می دهد که هسته آن از مواد مغناطیسی نرم آلیاژی ساخته شده است. هسته از ضخامت 20-50 صفحه تشکیل شده است.اگر به همان تعداد دور یک سیم در دو طرف هسته در جهت مخالف پیچیده شود، شارهای مغناطیسی ایجاد شده توسط هر سیم پیچ برابر خواهد بود.

برنج. 23. طراحی شماتیک یک پروب مغناطیسی از نوع پل

برنج. 24. به دستگاه پروب نوع پل

سیم پیچ ها به صورت سری به یکدیگر متصل می شوند. سیم پیچ اندازه گیری 3 روی هسته 1 قرار می گیرد. اگر جریان متناوب از پیچ های سیم پیچ 2 عبور داده شود، در سیم پیچ اندازه گیری رخ نمی دهد، زیرا تغییرات شار مغناطیسی در طول زمان از هر سیم پیچ 2 برابر و مخالف جهت خواهد بود. هنگامی که هسته در یک میدان یکنواخت ثابت قرار می گیرد، که عمود بر سطح مقطع سیم پیچ ها و سیم پیچ است، توزیع مجدد شارهای مغناطیسی در فضای بین سیم پیچ 2 رخ می دهد، زیرا میدان ثابت به متناوب اضافه می شود. میدان هایی که در نتیجه آن یک نیروی الکتروموتور در سیم پیچ اندازه گیری ایجاد می شود. این e. d.s. متناسب با شدت میدان مغناطیسی خواهد بود. با استفاده از چنین کاوشگر، در فرکانس جریان متناوب 103 هرتز، می توان میدان های مغناطیسی را اندازه گیری کرد.

در حال حاضر کاوشگرهای مغناطیسی از نوع پل وجود دارد. یکی از این پل ها در شکل نشان داده شده است. 23. پل از مواد مغناطیسی نرم ورق بریده شده است (شکل 24). از چندین ورق مونتاژ می شود که نیمی از آن به صورت طولی و نیمی دیگر در سراسر نورد بریده شده است. این یکنواختی مغناطیسی بهینه بازوهای پل را تضمین می کند و تماس مغناطیسی بازوها را بهبود می بخشد. بخش ها تا می شوند و به یکدیگر متصل می شوند تا مورب دوم پل تشکیل شود. سیم پیچ های 1 و 2 روی مورب های پل قرار دارند و هر کدام از آنها می تواند اندازه گیری یا هیجان انگیز باشد. سیم پیچ سیم پیچ تحریک توسط صنعتی یا

فرکانس افزایش یافته پل مغناطیسی در حالت تعادل است و بدون میدان مغناطیسی ثابت خارجی، هیچ انتشاری در سیم پیچ اندازه گیری رخ نمی دهد. d.s. اگر پل در یک میدان مغناطیسی ثابت خارجی قرار گیرد، تعادل پل مختل می شود، یک شار مغناطیسی متناوب در مورب پل ظاهر می شود و یک انتشار در سیم پیچ اندازه گیری ظاهر می شود. d.s. القایی، که بزرگی آن مقدار قدرت میدان خارجی را تعیین می کند. حداکثر مقدار e. d.s. اگر میدان خارجی به موازات دو شاخه مخالف پل هدایت شود در سیم پیچ اندازه گیری رخ می دهد. برای افزایش حساسیت، گاهی اوقات یک پل مغناطیسی با قطب ساخته می شود (شکل 25).

برنج. 25. طراحی شماتیک پروب مغناطیسی با قطب

بیایید یک مغناطیس سنج جبرانی بسیار حساس را برای اندازه گیری قدرت میدان مغناطیسی تا 2 در نظر بگیریم، جایی که از یک پروب اشباع مغناطیسی استفاده می شود. نمودار شماتیک مغناطیس سنج و بخش پروب اشباع شده مغناطیسی در شکل نشان داده شده است. 26 و 27.

مدار مغناطیس سنج از یک مدار تحریک و سیگنال، یک مدار جبران و یک مدار برای تست حساسیت دستگاه تشکیل شده است.

مدار تحریک و سیگنال شامل یک ژنراتور 4، یک دوبل کننده فرکانس 5، یک تشخیص دهنده فاز 6، یک تقویت کننده رزونانس 7 و یک دستگاه نشانگر 8 است. برای افزایش حساسیت، دستگاه از روش اندازه گیری جبران استفاده می کند که در آن میدان اندازه گیری شده شیر برقی 2 با میدان دیگری با قدر شناخته شده و جهت مخالف جبران می شود. این میدان توسط یک سیم پیچ حامل جریان ایجاد می شود که در داخل آن کاوشگر 1 قرار دارد. سیم پیچ جبرانی 3 یا به صورت یک سلونوئید معمولی یا به صورت یک سیم پیچ بسته استفاده می شود. نوع دوم سیم پیچ زمانی استفاده می شود که مواد فرومغناطیسی در نزدیکی مغناطیس سنج قرار گیرند.

جبران را می توان با استفاده از جریانی که از سیم پیچ اندازه گیری نمونه عبور می کند نیز انجام داد. در این حالت، ابعاد سر اندازه گیری به طور قابل توجهی کاهش می یابد، اما یکنواختی میدان جبران بدتر می شود. برای برقراری مدار جبران ، از آن استفاده کنید باطری های قابل شارژظرفیت بزرگ کاوشگر اشباع مغناطیسی از دو هسته 6 ساخته شده از پرمالیاژ مولیبدن تشکیل شده است. هسته ها از صفحاتی با اندازه که در امتداد مواد نورد بریده شده و تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند، مونتاژ می شوند. روی هسته ها یک سیم پیچ تحریک 4 با قطر 1400 دور سیم و یک سیم پیچ اندازه گیری 3 با 400 دور سیم وجود دارد.

ولتاژ 25 ولت هرتز به سیم پیچ تحریک عرضه می شود. جریان تحریک 0.3 A. است در این شرایط نصب بیشترین حساسیت را دارد. قبل از شروع اندازه گیری، پروب با حرکت دادن هسته در سیم پیچ های هلمهولتز تنظیم می شود. سیگنال دریافتی روی سیم پیچ اندازه گیری توسط تقویت کننده رزونانس تنظیم شده تقویت می شود و سپس به یک تشخیص دهنده فاز تغذیه می شود. انحراف نشانگر دستگاه صفر توسط 2-3 تقسیم مربوط به قدرت میدان مغناطیسی است.مگنتومتر توصیف شده در عملکرد پایدار است و حالت آن عملاً مستقل از تغییرات در شرایط خارجی (دما، ارتعاشات مکانیکی و غیره) است.

برنج. 26. نمودار شماتیک مغناطیس سنج با پروب مغناطیسی: 1 - پروب، 2 - سولنوئید، 3 - سیم پیچ جبران، 4 - ژنراتور، 5 - دوبلور فرکانس، 6 - تشخیص فاز، 7 - تقویت کننده مقاومتی، 8 - دستگاه نشانگر، جبران. مدار، مدار برای بررسی حساسیت دستگاه

این کار یک محاسبه از شرایط بهینه عملکرد یک پروب متشکل از دو هسته پرمالی با ابعاد 0.18X1.75X100 را ارائه می دهد. سیم پیچ تحریک از سیم به طول 350 دور پیچ می شود. سیم پیچ اندازه گیری شامل 1500 دور سیم است. در خروجی نصب، یک ولت متر روشن می شود که فقط مقدار روز تعطیل e را ثبت می کند. d.s. هارمونیک دوم برای محاسبه مقدار موثر دامنه این هارمونیک از فرمول زیر استفاده کنید:

که در آن میدان مغناطیسی اندازه گیری شده خارجی، حساسیت کاوشگر به میدان خارجی در هارمونیک دوم است. مقدار آخر توسط فرمول تعیین می شود

در جایی که تعداد دور سیم پیچ اندازه گیری، سطح مقطع هسته ها، فرکانس جریان متناوب تامین کننده سیم پیچ های تحریک است، ضریبی که اتلاف شار را در نظر می گیرد، بسته به مغناطیسی، ثابت معینی است. خواص مواد و عامل مغناطیس زدایی

حساسیت در مقدار بهینه جریان تعصب تعیین می شود که قدرت آن با استفاده از فرمول محاسبه می شود

تعداد چرخش در سیم پیچ زمین کجاست.

در صورت استفاده از هسته طولانی ، کاوشگر توصیف شده از حساسیت بالایی برخوردار است.

Grabovsky و Skorobogatov برای اندازه گیری نیروی اجباری از یک Fluxgate Permalloy استفاده کردند. نصب آنها شامل دو سیم پیچ مغناطیسی کاملاً یکسان بود که بین آنها یک شار ، عرض و ضخامت واقع شده بود. جریان از طریق سیم پیچ ها در چنین جهت عبور می کرد که در جهت در آن در یک جهت قرار گرفت که در آن جهت در یک جهت قرار گرفت که در آن جهت در یک جهت قرار گرفت که در آن جهت در کول ها قرار گرفتند که در آن جهت در یک جهت قرار گرفتند که در آن جهت کول ها قرار گرفتند. فضای اشغال شده توسط Fluxgate ، میدان های مغناطیسی کویل ها به صورت متقابل جبران شدند. برای اندازه گیری نیروی اجباری ، یک نمونه مغناطیس در یکی از کویل ها قرار گرفت و میدان مغناطیسی نمونه باعث انحراف سوزن دستگاه شد که در سیم پیچ نشانگر واقع در Fluxgate قرار داشت. با عبور از یک جریان مستقیم از طریق سیم پیچ های مغناطیسی ، نمونه به تدریج دچار تخریب شد. در لحظه ای که سوزن دستگاه نشانگر به موقعیت صفر بازگشت ، مقاومت فعلی در کویل ها اندازه گیری شد و مقدار نیروی اجباری با استفاده از فرمول که در آن سیم پیچ ثابت است محاسبه شد.

برنج. 27. (نگاه کنید به اسکن) بخش یک پروب مغناطیسی: 1 - گلبرگهای حامل جریان ، 2 - بدن ، 3 - سیم پیچ ، 4 - سیم پیچ تحریک ، 5 - قاب ، 6 - هسته ، 7 - واشر عایق

با استفاده از فشارگر توصیف شده ، می توانید با دقت 2-3 ٪ به سرعت اندازه گیری کنید.

در سازنده ژاننوس ، Fluxgate شکل یک قاب را دارد که در طرفین دو سیم پیچ وجود دارد: تحریک و اندازه گیری. نمونه آزمایش در شیر برقی طوری قرار می گیرد که انتهای آن از شیر برقی بیرون بزند. آنها در مجاورت یک یوغ آهنی هستند که قسمت میانی آن توسط هسته فلاکس گیت بسته شده است.

Drozhzhina و Friedman یک Fluxgate را پیشنهاد کردند

مغناطیس سنج برای مطالعه خواص مغناطیسی مواد مغناطیسی نرم. در مغناطیس سنج آنها، سیستم استاتیک متحرک با fluxgates جایگزین شد که امکان حذف نوسانات صفر را فراهم کرد. فلاکس گیت از دو هسته ساخته شده از آلیاژ دائمی تشکیل شده است.سیم پیچ های میدان به صورت سری به هم متصل شده اند تا شارهای مغناطیسی هسته ها به صورت متقابل بسته شوند. سیم‌پیچ‌های اندازه‌گیری فلاکس گیت به‌صورت متفاوت به هم متصل می‌شوند، و بدون یک میدان ثابت خارجی، مجموع القا شده به عنوان مثال. d.s. در این سیم پیچ ها صفر است. در حضور یک میدان مغناطیسی ثابت در e. d.s. حتی هارمونیک هایی ظاهر می شوند که بزرگی آنها این میدان را تعیین می کند.

یک مغناطیس سنج شار متشکل از دو شیر برقی یکسان است که به صورت افقی یکی زیر دیگری قرار گرفته اند که نمونه مورد مطالعه در یکی از آنها قرار می گیرد. فلاکس گیت دیفرانسیل بین این شیر برقی ها قرار دارد. میدان های مغناطیسی شیرهای برقی بدون نمونه به طور متقابل در حجمی که فلاکس گیت قرار دارد جبران می شود.

برای اندازه گیری های باکیفیت، بهتر است از مغناطیس سنج فلاکس گیت استاتیک استفاده کنید. در این تجسم، یک دریچه شار بین شیر برقی قرار دارد و دیگری در فاصله ای از اولین در یک صفحه افقی موازی قرار دارد. سیم پیچ های این فلاکس گیت ها به صورت سری به یکدیگر متصل می شوند.

با استفاده از یک مغناطیس سنج شار، می توانید منحنی مغناطیسی، حلقه پسماند و نیروی اجباری مواد مغناطیسی نرم را تعیین کنید. منحنی مغناطیسی و حلقه هیسترزیس با استفاده از روش جبران اندازه گیری می شوند. برای این منظور جریانی از سیم پیچ جبران کننده عبور می کند که میدان مغناطیسی آن میدان مغناطیسی نمونه مغناطیسی را در ناحیه ای که پروب قرار دارد جبران می کند. برای اندازه گیری نیروی اجباری باید نمونه را مغناطیسی کنید و سپس با افزایش میدان مغناطیس زدایی، قرائت های دستگاه نشانگر را به صفر برسانید. طرح سادهو فرآیند اندازه گیری سریع یکی از مزایای مغناطیس سنج شار نسبت به سایر مغناطیس سنج ها است که در فصل پنجم توضیح داده خواهد شد. شرحی از کاوشگرها نیز در کار موجود است.

در مغناطیس‌سنج‌های این نوع، عنصر حساس به مغناطیسی یک فلاکس گیت است که از دو میله نازک و بلند ساخته شده از آلیاژ دائمی (آلیاژ آهن نیکل - فرومغناطیس نرم مغناطیسی) تشکیل شده است که سیم‌پیچ اولیه (هیجان‌انگیز) روی آن پیچیده شده است. جهت مخالف. علاوه بر این، هر دو هسته، همراه با سیم پیچ اولیه، توسط یک سیم پیچ ثانویه (اندازه گیری) پوشیده شده اند (شکل 3.15 a). فرومغناطیس های مغناطیسی نرم با این واقعیت مشخص می شوند که حلقه پسماند برای آنها بسیار باریک است که می توان آن را به عنوان یک منحنی در نظر گرفت (شکل 3.15 ب).

برنج. 3.15. اصل عملکرد مغناطیس سنج فلاکس گیت

نوع هارمونیک دوم

اصل عملکرد فلاکس گیت به شرح زیر است. با استفاده از منبع خارجیجریانی با فرکانس w (اغلب 400 هرتز) از سیم پیچ اولیه (مهیج) عبور می کند. اگر میدان مغناطیسی خارجی وجود نداشته باشد، مغناطش اولیه هسته ها صفر است. هنگامی که جریانی با فرکانس w در هر نیم سیکل عبور می کند، پالس های القایی در هسته ها در جهت مخالف هدایت می شوند و یکدیگر را جبران می کنند (شکل 3.15 ب). بنابراین، القای کل در نزدیکترین فضا به هسته ها در هر لحظه از زمان صفر است و سیگنال در سیم پیچ اندازه گیری القا نمی شود، یعنی. نیز صفر است.

هنگامی که یک میدان خارجی T ظاهر می شود (که باید اندازه گیری شود) در هر نیم چرخه، این میدان با القای یکی از هسته ها همزمان می شود و القای هسته دیگر در جهت مخالف هدایت می شود که معادل تغییر است. در القای هسته ها القای کل (کل B S) در فضای نزدیک هسته ها، با جمع شدن، یک شار مغناطیسی متناوب را تشکیل می دهد که با فرکانس 2w تغییر می کند (شکل 3.15. b). این شار یک سیگنال الکتریکی در سیم پیچ اندازه گیری با فرکانس 2w و دامنه متناسب با "تغییر" القاء در سیم پیچ ها - میدان مغناطیسی خارجی T را القا می کند.

برای اندازه گیری این میدان، فقط باید سیگنالی با فرکانس 2w (800 هرتز) با استفاده از فیلتر (F) انتخاب کنید، آن را با تقویت کننده (U) تقویت کنید، علامت میدان (فاز) را با فاز تعیین کنید. آشکارساز حساس (PSD) و اندازه گیری دامنه آن با یک متر (I). در این حالت، دستگاه اندازه گیری دامنه سیگنال را می توان بر حسب واحدهای قدرت میدان مغناطیسی یا القاء کالیبره کرد. به چنین فلاکس گیت "فلاکس گیت نوع هارمونیک دوم" می گویند.

یکی از ویژگی های مفید چنین فلاکس گیت برای بررسی های مغناطیسی این است که می تواند مولفه قدرت میدان مغناطیسی هدایت شده در امتداد محور کاوشگر را اندازه گیری کند. یعنی اگر میدان T عمود بر هسته ها باشد، در سیم پیچ ها "تغییر" القایی وجود نخواهد داشت و در سیم پیچ ثانویه سیگنالی وجود نخواهد داشت.

این ویژگی امکان انجام به اصطلاح اندازه گیری اجزا (یعنی اندازه گیری سه جزء در امتداد محورها) القای میدان مغناطیسی را فراهم می کند که یکی از مزایای روش است. نقطه ضعف روش وجود افست صفر دستگاه است که حتی با آستانه حساسیت بالای دستگاه 1 nT امکان اندازه گیری با دقت بالا را نمی دهد.

fluxgate نام های دیگری نیز دارد: پروب اشباع مغناطیسی، سنسور مدولاسیون مغناطیسی (MMD). در ادبیات خارجی به آن flux - date (flux gate) - flow-passing می گویند.

مغناطیس سنج برای اندازه گیری القاء میدان مغناطیسی طراحی شده است. مغناطیس سنج از یک میدان مغناطیسی مرجع استفاده می کند که از طریق اثرات فیزیکی خاصی اجازه می دهد میدان مغناطیسی اندازه گیری شده را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.
استفاده از مگنتومترها برای تشخیص اشیاء عظیم ساخته شده از مواد فرومغناطیسی (اغلب فولاد) بر اساس اعوجاج موضعی میدان مغناطیسی زمین توسط این اشیاء است. مزیت استفاده از مغناطیس سنج در مقایسه با فلزیاب های سنتی این است که برد تشخیص طولانی تر.

مغناطیس های Fluxgate (بردار)

یک نوع مغناطیس سنج است . فلاکس گیت توسط فردریش فورستر اختراع شد. )

در سال 1937 و در خدمت تعیین است بردار القایی میدان مغناطیسی.

طراحی فلاکس گیت

فلاکس گیت تک میله ای

ساده ترین فلاکس گیت از یک میله دائمی تشکیل شده است که روی آن یک سیم پیچ تحریک قرار می گیرد (( سیم پیچ درایو) که توسط جریان متناوب و یک سیم پیچ اندازه گیری تغذیه می شود ( سیم پیچ آشکارساز).

پرمالوی- آلیاژی با خواص مغناطیسی نرم، متشکل از آهن و 45-82٪ نیکل. پرمالوی دارای نفوذپذیری مغناطیسی بالا (حداکثر نفوذپذیری مغناطیسی نسبی ~ 100000) و اجباری کم است. یک مارک محبوب از permalloy برای تولید Fluxgates 80хх است-80 ٪ نیکل + کروم و سیلیکون با القاء اشباع 0.65-0.75 T ، که برای هسته های ترانسفورماتورهای کوچک ، خفگی ها و رله های کار شده در زمینه های ضعیف از صفحه های مغناطیسی استفاده می شود. برای هسته ترانسفورماتورهای پالس، تقویت کننده های مغناطیسی و رله های بدون تماس، برای هسته های سر مغناطیسی.
وابستگی نفوذپذیری مغناطیسی نسبی به قدرت میدان برای برخی از انواع پرمالیاژ به شکل -

اگر یک میدان مغناطیسی ثابت به هسته اعمال شود، آنگاه یک ولتاژ در سیم پیچ اندازه گیری ظاهر می شود. زوجهارمونیک ها، بزرگی که به عنوان معیاری برای اندازه گیری قدرت یک میدان مغناطیسی ثابت عمل می کند. این ولتاژ فیلتر و اندازه گیری می شود.

فلاکس گیت دو میله ای

مثالی دستگاه توصیف شده در کتاب است کارالیسا V.N. "مدارهای الکترونیکیدر صنعت" -



این دستگاه برای اندازه گیری میدان های مغناطیسی ثابت در محدوده 0.001 ... 0.5 oersted طراحی شده است.
سیم پیچ میدان سنسور L1و L3شامل شمارنده اندازه گیری سیم پیچ L2زخم بر روی سیم پیچ های مزرعه. سیم پیچ های تحریک با فرکانس جریان 2 کیلوهرتز از یک ژنراتور فشار کش با یک القایی تغذیه می شوند. بازخورد. حالت ژنراتور توسط تثبیت می شود دی سیتقسیم کننده مقاومت R8و R9.

Fluxgate با هسته توروئیدی
یکی از گزینه های طراحی محبوب برای مغناطیس سنج فلاکس گیت، فلاکس گیت با هسته حلقوی است. فلاکس گیت هسته حلقه) -

در مقایسه با Rod Fluxgates ، این طرح دارای سر و صدای کمترو نیازمند خلقت است نیروی مغناطیسی بسیار پایین تر.

این سنسور است سیم پیچ تحریک، روی یک هسته حلقوی پیچیده می شود که از طریق آن یک جریان متناوب با دامنه کافی برای رساندن هسته به حالت اشباع جریان می یابد. سیم پیچ اندازه گیری، که از آن ولتاژ متناوب حذف می شود که برای اندازه گیری میدان مغناطیسی خارجی آنالیز می شود.
سیم پیچ اندازه گیری روی هسته حلقوی پیچیده می شود و آن را به طور کامل می پوشاند (مثلاً روی یک قاب خاص) -


این طرح مشابه طرح اصلی فلاکس گیت است (یک خازن برای دستیابی به رزونانس در هارمونیک دوم اضافه شده است) -

برنامه های مغناطیسی پروتون
مغناطیس‌سنج‌های پروتون به طور گسترده در تحقیقات باستان‌شناسی استفاده می‌شوند.
مغناطیس سنج پروتون در رمان علمی تخیلی "به دام افتاده در زمان" نوشته مایکل کرایتون اشاره شده است. جدول زمانی") -
او از کنار پاهای خود اشاره کرد. سه بدنه زرد رنگ سنگین به ستون های جلوی هلیکوپتر بسته شده بود. "در حال حاضر ما نقشه‌بردارهای استریو زمین، مادون قرمز، UV و رادار اسکن جانبی را حمل می‌کنیم." کرامر به شیشه عقب اشاره کرد، به سمت یک لوله نقره ای به طول شش فوت که زیر هلیکوپتر در عقب آویزان بود: «و آن چیست؟» "مغناطیس سنج پروتون." "اوه-هه. و چه می کند؟" "به دنبال ناهنجاری های مغناطیسی در زمین زیر ما است که می تواند نشان دهنده دیوارهای مدفون، سرامیک یا فلز باشد."

مغناطیس سنج سزیمی

یک نوع مغناطیس سنج کوانتومی مغناطیس سنج اتمی فلز قلیایی با پمپ نوری است.

مگنتومتر سزیم G-858

مغناطیس سنج Overhauser

مگنتومترهای حالت جامد

در دسترس ترین آنها مغناطیس سنج های تعبیه شده در گوشی های هوشمند هستند. برای اندروید برنامه خوباستفاده از مغناطیس سنج است . صفحه این برنامه http://physics-toolbox-magnetometer.android.informer.com/ است.

راه اندازی مغناطیس سنج ها

برای تست فلاکس گیت می توانید استفاده کنید. سیم پیچ های هلمهولتز برای تولید یک میدان مغناطیسی تقریبا یکنواخت استفاده می شود. در حالت ایده آل، آنها دو پیچ حلقوی یکسان را نشان می دهند که به صورت سری به یکدیگر متصل شده اند و در فاصله شعاع چرخشی از یکدیگر قرار دارند. به طور معمول، کویل های هلمهولتز از دو سیم پیچ تشکیل شده اند که تعداد معینی دور بر روی آنها پیچیده شده است و ضخامت سیم پیچ باید بسیار کمتر از شعاع آنها باشد. در سیستم های واقعی، ضخامت سیم پیچ ها می تواند با شعاع آنها قابل مقایسه باشد. بنابراین، می‌توان سیستم حلقه‌های هلمهولتز را دو سیم‌پیچ هم‌محور در نظر گرفت که فاصله بین مراکز آنها تقریباً برابر با شعاع متوسط ​​آنها است. به این سیستم سیم پیچ، شیر برقی اسپلیت نیز می گویند. شیر برقی شکاف دار).

در مرکز سیستم ناحیه ای از میدان مغناطیسی یکنواخت وجود دارد (میدان مغناطیسی در مرکز سیستم به حجم 1/3 شعاع حلقه ها. همگن در 1%) که می تواند برای اهداف اندازه گیری، برای کالیبره کردن سنسورهای القای مغناطیسی و غیره استفاده شود.

القای مغناطیسی در مرکز سیستم به صورت $B = \mu _0\,(\left((4\over 5)\right) )^(3/2) \, (IN\over R)$ تعریف می شود.
که در آن $N$ تعداد چرخش های هر سیم پیچ است، $I$ جریان عبوری از سیم پیچ ها، $R$ شعاع متوسط ​​سیم پیچ است.

از سیم پیچ های هلمهولتز نیز می توان برای محافظت از میدان مغناطیسی زمین استفاده کرد. برای انجام این کار، بهتر است از سه جفت حلقه عمود بر یکدیگر استفاده کنید، سپس جهت آنها مهم نیست.

اخیراً هیچ تغییر قابل توجهی در اصول اندازه گیری میدان مغناطیسی ایجاد نشده است. در زمینه پیمایش های مغناطیسی روش هایی مبتنی بر پدیده تشدید مغناطیسی، جهت گیری نوری اتم ها و ... ایجاد شده است و برای تعیین خواص مغناطیسی سنگ ها و مشاهدات در چاه ها از تاسیسات فلوکس گیت و مغناطیس سنج های استاتیکی و سنگ استفاده می شود. ژنراتورها برای اندازه گیری مغناطیس پسماند استفاده می شوند. اجازه دهید با جزئیات بیشتری در مورد چنین دستگاهی مانند مغناطیس سنج صحبت کنیم.

مغناطیس سنج- وسیله ای برای اندازه گیری ویژگی های میدان مغناطیسی و خواص مغناطیسی مواد (مواد مغناطیسی). بسته به مقداری که تعیین می‌شود، ابزارها برای اندازه‌گیری متمایز می‌شوند: قدرت میدان (اورستمتر)، جهت میدان (مایل‌گرها و دکلیناتورها)، گرادیان میدان (شیب‌سنج)، القای مغناطیسی (تسلامتر)، شار مغناطیسی (وبرمتر، یا شار سنج)، نیروی اجباری. (اجباری) ، نفوذپذیری مغناطیسی (مو متر)، حساسیت مغناطیسی (کاپا متر)، گشتاور مغناطیسی.

به معنای محدودتر، مغناطیس سنج ها ابزاری برای اندازه گیری قدرت، جهت و گرادیان میدان مغناطیسی هستند.

مهمترین پارامتر یک مغناطیس سنج حساسیت آن است. در عین حال، رسمی کردن این پارامتر و یکنواخت کردن آن برای همه مغناطیس‌سنج‌ها تقریباً غیرممکن است، و نه تنها به این دلیل که مغناطیس‌سنج‌ها در اصل عملکرد، بلکه در طراحی مبدل‌ها و عملکرد پردازش سیگنال نیز متفاوت هستند. برای مغناطیس‌سنج‌ها، حساسیت معمولاً با بزرگی القای مغناطیسی میدانی که دستگاه قادر به ثبت آن است، نشان داده می‌شود. به طور معمول، حساسیت در نانوتسلا (nT) 1nT = (1E-9) T اندازه گیری می شود.

میدان زمین تقریباً 35000nT (35µT) است. این یک مقدار متوسط ​​است - در نقاط مختلف کره زمین در محدوده 35000nT (35µT) - 60000nT (60µT) متغیر است. بنابراین، وظیفه جستجوی اجرام فرومغناطیسی، تشخیص افزایش میدان ناشی از اعوجاج از اجسام فرومغناطیسی در پس زمینه میدان طبیعی زمین است.

چندین اصل فیزیکی و انواع ابزار مغناطیس سنجی بر اساس آنها وجود دارد که ثبت حداقل تغییرات میدان مغناطیسی زمین یا اعوجاج های وارد شده توسط اجسام فرومغناطیسی را ممکن می سازد. مغناطیس‌سنج‌های مدرن بسته به اصل کار و کلاس مشکلاتی که حل می‌شوند، حساسیتی از 0.01nT تا 1nT دارند.

مغناطیس‌سنج‌هایی برای اندازه‌گیری مقادیر مطلق ویژگی‌های میدان و تغییرات نسبی میدان در فضا یا زمان وجود دارد. به دومی واریومترهای مغناطیسی می گویند. مغناطیس‌سنج‌ها نیز بر اساس شرایط عملیاتی و در نهایت، مطابق با پدیده‌های فیزیکی زیربنای عملکرد آنها طبقه‌بندی می‌شوند.

چندین نوع مغناطیس سنج بر اساس اصول مختلف عملکرد وجود دارد، مانند: شار، مغناطیسی القایی، اثر هال، مغناطیس مقاوم، کوانتومی (پروتون).

اجازه دهید در مورد مبدل های میدان مغناطیسی fluxgate با جزئیات صحبت کنیم، اصل عملکرد، طراحی و فناوری اندازه گیری آنها را در نظر بگیریم.

کشف خواص نفوذپذیری مغناطیسی بالا در آلیاژهای آهن نیکل - پرمالیاژها منجر به ایجاد مغناطیس‌سنج‌های شار یا حسگر شار شد که عملکرد آن‌ها بر اساس اثر واکنش نفوذپذیری مغناطیسی هسته‌های پرمالیاژ به عمل میدان مغناطیسی ثابت زمین هنگامی که با جریان متناوب تغذیه می شود.

مبدل میدان مغناطیسی fluxgate یا fluxgate برای اندازه گیری و نشان دادن میدان های مغناطیسی ثابت و آهسته در حال تغییر و گرادیان آنها طراحی شده است. عمل یک Fluxgate مبتنی بر تغییر در حالت مغناطیسی یک فرومغن تحت تأثیر دو میدان مغناطیسی فرکانس های مختلف است. بسته به بزرگی ولتاژ اعمال شده، فلاکس گیت می تواند بر اساس اصول هارمونیک نوع پیک و دوم عمل کند. دستگاه هایی که بر اساس اصل هارمونیک دوم کار می کنند به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته اند (3).

کاوشگرهای فرومغناطیسی با موارد زیر مشخص می شوند:

حساسیت بالا - حداقل تغییر در عنصر میدان اندازه گیری شده که دستگاه قادر به ثبت نام در هنگام تغییر مؤلفه قدرت است ؛ حساسیت بهترین دستگاه ها 1 NT است ، برای یک مقدار زاویه ای - 01 ثانیه.

امکان کالیبراسیون دقیق (0.1%);

ضریب دمای پایین، کمتر از 0.01 nT/deg. درجه سانتیگراد در محدوده دمایی 20- تا 50+ درجه. درجه سانتیگراد؛

سطح پایین صدای خود؛

اندازه کوچک (10-20 سانتی متر) و وزن (1-2 کیلوگرم با واحد اندازه گیری)؛

مصرف برق کم (2).

در شکل شکل 1 به صورت شماتیک برخی از گزینه های طراحی برای فلاکس گیت ها را نشان می دهد.

برنج. 1

در ساده ترین نسخه خود ، یک Fluxgate از یک هسته فرومغناطیسی و دو سیم پیچ در آن قرار دارد: یک سیم پیچ تحریک که با استفاده از جریان متناوب و سیم پیچ اندازه گیری (سیگنال) تأمین می شود. هسته فلاکس گیت از موادی با نفوذپذیری مغناطیسی بالا ساخته شده است. ولتاژ متناوب با فرکانس 1 تا 300 کیلوهرتز از یک ژنراتور ویژه به سیم پیچ تحریک (بسته به سطح پارامترها و هدف دستگاه) به سیم پیچ تحریک عرضه می شود. در غیاب یک میدان مغناطیسی اندازه گیری شده ، هسته ، تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی متناوب H ایجاد شده توسط جریان در سیم پیچ تحریک ، در یک چرخه متقارن بازسازی می شود. تغییر در میدان مغناطیسی ناشی از واژگونی مغناطش هسته در امتداد یک منحنی متقارن باعث ایجاد EMF در سیم پیچ سیگنال می شود که طبق یک قانون هارمونیک متفاوت است. اگر در عین حال ثابت اندازه گیری شده یا به آرامی در حال تغییر میدان مغناطیسی بر روی هسته عمل کند ، منحنی واژگونی مغناطیس اندازه و شکل آن را تغییر می دهد و نامتقارن می شود. در این حالت، مقدار و ترکیب هارمونیک EMF در سیم پیچ سیگنال تغییر می کند. به طور خاص ، حتی مؤلفه های هارمونیک EMF ظاهر می شوند ، که بزرگی آن متناسب با قدرت میدان اندازه گیری شده است و در طی یک چرخه معکوس مغناطیسی متقارن وجود ندارد.

فلاکس گیت ها به دو دسته تقسیم می شوند:

میله تک عنصری (الف)

دیفرانسیل با هسته باز (ب)

دیفرانسیل با هسته بسته (حلقه ای) (ج).

یک شار دیفرانسیل (شکل B ، C) ، به عنوان یک قاعده ، از دو هسته با سیم پیچ تشکیل شده است که به گونه ای متصل می شوند که اجزای هارمونیک عجیب و غریب عملاً جبران می شوند. این تجهیزات اندازه گیری را ساده می کند و حساسیت Fluxgate را افزایش می دهد. پروب های Fluxgate با حساسیت بسیار زیاد به میدان های مغناطیسی مشخص می شوند. آنها قادر به ضبط میدان های مغناطیسی با نقاط قوت تا 10-4-10-5 A/M (10-10-10-11 T) هستند.

طرح های فلاکس گیت مدرن جمع و جور هستند. حجم Fluxgate که با استفاده از مگنتومترهای G73 داخلی مجهز است ، کمتر از 1 سانتی متر 3 است ، و شار سه جزء برای آهنربای سنج G74 در یک مکعب با یک طرف 15 میلی متر قرار می گیرد

به عنوان مثال در شکل. شکل 2 طراحی و ابعاد میله مینیاتوری Fluxgate را نشان می دهد.

برنج. 2

طراحی Fluxgate بسیار ساده است و نیازی به آن ندارد توضیحات ویژه. هسته آن از آلیاژ دائمی ساخته شده است. این مقطع دارد که در طول طول آن متفاوت است و تقریباً 10 برابر در قسمت مرکزی هسته کاهش می یابد ، که بر روی آن سیم پیچ اندازه گیری و سیم پیچ تحریک زخم می شود. این طرح ، با طول نسبتاً کوتاه (30 میلی متر) ، نفوذپذیری مغناطیسی بالا (1.5x105) و مقدار کمی از قدرت میدان اشباع در قسمت مرکزی هسته فراهم می کند ، که منجر به افزایش حساسیت فاز و زمان می شود فلاکس گیت به همین دلیل ، شکل پالس های خروجی در سیم پیچ اندازه گیری Fluxgate بهبود یافته است ، که باعث می شود خطاها در مدار تولید سیگنال پالس زمان کاهش یابد. دامنه اندازه گیری مبدل های Fluxgate از یک طراحی استاندارد 50… 100 ± A/M (0.06 ± 0.126 MT) است. چگالی نویز مغناطیسی در باند فرکانس تا 0.1 هرتز برای شار با هسته های میله 30 - 40 میکروموره است / M (M x HZ1/ 2) بسته به میدان تحریک ، با افزایش دومی کاهش می یابد. در باند فرکانس تا 0.5 هرتز ، چگالی نویز 3 - 3.5 برابر بیشتر است. یک مطالعه تجربی از شار حلقه نشان داد که سطح سر و صدای آنها مرتبه ای از بزرگی پایین تر از شارژهای با هسته میله است (3).