Побарајте богатства и богатства: магнетометри - основни информации. Fluxgate магнетометри Магнетометар со феромагнетно јадро и три намотки

Ајде да конструираме векторски дијаграм на идеален трансформатор без оптоварување (сл. 15.34).

Магнетизирачка сила во мирување

Сега да подготвиме еквивалентно коло за идеален трансформатор под негово оптоварување (сл. 15.35).

Ако на приклучоците на секундарното намотување е поврзан товар со отпор З n, тогаш низ него ќе помине струја , што, пак, ќе има тенденција да го намали магнетниот тек , а тоа ќе доведе до намалување на емф. , како резултат на што струјата ќе се зголеми до таква вредност на која магнетниот тек ќе ја стекне својата првобитна вредност и ќе се исполни равенката (15.35).

Така, појавата на струја во секундарното коло доведува до зголемување на струјата во примарното коло. Во оптоварениот трансформатор, магнетниот флукс во јадрото е еднаков на магнетниот тек без оптоварување, т.е. Секогаш Ф= конст. Под оптоварување магнетен тек се создава под влијание на магнетизирачките сили на примарните и секундарните намотки:

Да конструираме векторски дијаграм на идеален трансформатор под оптоварување (сл. 15.36).

Да го трансформираме еквивалентното коло на идеален трансформатор, за кој ќе се ослободиме од индуктивната спојка. Ако ги поврзете истите терминали на намотките на трансформаторот едни со други, режимот на работа на трансформаторот нема да се промени.

Најпрво да ги разгледаме индуктивно поврзаните елементи, кои сега имаат заедничка точка. Коефициентот на спојување на два елементи во овој случај еднакво на еден, бидејќи целиот магнетен тек е целосно испреплетен со вртењата на примарните и секундарните намотки, т.е.

затоа, со оглед на тоа w 1 = w 2, наоѓаме:

Сега да замениме дел од колото со индуктивно споени елементи со заедничка точка (сл. 15.37 А) на еквивалентно коло без индуктивна спојка (сл. 15.37 б).

;

;

Земајќи го предвид она што е пронајдено, колото ја добива формата прикажана на сл. 15.37 В, а еквивалентно коло на идеален трансформатор е типот прикажан на сл. 15.38.

Ако сега се земе предвид активната и индуктивната отпорност на истекување на двете намотки, тогаш за трансформатор во кој w 1 = w 2, го добиваме еквивалентното коло прикажано на сл. 15.39.

Да ги запишеме равенките на примарните и секундарните кола на колото:

Да конструираме векторски дијаграм на колото (сл. 15.40).

За мерење на мали константни и наизменични магнетни полиња се користат флукспорти, кои во наједноставна форма се прачки направени од мек магнетен материјал и имаат две намотки, од кои едната создава привремен магнетен тек, а другата е мерна.

Кога наизменична струја со синусоидална форма поминува низ возбудната намотка, магнетната состојба на јадрото ќе се промени долж динамичната јамка на хистерезис и на пр., ќе се појави во мерната намотка. d.s., која покрај основната фреквенција ќе содржи и повисоки непарни хармоници.

Ориз. 21. Шематски дијаграмбалистичка инсталација: електромагнет, мерна намотка, балистички галванометар, примарни и секундарни намотки на референтната намотка, прекинувачи, клуч, реостат систем, А - амперметар

Ориз. 22. Шематски дизајн на мерната сонда

Ако таквата сонда се стави во постојано магнетно поле, насочено на ист начин како и наизменичното поле долж оската на јадрото, тогаш магнетната состојба на јадрото веќе ќе се промени во асиметричен приватен циклус. Ова се објаснува со фактот дека во насока на дејство на константно поле, магнетизирачкиот пресврт на јадрото ќе се случи при пониски вредности на наизменичното поле отколку во отсуство на постојано поле, а во спротивна насока, константна полето ќе спречи враќање на магнетизацијата. Во овој случај, во кривата e. д.с. Заедно со непарните хармоници, ќе се појават парни, главно втори хармоници. Излегува дека вредноста на е. д.с. ова

хармониците се пропорционални на јачината на магнетното поле. По големина е. d.s., пропорционално на овој хармоник, и измерете ја јачината на полето.

На сл. 22 е прикажан шематски дизајн на една од мерните сонди, чиешто јадро е направено од мек магнетен материјал од вечна легура. Јадрото е составено од 20-50 плочи дебели.Ако ист број вртења на една жица се намотани од двете страни на јадрото во спротивни насоки, тогаш магнетните текови создадени од секое намотување ќе бидат еднакви.

Ориз. 23. Шематски дизајн на магнетна сонда од типот на мост

Ориз. 24. До уредот со сонда од типот мост

Намотките се поврзани едни со други во серија. Мерниот калем 3 е поставен на јадрото 1. Ако наизменична струја се протнува низ свиоците на намотката 2, тогаш тоа нема да се појави во мерната калем, бидејќи промените во магнетниот тек со текот на времето од секоја намотка 2 ќе бидат еднакви и спротивставени во насока. Кога јадрото е поставено во постојано еднообразно поле, кое е насочено нормално на рамнината на пресекот на намотките и серпентина, ќе се појави прераспределба на магнетните текови во просторот помеѓу намотките 2, бидејќи постојаното поле ќе се додаде на наизменично полиња, како резултат на што ќе се појави електромоторна сила во мерниот калем 3. Ова е. д.с. ќе биде пропорционална на јачината на магнетното поле. Со помош на таква сонда, при фреквенција на наизменична струја од 103 Hz, можно е да се измерат магнетни полиња од редот на

Во моментов има магнетни сонди од типот на мост. Еден од овие мостови е прикажан на сл. 23. Мостот е исечен од мек магнетен материјал (сл. 24). Се составува од неколку листови, од кои едната половина се сече по должина, а другата половина преку тркалањето. Ова обезбедува оптимална магнетна униформност на краците на мостот и го подобрува магнетниот контакт на краците. Сегментите се превиткуваат и се поврзуваат еден со друг така што се формира втора дијагонала на мостот. Калемите 1 и 2 се наоѓаат на дијагоналите на мостот и која било од нив може да биде или мерна или возбудлива. Намотувањето на намотката за возбудување се напојува со индустриски или

зголемена фреквенција. Магнетниот мост е во рамнотежа и без надворешно константно магнетно поле, не се јавува емисија во мерниот калем. д.с. Ако мостот е поставен во надворешно константно магнетно поле, тогаш рамнотежата на мостот е нарушена, ќе се појави наизменичен магнетен тек во дијагоналата на мостот и ќе се појави емисија во мерниот калем. д.с. индукција, чија големина ја одредува вредноста на јачината на надворешното поле. Максимална вредност e. д.с. се јавува во мерниот калем ако надворешното поле е насочено паралелно со две спротивни гранки на мостот. За да се зголеми чувствителноста, понекогаш се прави магнетен мост со столбови (сл. 25).

Ориз. 25. Шематски дизајн на магнетна сонда со столбови

Да разгледаме високочувствителен магнетометар за компензација за мерење на јачината на магнетното поле до , каде што се користи магнетно заситена сонда. Шематскиот дијаграм на магнетометарот и делот на магнетно заситената сонда се прикажани на сл. 26 и 27.

Колото на магнетометарот се состои од коло за возбудување и сигнал, коло за компензација и коло за тестирање на чувствителноста на уредот

Колото за возбудување и сигнал вклучува генератор 4, удвојувач на фреквенција 5, фазен дискриминатор 6, резонантен засилувач 7 и индикаторски уред 8. За да се зголеми чувствителноста, уредот користи метод на мерење на компензација, во кој измереното поле на соленоидот 2 се компензира со друго поле со позната големина и спротивна насока. Ова поле е создадено од струјно-носечки калем во кој се наоѓа сондата 1. Компензационата калем 3 се користи или во форма на конвенционален соленоид или во форма на затворена намотка. Вториот тип на калем се користи кога феромагнетните материјали се наоѓаат во близина на магнетометарот.

Компензацијата може да се изврши и со помош на струја што се пренесува низ мерната намотка на примерокот. Во овој случај, димензиите на мерната глава се значително намалени, но униформноста на полето за компензација се влошува. За напојување на колото за компензација, користете батерии на полнењеголем капацитет. Магнетно заситената сонда се состои од две јадра 6 изработени од пермали од молибден. Јадрата се собираат од чинии со големина кои се сечат по должината на валаниот материјал и се подложени на термичка обработка. На јадрата има возбудна намотка 4 со 1400 вртења на жица во дијаметар и мерна намотка 3 со 400 вртења на жица

Напон од 25 V Hz се испорачува на намотката за возбудување. Струјата на побудување е 0,3 А. Под овие услови, инсталацијата има најголема чувствителност. Пред да започнете со мерењата, сондата се прилагодува со поместување на јадрото во намотките Хелмхолц. Сигналот добиен на мерното намотување се засилува со дотеран резонантен засилувач и потоа се напојува до фазен дискриминатор. Отстапувањето на покажувачот на нултиот уред за 2-3 поделби одговара на јачината на магнетното поле Опишаниот магнетометар е стабилен во работа и неговиот режим е практично независен од промените во надворешните услови (температура, механички вибрации итн.).

Ориз. 26. Шематски дијаграм на магнетометар со магнетна сонда: 1 - сонда, 2 - соленоид, 3 - компензирачки калем, 4 - генератор, 5 - дуплатор на фреквенции, 6 - фазен дискриминатор, 7 - резистивен засилувач, 8 - индикаторски уред, компензација коло, коло за проверка на чувствителноста на уредот

Работата дава пресметка на оптималните услови за работа на сонда составена од две јадра од вештачки легура со димензии 0,18X1,75X100.Побудната намотка е намотана од жица со должина од 350 вртења.Мерната намотка се состои од 1500 вртења на жица. на излезот од инсталацијата се вклучува волтметар кој го запишува само вредносниот ден д. д.с. втор хармоник. За да ја пресметате ефективната вредност на амплитудата на оваа хармоника, користете ја следната формула:

каде е надворешното измерено магнетно поле, чувствителноста на сондата на надворешното поле во вториот хармоник. Последната вредност се одредува со формулата

каде што бројот на вртења на мерната намотка, површината на пресекот на јадрата, е фреквенцијата на наизменичната струја што ги снабдува намотките на возбудувањето, коефициентот што ја зема предвид дисипацијата на флуксот е одредена константа, во зависност од магнетната својствата на материјалот и демагнетизирачкиот фактор.

Чувствителноста се одредува при оптималната вредност на струјата на пристрасност, чија јачина се пресметува со помош на формулата

каде е бројот на вртења во намотувањето на полето.

Опишаната сонда има висока чувствителност ако се користи долго јадро.

Грабовски и Скоробогатов користеле пермалена флукс-порта за да ја измерат силата на принуда.Нивната инсталација се состоела од две целосно идентични магнетизирачки калеми, меѓу кои се наоѓала флукспорт со должина, ширина и дебелина. Низ намотките се пропушта струја во таков правец што во просторот окупиран од флукспортата, магнетните полиња на намотките беа меѓусебно компензирани. За да се измери силата на принуда, во една од намотките беше поставен магнетизиран примерок, а магнетното поле на примерокот предизвика отклонување на иглата на уредот, која беше вклучена во намотката на индикаторот лоцирана на флукспортот. Со поминување на директна струја низ магнетизирачките калеми, примерокот постепено се демагнетизираше. Во моментот кога иглата на индикаторскиот уред се врати во нулта положба, беше измерена јачината на струјата во намотките и вредноста на силата на принуда беше пресметана со формулата каде е константата на серпентина.

Ориз. 27. (види скенирање) Пресек на магнетна сонда: 1 - ливчиња со струја, 2 - тело, 3 - мерно намотување, 4 - возбудливо намотување, 5 - рамка, 6 - јадро, 7 - изолациски заптивка

Користејќи го опишаниот терциметар, можете брзо да измерите со точност од 2-3%.

Во терциметарот Јанус, флукспортата има форма на рамка, на чии страни има две намотки: побудување и мерење. Испитниот примерок се става во соленоидот така што неговите краеви излегуваат од соленоидот. Тие се во непосредна близина на железен јарем, чиј среден дел е затворен со јадрото на флукспортата.

Дрожжина и Фридман предложија флуксгејт

магнетометар за проучување на магнетните својства на меките магнетни материјали. Во нивниот магнетометар, подвижниот астатички систем беше заменет со флукспорти, што овозможи да се елиминираат нула флуктуации. Флукспортата се состои од две јадра изработени од вечна легура.Намотките на полето се поврзани во серија така што магнетните текови на јадрата се меѓусебно затворени. Мерните намотки на флукспортата се поврзани диференцијално, а без надворешно константно поле збирот на индуцираните пр. д.с. во овие намотки е нула. Во присуство на постојано магнетно поле во е. д.с. се појавуваат дури и хармоници, чија големина го одредува ова поле.

Магнетометарот со флукс-порта се состои од два идентични соленоиди лоцирани хоризонтално еден под друг, од кои во едниот е сместен примерокот што се испитува. Диференцијалната флукспорта се наоѓа помеѓу овие соленоиди. Магнетните полиња на соленоидите без примерок меѓусебно се компензираат во волуменот каде што се наоѓа флукспортот.

За висококвалитетни мерења, подобро е да се користи астатички магнетометар со флукспорт. Во овој олицетворение, едната флуксна врата се наоѓа помеѓу соленоидите, а другата е на растојание од првата во паралелна хоризонтална рамнина. Намотките на овие флукспорти се поврзани во серија еден кон друг.

Со помош на магнетометар со флукспорт, можете да ја одредите кривата на магнетизација, јамката на хистерезис и силата на принуда на меките магнетни материјали. Кривата на магнетизација и јамката на хистерезис се мерат со методот на компензација. За таа цел, низ компензациската намотка се пренесува струја, чие магнетно поле го компензира полето на магнетизираниот примерок во областа каде што се наоѓа сондата. За да ја измерите силата на принуда, треба да го магнетизирате примерокот, а потоа, со зголемување на полето за демагнетизирање, да ги намалите читањата на индикаторскиот уред на нула. Едноставна шемаи брзиот процес на мерење се една од предностите на магнетометарот со флукс-порта во однос на другите магнетометри, кои ќе бидат опишани во Поглавје V. Неодамна, некои видови магнетни сонди почнаа да се користат за проучување на магнетното поле во забрзувачите и спектрометрите. Во делата е достапен и опис на сондите.

Во магнетометрите од овој тип, магнетно осетливиот елемент е флукспорт, кој се состои од две тенки и долги шипки направени од вечна легура (легура на железо-никел - мека магнетна феромагнет), на која се намотува примарното (возбудливо) намотување во спротивна насока. Покрај тоа, двете јадра, заедно со примарното намотување, се покриени со секундарна (мерна) намотка (сл. 3.15 а). Меките магнетни феромагнети се карактеризираат со тоа што јамката на хистерезис за нив е толку тесна што може да се смета како една крива (сл. 3.15 б).

Ориз. 3.15. Принцип на работа на магнетометар со флукспорт

тип на втор хармоник.

Принципот на работа на флукспортот е како што следува. Со користење на надворешен изворНиз примарното (возбудливо) намотување се пренесува струја со фреквенција w (најчесто 400 Hz). Ако нема надворешно магнетно поле, тогаш почетната магнетизација на јадрата е нула. Кога ќе помине струја со фреквенција w во секој полу-циклус, индукциските импулси во јадрата се насочени во спротивна насока и се компензираат едни со други (сл. 3.15 б). Според тоа, вкупната индукција во просторот најблиску до јадрата во секој момент од времето е нула и сигналот не е индуциран во мерното намотување, т.е. е исто така нула.

Кога се појавува надворешно поле Т (кое мора да се мери) во секој полу-циклус, ова поле се совпаѓа со индукцијата на едно од јадрата, а индукцијата на другото јадро е насочена во спротивна насока, што е еквивалентно на поместување во индукцијата на јадрата. Вкупната (вкупна B S) индукција во просторот во близина на јадрата, собирајќи се, формира наизменичен магнетен тек, кој се менува со фреквенција од 2w (сл. 3.15. б). Овој флукс предизвикува електричен сигнал во мерното намотување со фреквенција од 2w и амплитуда пропорционална на „поместувањето“ на индукцијата во намотките - надворешното магнетизирачко поле Т.

За да го измерите ова поле, треба само да изберете сигнал со фреквенција од 2w (800 Hz) со помош на филтер (F), да го засилите со засилувач (U), да го одредите знакот на полето (фаза) со фаза- чувствителен детектор (PSD) и измерете ја неговата амплитуда со метар (I). Во овој случај, уредот што ја мери амплитудата на сигналот може да се калибрира во единици на јачина на магнетно поле или индукција. Таквата флуксгејт се нарекува „флукспорт од втор хармоничен тип“.

Корисна карактеристика на таквата флукс-порта за магнетни истражувања е тоа што може да ја измери компонентата на јачината на магнетното поле насочена долж оската на сондата. Односно, ако полето Т е насочено нормално на јадрата, тогаш нема да има „поместување“ на индукција во намотките и нема да има сигнал во секундарното намотување.

Оваа карактеристика овозможува да се спроведат таканаречени мерења на компоненти (т.е. мерења на три компоненти по должината на оските) на индукцијата на магнетното поле, што е една од предностите на методот. Недостаток на методот е присуството на нулта поместување на уредот, што, дури и со висок праг на чувствителност на уредот од 1 nT, не дозволува мерења со висока точност.

Флукспортот има и други имиња: сонда за магнетна сатурација, сензор за магнетна модулација (MMD). Во странската литература се нарекува флукс - датум (флукс порта) - проток-поминување.

Магнетометар дизајниран за мерење на индукција на магнетно поле. Магнетометарот користи референтно магнетно поле, кое овозможува, преку одредени физички ефекти, претворете го измереното магнетно поле во електричен сигнал.
Применетата употреба на магнетометри за откривање масивни објекти направени од феромагнетни (најчесто челични) материјали се заснова на локалното искривување на магнетното поле на Земјата од овие објекти. Предноста на користењето магнетометри во споредба со традиционалните детектори за метал е тоа подолг опсег на откривање.

Fluxgate (векторски) магнетометри

Еден тип на магнетометри е . Флуксгејт беше измислен од Фридрих Форстер ( )

Во 1937 година и служи за утврдување вектор за индукција на магнетно поле.

Дизајн на флуксгејт

една прачка fluxgate

Наједноставната флукс-порта се состои од прачка од вештачки легура на која се поставува калем за возбудување (( погонски калем), се напојува со наизменична струја и мерна калем ( калем на детектор).

Пермалој- легура со меки магнетни својства, составена од железо и 45-82% никел. Permalloy има висока магнетна пропустливост (максимална релативна магнетна пропустливост ~ 100.000) и мала принудност. Популарен бренд на пермали за производство на флукспорти е 80НХС - 80% никел + хром и силициум со индукција на сатурација од 0,65-0,75 Т, што се користи за јадра на трансформатори со мала големина, пригушници и релеи кои работат во слаби полиња на магнетни екрани, за јадра на импулсни трансформатори, магнетни засилувачи и бесконтактни релеи, за магнетни јадра за глава.
Зависноста на релативната магнетна пропустливост од јачината на полето за некои сорти на пермали има форма -

Ако на јадрото се примени константно магнетно поле, тогаш во мерниот калем се појавува напон дурихармоници, чија големина служи како мерка за јачината на постојано магнетно поле. Овој напон се филтрира и мери.

двојна прачка fluxgate

Пример е уредот опишан во книгата Каралиса В.Н. "Електронски колаво индустријата“ -



Уредот е дизајниран за мерење на константни магнетни полиња во опсег од 0,001 ... 0,5 oersted.
Намотки на сензорското поле L1И L3вклучен бројач. Мерење ликвидација L2намотани над намотките на теренот. Намотките за возбудување се напојуваат со струјна фреквенција од 2 kHz од генератор со притискање со индуктивен повратни информации. Режимот на генератор се стабилизира со DCразделувач на отпорници R8И R9.

флукспорт со тороидално јадро
Една од популарните опции за дизајн на магнетометар со флукспорт е флукспорт со тороидално јадро ( прстенесто јадро fluxgate) -

Во споредба со прачка fluxgates, овој дизајн има помалку бучаваи бара создавање многу помала магнетомоторна сила.

Овој сензор е намотување на побудување, намотана на тороидално јадро, низ кое тече наизменична струја со амплитуда доволна да го доведе јадрото во заситеност, и мерна намотка, од кој се отстранува наизменичниот напон кој се анализира за мерење на надворешното магнетно поле.
Мерната намотка е намотана преку тороидалното јадро, покривајќи го целосно (на пример, на специјална рамка) -


Овој дизајн е сличен на оригиналниот дизајн на флукспорт (се додава кондензатор за да се постигне резонанца на вториот хармоник) -

Примени на протонски магнетометри
Протонските магнетометри се широко користени во археолошките истражувања.
Протонскиот магнетометар се споменува во научно-фантастичниот роман „Заробени во времето“ од Мајкл Крајтон. Времеплов") -
Тој покажа покрај неговите стапала. Три тешки жолти куќишта беа прицврстени на предните потпори на хеликоптерот. „Во моментов носиме стерео мапери на теренот, инфрацрвена, УВ и радар за странично скенирање“. Крамер го покажа задното стакло, кон една сребрена цевка долга 6 метри, која висеше под хеликоптерот одзади. „А што е тоа? „Протонски магнетометар“. "Ух-а. И што прави?" „Бара магнетни аномалии во земјата под нас што може да укажуваат на закопани ѕидови, или керамика или метал“.

Цезиумски магнетометри

Еден вид квантни магнетометри се атомски магнетометри од алкален метал со оптичко пумпање.

цезиум магнетометар G-858

Магнетометри со прекумерна потрошувачка

Магнетометри во цврста состојба

Најдостапни се магнетометри вградени во паметните телефони. За Андроид добра апликацијакористење на магнетометар е . Страницата за оваа апликација е http://physics-toolbox-magnetometer.android.informer.com/.

Поставување магнетометри

За да го тестирате флукспортот можете да го користите. Хелмхолцовите калеми се користат за производство на речиси еднообразно магнетно поле. Идеално, тие претставуваат две идентични прстенести кривини поврзани едни со други во серија и лоцирани на растојание од радиус на вртење едни од други. Вообичаено, намотките на Хелмхолц се состојат од две калеми на кои се намотани одреден број вртења, а дебелината на серпентина треба да биде многу помала од нивниот радиус. Во реалните системи, дебелината на намотките може да се спореди со нивниот радиус. Така, можеме да сметаме дека системот на прстени на Хелмхолц се две коаксијално лоцирани идентични намотки, чие растојание помеѓу центрите е приближно еднакво на нивниот просечен радиус. Овој систем на намотки се нарекува и сплит соленоид ( сплит соленоид).

Во центарот на системот има зона на еднообразно магнетно поле (магнетно поле во центарот на системот во волумен од 1/3 од радиусот на прстените хомогена во рок од 1%), кој може да се користи за мерни цели, за калибрирање на сензори за магнетна индукција итн.

Магнетната индукција во центарот на системот е дефинирана како $B = \mu _0\,(\лево((4\над 5)\десно) )^(3/2) \, (IN\над R)$,
каде што $N$ е бројот на вртења во секоја намотка, $I$ е струјата низ намотките, $R$ е просечниот радиус на серпентина.

Хелмхолцовите калеми може да се користат и за заштита на магнетното поле на Земјата. За да го направите ова, најдобро е да користите три меѓусебно нормални парови прстени, тогаш нивната ориентација не е важна.

Неодамна, нема значајни промени во принципите на мерење на магнетното поле. Во областа на магнетните испитувања се воспоставени методи засновани на феноменот на магнетна резонанца, оптичка ориентација на атомите итн.. Инсталации со флукс-порта се користат за одредување на магнетните својства на карпите и набљудувањата во бунарите и астатички магнетометри и карпи генераторите се користат за мерење на реманентната магнетизација. Дозволете ни да се задржиме подетално на таков уред како магнетометар.

Магнетометар- уред за мерење на карактеристиките на магнетното поле и магнетните својства на супстанциите (магнетни материјали). Во зависност од вредноста што се одредува, инструментите се разликуваат за мерење: јачина на поле (оерстедметри), насока на поле (инклинатори и деклинатори), градиент на поле (градиентометри), магнетна индукција (тесламетри), магнетен тек (веберметри или флуксметри), сила на принуда. (коерциметри), магнетна пропустливост (му-метри), магнетна подложност (капа-метри), магнетен момент.

Во потесна смисла, магнетометрите се инструменти за мерење на јачината, насоката и градиентот на магнетното поле.

Најважниот параметар на магнетометарот е неговата чувствителност. Во исто време, речиси е невозможно да се формализира овој параметар и да се направи униформа за сите магнетометри, и не само затоа што магнетометрите се разликуваат во принципот на работа, туку и во дизајнот на конверторите и функцијата на обработка на сигналот. За магнетометрите, чувствителноста обично се означува со големината на магнетната индукција на полето што уредот може да го регистрира. Типично, чувствителноста се мери во нанотесла (nT) 1nT = (1E-9) T.

Полето на Земјата е приближно 35000nT (35µT). Ова е просечна вредност - во различни делови на земјината топка варира во опсег од 35000nT (35µT) - 60000nT (60µT). Така, задачата за пребарување на феромагнетни објекти е да се открие, наспроти позадината на природното поле на Земјата, зголемување на полето предизвикано од нарушувања од феромагнетни објекти.

Постојат неколку физички принципи и типови на магнетометриски инструменти засновани на нив кои овозможуваат снимање на минимални промени во магнетното поле на Земјата или изобличувања воведени од феромагнетни објекти. Современите магнетометри имаат чувствителност од 0,01nT до 1nT, во зависност од принципот на работа и класата на проблеми што се решаваат.

Постојат магнетометри за мерење на апсолутните вредности на карактеристиките на полето и релативните промени на полето во просторот или времето. Последните се нарекуваат магнетни вариометри. Магнетометрите исто така се класифицираат според условите за работа и, конечно, во согласност со физичките феномени кои лежат во основата на нивната работа.

Постојат неколку типови на магнетометри засновани на различни принципи на работа, како што се: флукс-порта, магнетоиндуктивен, ефект на Хол, магнеторезистивен, квантен (Протон).

Дозволете ни да се задржиме во детали за конверторите на магнетното поле на флукспорт, да го разгледаме нивниот принцип на работа, дизајн и технологија на мерење.

Откривањето на својствата на висока магнетна пропустливост во легурите на железо-никел - пермалените легури доведе до создавање на флукс-порта или магнетометри со сензори за флукс, чија работа сензорите се засноваат на ефектот на реакцијата на магнетната пропустливост на јадрата од пермалоли на дејство на постојаното магнетно поле на Земјата кога се напојува со наизменична струја.

Трансдуцерот на магнетното поле на флукспорт, или флуксгејт, е дизајниран да мери и означува постојани и бавно променливи магнетни полиња и нивните градиенти. Дејството на флукспортот се заснова на промена на магнетната состојба на феромагнет под влијание на две магнетни полиња со различни фреквенции. Во зависност од големината на применетиот напон, флукспортата може да работи според принципите на врвниот и вториот хармоничен. Уредите кои работат на вториот хармоничен принцип станаа пошироко користени(3).

Феромагнетните сонди се карактеризираат со:

Висока чувствителност - минималната промена во измерениот елемент на полето што уредот може да ја регистрира кога се менува компонентата за напојување; чувствителноста на најдобрите уреди е 1 nT, за аголна вредност - 01 сек;

Можност за точна (0,1%) калибрација;

Низок температурен коефициент, помал од 0,01 nT/deg. Целзиусови во температурен опсег од -20 до +50 степени. Целзиусови;

Ниско ниво на сопствен шум;

Мали по големина (10-20 см) и тежина (1-2 кг со мерна единица);

Ниска потрошувачка на енергија (2).

На сл. Слика 1 шематски прикажува некои опции за дизајн за флукспорти.

Ориз. 1

Во својата наједноставна верзија, флукспортот се состои од феромагнетно јадро и две намотки сместени на него: калем за побудување напојуван со наизменична струја и мерна (сигнална) калем. Јадрото на флукспортот е направено од материјали со висока магнетна пропустливост. Наизменичен напон со фреквенција од 1 до 300 kHz се доставува до серпентина за возбудување од специјален генератор (во зависност од нивото на параметрите и намената на уредот). Во отсуство на измерено магнетно поле, јадрото, под влијание на наизменичното магнетно поле H создадено од струјата во намотката за возбудување, повторно се магнетизира во симетричен циклус. Промената на магнетното поле предизвикана од превртувањето на магнетизацијата на јадрото долж симетричната крива индуцира EMF во сигналната калем што варира според хармонискиот закон. Ако во исто време на јадрото делува измерена константа или бавно променливо магнетно поле Ho, тогаш кривата на обратна магнетизација ја менува својата големина и форма и станува асиметрична. Во овој случај, големината и хармоничниот состав на ЕМП во сигналната серпентина се менуваат. Особено, се појавуваат дури и хармонични компоненти на ЕМП, чија големина е пропорционална на јачината на измереното поле и кои се отсутни за време на циклусот на пресврт на симетрична магнетизација.

Fluxgates се поделени на:

едноелементна прачка (а)

диференцијал со отворено јадро (б)

диференцијал со затворено (прстенесто) јадро (в).

Диференцијалната флукспорта (слика б, в), по правило, се состои од две јадра со намотки кои се поврзани на таков начин што непарните хармонички компоненти практично се компензираат. Ова ја поедноставува мерната опрема и ја зголемува чувствителноста на флукспортата. Fluxgate сонди се карактеризираат со многу висока чувствителност на магнетни полиња. Тие се способни да снимаат магнетни полиња со јачина до 10-4-10-5 A/m (~10-10-10-11 T).

Модерните дизајни на флукспорти се компактни. Волуменот на флукспортот со кој се опремени домашните магнетометри G73 е помал од 1 cm 3, а трикомпонентниот флукспорт за магнетометарот G74 се вклопува во коцка со страна од 15 mm

Како пример на сл. Слика 2 ги прикажува дизајнот и димензиите на минијатурната шипка со флукспорт.

Ориз. 2

Дизајнот на флукспортот е прилично едноставен и не бара посебни објаснувања. Нејзиното јадро е направено од вечна легура. Има пресек кој варира по должината, се намалува за приближно 10 пати во централниот дел на јадрото, на кој се намотани мерната намотка и возбудната намотка. Овој дизајн обезбедува, со релативно кратка должина (30 mm), висока магнетна пропустливост (1,5x105) и мала вредност на јачината на заситеното поле во централниот дел на јадрото, што доведува до зголемување на фазата и временската чувствителност на флукспортата. Поради ова, обликот на излезните импулси во мерното намотување на флукспортот е подобрен, што овозможува да се намалат грешките во колото за генерирање на сигнал со време-пулс. Опсегот на мерење на флуксгејт конвертори со стандарден дизајн е ±50… ±100 A/m (±0,06… ±0,126 mT) Густината на магнетниот шум во фреквентниот опсег до 0,1 Hz за флукспорти со јадра со шипки е 30 - 40 μA / m (m x Hz1/2) во зависност од полето на побудување, се намалува како што второто се зголемува. Во фреквентниот опсег до 0,5 Hz, густината на бучавата е 3 - 3,5 пати поголема. Експериментална студија на прстенести флукспорти откри дека нивното ниво на бучава е по ред пониско од она на флукспортите со јадра на прачки (3).