보물과 보물 검색: 자력계 - 기본 정보. 강자성 코어와 3개의 권선을 갖춘 플럭스게이트 자력계

무부하 상태에서 이상적인 변압기의 벡터 다이어그램을 구성해 보겠습니다(그림 15.34).

유휴 상태에서의 자화력

이제 부하가 걸린 이상적인 변압기에 대한 등가 회로를 그려 보겠습니다(그림 15.35).

저항이 있는 부하가 2차 권선의 단자에 연결된 경우 지 N, 그러면 전류가 통과합니다. , 이는 차례로 자속을 감소시키는 경향이 있습니다. , 이로 인해 EMF가 감소합니다. , 그 결과 현재 증가할 것이다 자속이 원래 값을 획득하고 방정식 (15.35)이 충족됩니다.

따라서 2차 회로에 전류가 나타나면 1차 회로의 전류가 증가합니다. 부하가 있는 변압기에서 코어의 자속은 무부하 시의 자속과 같습니다. 언제나 에프= const. 부하 자속 1차 및 2차 권선의 자화력의 영향으로 생성됩니다.

부하가 걸린 이상적인 변압기의 벡터 다이어그램을 구성해 보겠습니다(그림 15.36).

유도 결합을 제거할 이상적인 변압기의 등가 회로를 변환해 보겠습니다. 변압기 권선의 동일한 단자를 서로 연결하면 변압기의 작동 모드가 변경되지 않습니다.

이제 공통점을 갖고 있는 유도 결합 요소를 먼저 고려해 보겠습니다. 이 경우 두 요소의 결합 계수 1과 같다, 전체 자속이 1차 및 2차 권선의 회전과 완전히 연동되기 때문입니다.

그러므로, 주어진 승 1 = 승 2, 우리는 다음을 발견합니다:

이제 회로의 일부를 공통점이 있는 유도 결합 요소로 교체해 보겠습니다(그림 15.37). ㅏ)를 유도 결합 없이 등가 회로에 연결(그림 15.37) 비).

;

;

발견된 내용을 고려하여 회로는 그림 15.37과 같은 형식을 취합니다. V, 이상적인 변압기의 등가회로는 그림 15.38과 같은 형태이다.

이제 두 권선의 능동 및 유도 누설 저항을 고려하면 다음과 같은 변압기의 경우 승 1 = 승 2, 우리는 그림 15.39에 표시된 등가 회로를 얻습니다.

회로의 1차 및 2차 회로 방정식을 적어 보겠습니다.

회로의 벡터 다이어그램을 구성해 보겠습니다(그림 15.40).

작은 상수 및 교번 자기장을 측정하기 위해 플럭스게이트가 사용됩니다. 가장 간단한 형태는 연자성 재료로 만들어진 막대이며 두 개의 권선이 있으며, 그 중 하나는 임시 자속을 생성하고 다른 하나는 측정합니다.

정현파 모양의 교류 전류가 여자 권선을 통과하면 코어의 자기 상태가 동적 히스테리시스 루프를 따라 변경되고 측정 권선에 전자파가 나타납니다. d.s.는 기본 주파수 외에도 더 높은 홀수 고조파를 포함합니다.

쌀. 21. 개략도탄도 설치: 전자석, 측정 코일, 탄도 검류계, 기준 코일의 1차 및 2차 권선, 스위치, 키, 가변 저항 시스템, A - 전류계

쌀. 22. 측정 프로브의 개략도

이러한 프로브가 코어 축을 따라 교번 필드와 동일한 방식으로 향하는 일정한 자기장에 배치되면 코어의 자기 상태는 이미 비대칭 개인 사이클에서 변경됩니다. 이는 일정한 자기장의 작용 방향에서 코어의 자화 반전이 일정한 자기장이 없을 때보다 더 낮은 값의 교류 자기장에서 발생하고 반대 방향에서는 상수가 발생한다는 사실에 의해 설명됩니다. 필드는 자화 반전을 방지합니다. 이 경우 곡선에서 e. d.s. 홀수 고조파와 함께 짝수 고조파(주로 2차 고조파)도 나타납니다. e의 값이 나온다는 것이 밝혀졌습니다. d.s. 이것

고조파는 자기장 강도에 비례합니다. 크기별 e. d.s.를 이 고조파에 비례하고 전계 강도를 측정합니다.

그림에서. 도 22는 코어가 연자성 재료 퍼멀로이로 만들어진 측정 프로브 중 하나의 개략 설계를 보여준다. 코어는 20~50개의 판 두께로 구성되어 있으며, 하나의 와이어를 같은 수의 감은 수로 코어의 양쪽에 반대 방향으로 감으면 각 권선에서 생성되는 자속은 동일합니다.

쌀. 23. 브리지형 자기탐침의 개략도

쌀. 24. 브리지형 프로브 장치에

권선은 직렬로 서로 연결됩니다. 측정 코일 3은 코어 1에 배치됩니다. 교류 전류가 권선 2의 권선을 통과하면 측정 코일에서는 발생하지 않습니다. 각 권선 2에서 시간이 지남에 따라 자속의 변화가 동일하고 방향이 반대이기 때문입니다. 코어가 권선과 코일의 단면 평면에 수직으로 향하는 일정한 균일 필드에 배치되면 일정한 필드가 교대로 추가되므로 권선 2 사이의 공간에서 자속의 재분배가 발생합니다. 그 결과 측정 코일 3에 기전력이 발생합니다. 이 e. d.s. 자기장의 세기에 비례합니다. 이러한 프로브를 사용하면 교류 주파수 103Hz에서 다음과 같은 자기장을 측정할 수 있습니다.

현재 브리지형 자기 프로브가 있습니다. 이러한 브리지 중 하나가 그림 1에 나와 있습니다. 23. 연자성 시트 시트로 브리지를 잘라냅니다(그림 24). 여러 장의 시트로 조립되며, 그 중 절반은 세로로 절단되고 나머지 절반은 롤링됩니다. 이는 브리지 암의 최적의 자기 균일성을 보장하고 암의 자기 접촉을 향상시킵니다. 세그먼트는 접혀지고 서로 연결되어 브릿지의 두 번째 대각선이 형성됩니다. 코일 1과 2는 브릿지의 대각선에 위치하며, 어느 것이나 측정하거나 자극할 수 있습니다. 여자 코일 권선은 산업용 또는

빈도가 증가했습니다. 자기 브리지는 평형 상태에 있으며 외부의 일정한 자기장이 없으면 측정 코일에서 방출이 발생하지 않습니다. d.s. 브리지가 외부의 일정한 자기장에 배치되면 브리지의 평형이 방해를 받고 브리지의 대각선에 교번 자속이 나타나고 측정 코일에 방출이 나타납니다. d.s. 유도, 그 크기에 따라 외부 전계 강도의 값이 결정됩니다. 최대값 마. d.s. 외부 자기장이 브리지의 반대쪽 두 가지에 평행하게 향하면 측정 코일에서 발생합니다. 감도를 높이기 위해 자기 브리지를 극으로 만드는 경우도 있습니다(그림 25).

쌀. 25. 극이 있는 자기 프로브의 개략도

자기적으로 포화된 프로브가 사용되는 최대 의 자기장 강도를 측정하기 위한 매우 민감한 보상 자력계를 고려해 보겠습니다. 자력계의 개략도와 자기적으로 포화된 프로브의 단면이 그림 1에 나와 있습니다. 26, 27.

자력계 회로는 여자 및 신호 회로, 보상 회로, 장치의 감도 테스트용 회로로 구성됩니다.

여기 및 신호 회로는 발생기 4, 주파수 배율기 5, 위상 판별기 6, 공진 증폭기 7 및 표시 장치 8을 포함합니다. 감도를 높이기 위해 장치는 보상 측정 방법을 사용합니다. 여기서 측정된 솔레노이드 필드는 2입니다. 알려진 크기와 반대 방향의 다른 필드에 의해 보상됩니다. 이 자기장은 프로브 1이 위치한 전류 전달 코일에 의해 생성됩니다. 보상 코일 3은 기존 솔레노이드 형태 또는 폐쇄 코일 형태로 사용됩니다. 두 번째 유형의 코일은 강자성 물질이 자력계 근처에 있을 때 사용됩니다.

샘플의 측정 권선을 통과하는 전류를 사용하여 보상을 수행할 수도 있습니다. 이 경우 측정 헤드의 크기는 크게 줄어들지만 보상 필드의 균일성은 저하됩니다. 보상 회로에 전원을 공급하려면 다음을 사용하십시오. 충전식 배터리대용량. 자기적으로 포화된 프로브는 몰리브덴 퍼멀로이로 만들어진 두 개의 코어(6)로 구성됩니다. 코어는 압연 소재를 따라 절단되고 열처리되는 크기의 플레이트로 조립됩니다. 코어에는 직경이 1400턴인 와이어를 가진 여자 권선 4와 400턴 와이어를 가진 측정 권선 3이 있습니다.

여자 권선에는 25VHz의 전압이 공급됩니다. 여기 전류는 0.3A입니다. 이러한 조건에서 설치는 가장 큰 감도를 갖습니다. 측정을 시작하기 전에 헬름홀츠 코일의 코어를 움직여 프로브를 조정합니다. 측정 권선에서 수신된 신호는 조정된 공진 증폭기에 의해 증폭된 다음 위상 판별기에 공급됩니다. 영점 장치 포인터의 2-3 눈금 편차는 자기장 강도에 해당합니다. 설명된 자력계는 작동이 안정적이며 해당 모드는 외부 조건(온도, 기계적 진동 등)의 변화에 ​​실질적으로 독립적입니다.

쌀. 26. 자기 프로브가 있는 자력계의 개략도: 1 - 프로브, 2 - 솔레노이드, 3 - 보상 코일, 4 - 발생기, 5 - 주파수 배배기, 6 - 위상 판별기, 7 - 저항 증폭기, 8 - 표시 장치, 보상 회로, 장치의 감도를 확인하는 회로

이 작업은 크기가 0.18X1.75X100인 두 개의 퍼멀로이 코어로 구성된 프로브의 최적 작동 조건을 계산합니다. 여자 권선은 350회전 길이의 와이어로 감겨 있으며 측정 권선은 1500회전 와이어로 구성됩니다. 설치 출력에서 ​​전압계가 켜지고 휴무일 값만 기록됩니다. e. d.s. 두 번째 고조파. 이 고조파 진폭의 유효 값을 계산하려면 다음 공식을 사용하십시오.

측정된 외부 자기장은 어디에 있으며, 두 번째 고조파의 외부 자기장에 대한 프로브의 감도입니다. 마지막 값은 공식에 의해 결정됩니다

여기서 측정 권선의 회전 수, 코어의 단면적은 여자 권선에 공급되는 교류 전류의 주파수이며 자속 소산을 고려한 계수는 자기에 따라 특정 상수입니다. 재료의 특성 및 감자 요소.

감도는 바이어스 전류의 최적 값에서 결정되며, 그 강도는 공식을 사용하여 계산됩니다.

계자 권선의 회전 수는 어디에 있습니까?

설명된 프로브는 긴 코어를 사용하는 경우 감도가 높습니다.

Grabovsky와 Skorobogatov는 보자력을 측정하기 위해 퍼멀로이 플럭스게이트를 사용했습니다. 그들의 설치는 두 개의 완전히 동일한 자화 코일로 구성되었으며, 그 사이에 길이, 너비 및 두께의 플럭스게이트가 있었습니다. 전류는 코일을 통해 다음 방향으로 전달되었습니다. 플럭스게이트가 차지하는 공간에서 코일의 자기장은 상호 보상되었습니다. 보자력을 측정하기 위해 자화된 샘플을 코일 중 하나에 배치하고 샘플의 자기장이 플럭스게이트에 있는 표시기 권선에 포함된 장치 바늘의 편향을 일으켰습니다. 자화 코일을 통해 직류를 흘림으로써 샘플의 자기가 점차 제거되었습니다. 표시 장치의 바늘이 영점 위치로 복귀하는 순간 코일에 흐르는 전류 세기를 측정하고 코일 상수 를 식으로 사용하여 보자력의 값을 계산하였다.

쌀. 27. (스캔 참조) 자기 프로브 섹션: 1 - 전류 운반 꽃잎, 2 - 본체, 3 - 측정 권선, 4 - 여자 권선, 5 - 프레임, 6 - 코어, 7 - 절연 개스킷

설명된 보자력계를 사용하면 2~3%의 정확도로 빠르게 측정할 수 있습니다.

야누스 보자력계에서 플럭스게이트는 프레임 모양을 가지며 측면에는 여기와 측정이라는 두 개의 권선이 있습니다. 테스트 샘플은 솔레노이드의 끝 부분이 솔레노이드에서 돌출되도록 솔레노이드에 배치됩니다. 그들은 철제 요크에 인접해 있으며, 그 중간 부분은 플럭스게이트 코어에 의해 닫혀 있습니다.

Drozhzhina와 Friedman은 플럭스게이트를 제안했습니다.

연자성 재료의 자기 특성을 연구하기 위한 자력계. 자력계에서 이동식 비정적 시스템은 플럭스게이트로 대체되어 제로 변동을 제거할 수 있었습니다. 플럭스게이트는 퍼멀로이로 만들어진 두 개의 코어로 구성되며, 계자권선은 코어의 자속이 서로 닫히도록 직렬로 연결됩니다. 플럭스게이트의 측정 권선은 차동적으로 연결되며, 외부 상수 필드 없이 유도된 전류의 합은 다음과 같습니다. d.s. 이 권선에서는 0입니다. e에 일정한 자기장이 있는 경우. d.s. 고조파도 나타나며 그 크기에 따라 이 필드가 결정됩니다.

플럭스게이트 자력계는 수평으로 서로 아래에 위치한 두 개의 동일한 솔레노이드로 구성되며, 그 중 하나에는 연구 중인 샘플이 배치됩니다. 차동 플럭스게이트는 이 솔레노이드 사이에 위치합니다. 샘플이 없는 솔레노이드의 자기장은 플럭스게이트가 위치한 부피에서 상호 보상됩니다.

고품질 측정을 위해서는 비정적 플럭스게이트 자력계를 사용하는 것이 좋습니다. 이 실시예에서 하나의 플럭스게이트는 솔레노이드 사이에 위치하며, 다른 하나는 평행한 수평면에서 첫 번째 플럭스게이트로부터 멀리 떨어져 있습니다. 이들 플럭스게이트의 권선은 서로를 향해 직렬로 연결된다.

플럭스게이트 자력계를 사용하면 연자성 재료의 자화 곡선, 히스테리시스 루프 및 보자력을 확인할 수 있습니다. 자화 곡선과 히스테리시스 루프는 보상 방법을 사용하여 측정됩니다. 이를 위해 전류가 보상 권선을 통과하며, 그 자기장은 프로브가 위치한 영역에서 자화된 샘플의 자기장을 보상합니다. 보자력을 측정하려면 샘플을 자화해야 하며, 감자 자기장을 늘려 표시 장치의 판독값을 0으로 줄여야 합니다. 간단한 계획빠른 측정 프로세스는 다른 자력계에 비해 플럭스게이트 자력계의 장점 중 하나이며 이에 대해서는 V장에서 설명합니다. 최근 일부 유형의 자기 프로브가 가속기와 분광계의 자기장을 연구하는 데 사용되기 시작했습니다. 프로브에 대한 설명도 작업에서 확인할 수 있습니다.

이러한 유형의 자력계에서 자기적으로 민감한 요소는 퍼멀로이(철-니켈 합금 - 연자성 강자성체)로 만들어진 두 개의 가늘고 긴 막대로 구성된 플럭스게이트이며, 여기에 1차(흥미로운) 권선이 감겨 있습니다. 반대 방향. 또한 두 코어는 1차 권선과 함께 2차(측정) 권선으로 덮여 있습니다(그림 3.15a). 연자성 강자성체의 특징은 히스테리시스 루프가 너무 좁아 하나의 곡선으로 간주할 수 있다는 점입니다(그림 3.15 b).

쌀. 3.15. 플럭스게이트 자력계의 작동 원리

2차 고조파의 종류.

플럭스게이트의 작동 원리는 다음과 같습니다. 사용하여 외부 소스주파수 w(대부분 400Hz)의 전류가 1차(여자) 권선을 통과합니다. 외부 자기장이 없으면 코어의 초기 자화는 0입니다. 각 반주기마다 주파수 w의 전류가 흐르면 코어의 유도 펄스는 반대 방향으로 향하고 서로 보상합니다(그림 3.15b). 따라서 각 순간에 코어에 가장 가까운 공간의 총 유도는 0이고 신호는 측정 권선에서 유도되지 않습니다. 역시 0이다.

각 반주기에 외부 자기장 T(측정해야 함)가 나타나면 이 자기장은 코어 중 하나의 유도와 일치하고 다른 코어의 유도는 반대 방향으로 향합니다. 이는 교대와 동일합니다. 코어 유도에서. 코어 근처 공간에서의 총(총 B S) 유도는 합산되어 2w의 주파수로 변화하는 교번 자속을 형성합니다(그림 3.15.b). 이 자속은 2w의 주파수와 권선의 유도 "이동"(외부 자화장 T)에 비례하는 진폭으로 측정 권선에 전기 신호를 유도합니다.

이 필드를 측정하려면 필터(F)를 사용하여 주파수 2w(800Hz)의 신호를 선택하고 증폭기(U)로 증폭하고 위상을 사용하여 필드(위상)의 부호를 결정하면 됩니다. 민감한 검출기(PSD)를 사용하고 미터(I)로 진폭을 측정합니다. 이 경우 신호 진폭을 측정하는 장치는 자기장 강도 또는 유도 단위로 교정할 수 있습니다. 이러한 플럭스게이트를 "2차 고조파형 플럭스게이트"라고 한다.

자기 조사를 위한 플럭스게이트의 유용한 특징은 프로브 축을 따라 전달되는 자기장 강도의 구성 요소를 측정할 수 있다는 것입니다. 즉, 필드 T가 코어에 수직으로 향하면 권선에 유도의 "이동"이 없으며 2차 권선에 신호가 없습니다.

이 기능을 사용하면 방법의 장점 중 하나인 자기장 유도의 소위 구성 요소 측정(즉, 축을 따라 세 개의 구성 요소를 측정)을 수행할 수 있습니다. 이 방법의 단점은 장치의 제로 오프셋이 존재한다는 것입니다. 이는 장치의 감도 임계값이 1nT로 높더라도 높은 정확도로 측정을 허용하지 않습니다.

플럭스게이트에는 자기 포화 프로브, 자기 변조 센서(MMD)라는 다른 이름도 있습니다. 외국 문헌에서는 플럭스 - 날짜(플럭스 게이트) - 흐름 통과라고 합니다.

자력계 자기장 유도를 측정하도록 설계되었습니다. 자력계는 특정 물리적 효과를 통해 다음을 허용하는 기준 자기장을 사용합니다. 측정된 자기장을 전기 신호로 변환.
강자성(주로 강철) 재료로 만들어진 거대한 물체를 탐지하기 위해 자력계를 적용하는 것은 이러한 물체에 의한 지구 자기장의 국지적 왜곡을 기반으로 합니다. 기존 금속 탐지기에 비해 자력계를 사용하면 얻을 수 있는 장점은 다음과 같습니다. 더 긴 감지 범위.

Fluxgate(벡터) 자력계

자력계의 한 유형은 다음과 같습니다. . 플럭스게이트는 프리드리히 푀르스터(Friedrich Förster)에 의해 발명되었습니다. )

1937년에 결정하는 역할을 합니다. 자기장 유도 벡터.

플럭스게이트 설계

단일 로드 플럭스게이트

가장 간단한 플럭스게이트는 여기 코일이 배치된 퍼멀로이 막대로 구성됩니다(( 드라이브 코일), 교류로 구동되는 측정 코일( 검출기 코일).

퍼멀로이- 철과 45-82% 니켈로 구성된 연자성 특성을 지닌 합금입니다. 퍼멀로이는 투자율이 높고(최대 상대 투자율 ~100,000) 보자력이 낮습니다. 플럭스게이트 제조용 퍼멀로이의 인기 브랜드는 80НХС - 80% 니켈 + 크롬 및 실리콘으로 포화 유도가 0.65-0.75T이며, 자기 스크린의 약한 자기장에서 작동하는 소형 변압기, 초크 및 계전기의 코어에 사용됩니다. 펄스 변압기, 자기 증폭기 및 비접촉식 계전기 코어용, 자기 헤드 코어용.
일부 종류의 퍼멀로이에 대한 전계 강도에 대한 상대 투자율의 의존성은 다음과 같은 형태를 갖습니다.

코어에 일정한 자기장이 가해지면 측정 코일에 전압이 나타납니다. 심지어고조파: 그 크기는 일정한 자기장의 강도를 측정하는 역할을 합니다. 이 전압은 필터링되어 측정됩니다.

이중 막대 플럭스게이트

예는 책에 설명된 장치입니다. Karalisa V.N. "전자 회로업계에서" -



이 장치는 0.001 ~ 0.5 에르스텟 범위의 일정한 자기장을 측정하도록 설계되었습니다.
센서 필드 권선 L1그리고 L3카운터가 포함되어 있습니다. 권선 측정 L2계자 권선 위에 감겨 있습니다. 여자 권선은 유도 전류가 있는 푸시풀 발생기의 전류 주파수 2kHz로 구동됩니다. 피드백. 발전기 모드는 다음과 같이 안정화됩니다. DC저항 분배기 R8그리고 R9.

토로이달 코어가 있는 플럭스게이트
플럭스게이트 자력계의 인기 있는 설계 옵션 중 하나는 토로이달 코어가 있는 플럭스게이트( 링 코어 플럭스게이트) -

로드 플럭스게이트와 비교하여 이 디자인은 소음이 적다그리고 생성이 필요합니다 훨씬 낮은 기자력.

이 센서는 여자 권선, 코어를 포화 상태로 만들기에 충분한 진폭으로 교류 전류가 흐르는 토로이달 코어에 감겨 있으며, 권선 측정, 교류전압을 제거한 후 이를 분석하여 외부자기장을 측정한다.
측정 권선은 토로이드 코어 위에 감겨져 전체를 덮습니다(예: 특수 프레임).


이 설계는 원래의 플럭스게이트 설계와 유사합니다(두 번째 고조파에서 공진을 달성하기 위해 커패시터가 추가됨).

양성자 자력계의 응용
양성자 자력계는 고고학 연구에 널리 사용됩니다.
양성자 자력계는 Michael Crichton의 SF 소설 "Trapped in Time"에서 언급되었습니다. 타임라인") -
그는 발 너머를 가리켰다. 세 개의 무거운 노란색 하우징이 헬리콥터의 전면 지지대에 고정되었습니다. "현재 우리는 스테레오 지형 매퍼, 적외선, UV 및 사이드 스캔 레이더를 보유하고 있습니다." 크레이머는 뒤쪽 창문을 가리키며 뒤쪽 헬리콥터 아래에 매달려 있는 6피트 길이의 은색 튜브를 가리켰습니다. "그게 뭐죠?" “양성자 자력계.” "어-허. 그리고 그것은 무엇을 하는가?" "매설된 벽이나 세라믹, 금속을 나타낼 수 있는 우리 아래 땅에서 자기 이상 현상을 찾습니다."

세슘 자력계

양자 자력계의 한 유형은 광학 펌핑 기능을 갖춘 알칼리 금속 원자 자력계입니다.

세슘 자력계 G-858

오버하우저 자력계

고체 자력계

가장 접근하기 쉬운 것은 스마트폰에 내장된 자력계입니다. 을 위한 기계적 인조 인간 좋은 앱자력계를 사용하는 것은 . 이 애플리케이션의 페이지는 http://physics-toolbox-magnetometer.android.informer.com/입니다.

자력계 설정

플럭스게이트를 테스트하려면 다음을 사용할 수 있습니다. 헬름홀츠 코일은 거의 균일한 자기장을 생성하는 데 사용됩니다. 이상적으로는 서로 직렬로 연결되고 서로 회전 반경 거리에 위치한 두 개의 동일한 환형 회전을 나타냅니다. 일반적으로 헬름홀츠 코일은 특정 수만큼 감겨진 두 개의 코일로 구성되며 코일의 두께는 반경보다 훨씬 작아야 합니다. 실제 시스템에서 코일의 두께는 반경과 비슷할 수 있습니다. 따라서 우리는 헬름홀츠 링 시스템을 동축으로 위치한 두 개의 동일한 코일로 간주할 수 있으며, 중심 사이의 거리는 평균 반경과 거의 같습니다. 이 코일 시스템은 분할 솔레노이드라고도 합니다( 분할 솔레노이드).

시스템의 중심에는 균일한 자기장(링 반경의 1/3 부피로 시스템 중심의 자기장) 영역이 있습니다. 1% 이내의 동질성), 측정 목적, 자기 유도 센서 교정 등에 사용할 수 있습니다.

시스템 중심의 자기 유도는 $B = \mu _0\,(\left((4\over 5)\right) )^(3/2) \, (IN\over R)$,
여기서 $N$은 각 코일의 감은 수, $I$는 코일을 통과하는 전류, $R$는 코일의 평균 반경입니다.

헬름홀츠 코일은 지구 자기장을 보호하는 데에도 사용할 수 있습니다. 이렇게 하려면 서로 수직인 세 쌍의 링을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 그러면 방향이 중요하지 않습니다.

최근에는 자기장 측정 원리에 큰 변화가 없습니다. 자기탐사 분야에서는 자기공명현상, 원자의 광학적 배향 등에 기초한 방법이 확립되어 있으며, 플럭스게이트(Flux-Gate) 설치를 통해 암석의 자기특성 측정 및 우물관찰, 비정적 자력계 및 암석에 사용된다. 발전기는 잔류 자화를 측정하는 데 사용됩니다. 자력계와 같은 장치에 대해 더 자세히 살펴 보겠습니다.

자력계- 자기장의 특성과 물질(자성재료)의 자기적 성질을 측정하는 장치. 결정되는 값에 따라 측정 장비는 다음과 같이 구분됩니다. 전계 강도(Oerstedmeters), 자계 방향(경사계 및 경사계), 전계 기울기(경도계), 자기 유도(테슬라미터), 자속(Webermeters 또는 Fluxmeters), 보자력 (보자력계), 투자율(μ미터), 자화율(카파미터), 자기 모멘트.

좁은 의미에서 자력계는 자기장의 강도, 방향 및 기울기를 측정하는 도구입니다.

자력계의 가장 중요한 매개변수는 감도입니다. 동시에 이 매개변수를 공식화하고 모든 자력계에 대해 균일하게 만드는 것은 거의 불가능합니다. 자력계는 작동 원리뿐만 아니라 변환기 설계 및 신호 처리 기능도 다르기 때문입니다. 자력계의 경우 감도는 일반적으로 장치가 등록할 수 있는 자기장의 자기 유도 크기로 표시됩니다. 일반적으로 감도는 나노테슬라(nT) 1nT = (1E-9) T 단위로 측정됩니다.

지구의 자기장은 대략 35000nT(35μT)입니다. 이는 평균값입니다. 전 세계 여러 지역에서 35000nT(35μT)~60000nT(60μT) 범위에서 다양합니다. 따라서 강자성체를 찾는 작업은 지구의 자연 자기장을 배경으로 강자성체의 왜곡으로 인한 자기장의 증가를 감지하는 것입니다.

지구 자기장의 최소한의 변화나 강자성체에 의해 발생하는 왜곡을 기록할 수 있게 해주는 몇 가지 물리적 원리와 이를 기반으로 한 자기 계측 기기 유형이 있습니다. 최신 자력계의 감도는 작동 원리와 해결하려는 문제의 종류에 따라 0.01nT에서 1nT까지입니다.

자기장 특성의 절대값과 공간 또는 시간에서의 자기장의 상대적 변화를 측정하기 위한 자력계가 있습니다. 후자는 자기 변량계라고 불립니다. 자력계는 작동 조건, 마지막으로 작동의 기본이 되는 물리적 현상에 따라 분류됩니다.

플럭스게이트, 자기 유도, 홀 효과, 자기 저항, 양자(양성자)와 같은 다양한 작동 원리를 기반으로 하는 여러 유형의 자력계가 있습니다.

플럭스게이트 자기장 변환기에 대해 자세히 살펴보고 작동 원리, 설계 및 측정 기술을 고려해 보겠습니다.

철-니켈 합금(퍼멀로이)에서 높은 투자율 특성이 발견되면서 플럭스게이트 또는 플럭스 감지 자력계가 탄생하게 되었으며, 그 작동은 퍼멀로이 코어의 투자율이 퍼멀로이 코어에 반응하는 효과를 기반으로 합니다. 교류로 전원을 공급할 때 지구의 일정한 자기장이 작용하는 현상.

플럭스게이트 자기장 변환기 또는 플럭스게이트는 일정하고 천천히 변화하는 자기장과 그 기울기를 측정하고 표시하도록 설계되었습니다. 플럭스게이트의 작용은 서로 다른 주파수의 두 자기장의 영향으로 강자성체의 자기 상태 변화에 기초합니다. 인가되는 전압의 크기에 따라 플럭스게이트는 피크형 및 2차 고조파 원리로 작동할 수 있습니다. 2차 고조파 원리로 작동하는 장치가 더욱 널리 사용되고 있습니다(3).

강자성 프로브의 특징은 다음과 같습니다.

고감도 - 전력 구성요소가 변경될 때 장치가 등록할 수 있는 측정된 필드 요소의 최소 변화, 최상의 장치의 감도는 각도 값에 대해 1nT입니다. - 01초;

정확한(0.1%) 교정 가능성;

낮은 온도 계수, 0.01 nT/deg 미만. -20도에서 +50도 사이의 온도 범위에서 섭씨. 섭씨;

낮은 수준의 자체 소음;

작은 크기(10-20cm)와 무게(측정 단위 포함 1-2kg);

낮은 전력 소비(2).

그림에서. 그림 1은 플럭스게이트의 일부 설계 옵션을 개략적으로 보여줍니다.

쌀. 1

가장 간단한 버전의 플럭스게이트는 강자성 코어와 그 위에 위치한 두 개의 코일, 즉 교류로 구동되는 여기 코일과 측정(신호) 코일로 구성됩니다. 플럭스게이트 코어는 투자율이 높은 재료로 만들어졌습니다. 1 ~ 300 kHz 주파수의 교류 전압이 특수 발전기에서 여기 코일에 공급됩니다 (매개 변수 수준 및 장치 목적에 따라 다름). 측정된 자기장이 없는 경우 여기 코일의 전류에 의해 생성된 교류 자기장 H의 영향을 받는 코어는 대칭 주기로 재자화됩니다. 대칭 곡선을 따라 코어의 자화 반전으로 인해 발생하는 자기장의 변화는 고조파 법칙에 따라 신호 코일에 EMF를 유도합니다. 동시에 측정된 상수 또는 천천히 변화하는 자기장 Ho가 코어에 작용하면 자화 반전 곡선의 크기와 모양이 바뀌고 비대칭이 됩니다. 이 경우 신호 코일의 EMF 크기와 고조파 구성이 변경됩니다. 특히, EMF의 고조파 성분도 나타나며, 그 크기는 측정된 자기장의 강도에 비례하고 대칭 자화 반전 주기 동안에는 존재하지 않습니다.

플럭스게이트는 다음과 같이 나뉩니다:

단일 요소 막대(a)

오픈 코어 차동 (b)

닫힌(링) 코어가 있는 차동 장치(c).

일반적으로 차동 플럭스게이트(그림 b, c)는 홀수 고조파 성분이 실질적으로 보상되는 방식으로 연결된 권선이 있는 두 개의 코어로 구성됩니다. 이는 측정 장비를 단순화하고 플럭스게이트의 감도를 높입니다. Fluxgate 프로브는 자기장에 대한 민감도가 매우 높은 것이 특징입니다. 이 장치는 최대 10-4-10-5 A/m(~10-10-10-11 T) 강도의 자기장을 기록할 수 있습니다.

최신 플럭스게이트 디자인은 컴팩트합니다. 국내 G73 자력계에 장착된 플럭스게이트의 부피는 1cm 3 미만이며, G74 자력계용 3성분 플럭스게이트는 한 변이 15mm인 큐브에 들어맞는다.

그림의 예로서 그림 2는 소형 플럭스게이트 로드의 설계와 치수를 보여줍니다.

쌀. 2

플럭스게이트의 디자인은 매우 간단하며 필요하지 않습니다. 특별한 설명. 그 핵심은 퍼멀로이로 만들어졌습니다. 측정 권선과 여자 권선이 감겨 있는 코어 중앙 부분에서는 길이에 따라 단면적이 약 10배 감소합니다. 이 설계는 상대적으로 짧은 길이(30mm), 높은 투자율(1.5x105) 및 코어 중앙 부분의 낮은 포화 전계 강도 값을 제공하여 위상 및 시간 감도를 증가시킵니다. 플럭스게이트. 이로 인해 플럭스게이트 측정 권선의 출력 펄스 형태가 개선되어 시간-펄스 신호 생성 회로의 오류를 줄일 수 있습니다. 표준 설계의 플럭스게이트 변환기의 측정 범위는 ±50… / m (m x Hz1/2) 여기 필드에 따라 달라지며 후자가 증가함에 따라 감소합니다. 최대 0.5Hz의 주파수 대역에서는 잡음 밀도가 3~3.5배 더 높습니다. 링 플럭스게이트에 대한 실험적 연구에 따르면 소음 수준은 로드 코어가 있는 플럭스게이트의 소음 수준보다 훨씬 낮은 것으로 나타났습니다(3).