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

Ајде да изградиме векторски дијаграм на идеален трансформатор во мирување (сл. 15.34).

Магнетизирачка сила без оптоварување

Сега да го составиме еквивалентното коло на идеален трансформатор со неговото 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 вредност на која магнетниот тек ќе ја стекне својата почетна вредност и ќе се исполни равенката (15.35).

Така, појавата на струја во секундарното коло доведува до зголемување на струјата во примарното коло. Во натоварен трансформатор, магнетниот флукс во јадрото е еднаков на магнетниот тек во мирување, т.е. Секогаш Ф= конст. Кога се вчитува, магнетниот тек создадени под дејство на силите на магнетизирање на примарните и секундарните намотки:

Ајде да изградиме векторски дијаграм на идеален трансформатор под оптоварување (сл. 15.36).

Ќе го трансформираме еквивалентното коло на идеален трансформатор, за кој ќе се ослободиме од индуктивната спојка. Ако ги поврзете терминалите на намотките на трансформаторот со исто име едни со други, тогаш режимот на работа на трансформаторот нема да се промени.

Размислете прво за индуктивно поврзаните елементи, кои сега имаат заедничка точка. Коефициентот на спојување на два елементи во овој случај еднакво на еден, бидејќи целиот магнетен флукс е целосно поврзан со вртењата на примарните и секундарните намотки, т.е.

па 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 пронајденото, колото ја добива формата прикажана на сл. 15.37 В, а еквивалентно коло на идеален трансформатор е погледот прикажан на сл.15.38.

Ако сега ги земеме предвид активните и индуктивните отпори на расејување на двете намотки, тогаш за трансформатор со w 1 = w 2 , го добиваме еквивалентното коло прикажано на сл. 15.39.

Ги пишуваме равенките на примарните и секундарните кола на колото:

Ајде да изградиме дијаграм на векторско коло (сл. 15.40).

За мерење на мали константни и променливи магнетни полиња се користат феросонди 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.

При минување низ возбудното намотување на наизменична струја со синусоидална форма, магнетната состојба на јадрото ќе се промени по динамичка јамка на хистерезис, додека e се појавува во мерната намотка. d.s., која покрај основната фреквенција ќе содржи и повисоки непарни хармоници.

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

Ориз. 22. Шематски распоред 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 според асиметричен парцијален циклус. Ова се објаснува со фактот дека во насока на дејство на константното поле, ремагнетизирањето на јадрото ќе се случи при пониски вредности на наизменичното поле отколку во отсуство на постојано поле, а во спротивна насока, константата полето ќе спречи ремагнетизација. 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 покажува шематски распоред на една од мерните сонди, чиешто јадро е направено од магнетно мек материјал од вештачка легура. Јадрото се состои од дебели 20-50 плочи.Ако ист број на 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 распоред на магнетна сонда од типот на мост

Ориз. 24. Уред за сонда од типот на мост

Намотките се поврзани во серија. Мерната калем 3 се става на јадрото 1. Ако наизменична струја се протнува низ свиоците на намотката 2, тогаш нема да има во мерната намотка, бидејќи промените на магнетниот тек со текот на времето од секоја намотка 2 ќе да 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 намотката, ќе има прераспределба на магнетните текови во просторот помеѓу намотките 2, бидејќи константното поле ќе додаде нагоре со наизменични полиња, што резултира со електромоторна сила во мерниот калем 3. Ова е. д.с. ќе биде пропорционална на јачината на магнетното поле. Користејќи таква сонда, при фреквенција на наизменична струја од 103 Hz, може да се измерат магнетни полиња од редот

Моментално постојат магнетни сонди од типот на мост. Еден од овие мостови е прикажан на сл. 23. Мостот е исечен од лист магнетно мек материјал (сл. 24). Се составува од неколку листови, од кои едната половина се сече по должината, а другата половина преку тркалањето. Ова обезбедува оптимална магнетна униформност на краците на мостот и го подобрува магнетниот контакт на гранките. Сегментите се свиткани и поврзани едни со други 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 наизменична струја индустриски или

зголемена фреквенција. Магнетниот мост е во рамнотежа и без надворешно константно магнетно поле, не се појавува e во мерниот калем. д.с. Ако мостот е поставен во надворешно константно магнетно поле, тогаш рамнотежата на мостот е нарушена, во дијагоналата на мостот се појавува наизменичен магнетен тек, а во мерниот калем се појавува e.m. д.с. индукција, чија вредност ја одредува вредноста на јачината на надворешното поле. Максималната вредност е. 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 распоред на магнетна сонда со столбови

Да разгледаме високо чувствителен компензациски магнетометар 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 проверка 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 друг поле со позната големина и спротивна насока. Ова поле се создава со помош на калем со струја во која се наоѓа сондата 1. Компензирачкиот калем 3 се користи или во форма на конвенционален соленоид или во форма на затворен калем. Намотката од вториот тип се користи кога има феромагнетни материјали 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 компензирачкото поле 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 плочи чија големина се исечени по должината на валаниот материјал и се подложени на термичка обработка. На јадрата има возбудна намотка 4, која има 1400 вртења на жица со дијаметар и мерна намотка 3 од 400 вртења на жица

На ликвидацијата на возбудувањето се применува напон од 25 V на фреквенција од Hz. Струјата на побудување е 0,3 А. Под овие услови, поставувањето има најголема чувствителност. Пред да започнете со мерењата, сондата се прилагодува со поместување на јадрото во калемите Хелмхолц. Сигналот добиен на мерното намотување се засилува со дотеран резонантен засилувач, а потоа се напојува до фазниот дискриминатор. Отстапувањето на покажувачот на нултиот инструмент 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 - електромагнет, 3 - компензирачки калем, 4 - генератор, 5 - удвојувач на фреквенции, 6 - фазен дискриминатор, 7 - резонантен засилувач, 8 - индикаторски уред, компензација коло, коло за проверка на чувствителноста на уредот

Во трудот е претставена пресметка на оптималните услови за работа на сонда составена од две јадра од вечно 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 слободен ден д. д.с. втор хармоник. За да се пресмета ефективната вредност на амплитудата на овој хармоник, се користи следнава 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 магнетното својствата на материјалот и демагнетизирачкиот фактор.

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

каде е бројот на свиоци во намотката на возбудата.

Опишаната сонда има висока чувствителност ако се користи долго јадро.

Грабовски и Скоробогатов користеле феросонда за мерење на присилната сила.Нивната поставеност се состоела од две целосно идентични магнетизирачки намотки, меѓу кои имало феросонда со должина, ширина и дебелина. За да се измери силата на принуда, во една од намотките беше поставен магнетизиран примерок, додека магнетното поле на примерокот предизвика отстапување на покажувачот на уредот, кој беше поврзан со намотката на индикаторот што се наоѓа на флукспортата. Со поминување на директна струја низ магнетизирачките калеми, примерокот постепено се демагнетизираше. Во моментот кога покажувачот на индикаторскиот уред се вратил на нулта положба, се мери јачината на струјата во намотките и вредноста на силата на принуда била пресметана со формулата каде е константата на серпентина.

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

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

Во коерциметарот Јанус, феросондата има облик на рамка, на чии страни има две намотки: возбудување и мерење. Испитниот примерок се става во соленоидот така што неговите краеви излегуваат од соленоидот. Тие се во непосредна близина на железниот 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, мобилниот астатички систем беше заменет со феросонди, што овозможи да се елиминираат нула флуктуации. Феросондата се состои од две јадра изработени од вечна легура.Возбудните намотки се поврзани во серија така што магнетните текови на јадрата меѓусебно се затвораат. Мерните намотки на флукспортот се вклучуваат диференцијално, и без надворешно константно поле, збирот на индуцираната e. 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 на флуксгат се состои од два идентични соленоиди распоредени хоризонтално, еден под друг, од кои во едниот е сместен примерокот за тестирање. Диференцијалната флукспорта се наоѓа помеѓу овие соленоиди. Магнетните полиња на соленоидите без примерок меѓусебно се компензираат во волуменот каде што се наоѓа флукспортот.

За квалитативни мерења, подобро е да се користи астатички флукс-магнетометар. Во овој олицетворение, едната флукс-порта се наоѓа помеѓу соленоидите, а другата 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, можно е да се одреди 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 компензаторната намотка се пренесува струја, чие магнетно поле го компензира полето на магнетизираниот примерок во областа на локацијата на 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. едноставно колои брзиот процес на мерење се една од предностите на магнетометарот на флукспорт во однос на другите магнетометри, кои ќе бидат опишани во Поглавје V. Неодамна, некои типови магнетни сонди почнаа да се користат за проучување на магнетното поле во забрзувачите и спектрометрите. Во делата е достапен и описот на сондите.

Кај магнетометрите од овој тип, магнетно чувствителниот елемент е флукспорта, која се состои од две тенки и долги прачки од вештачка легура (легура на железо-никел е магнетно мек феромагнет), на која е намотана примарна (возбудлива) намотка во заемно спротивната страна. насока. Покрај тоа, двете јадра, заедно со примарното намотување, се покриени со секундарното (мерно) намотување (сл. 3.15 а). Меките магнетни феромагнети се карактеризираат со тоа што јамката за хистерезис за нив е толку тесна што може да се смета како една крива (сл. 3.15 б).

Ориз. 3.15. Принципот на работа на магнетометарот на флукспорт

втор хармоничен тип.

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 поминува струја со фреквенција w во секој полу-циклус, индукциските импулси во јадрата се насочени спротивно и се компензираат еден со друг (сл. 3.15 б). Затоа, вкупната индукција во просторот најблиску до јадрата е нула во секој момент од времето и сигналот не е индуциран во мерното намотување, т.е. исто така е еднакво на 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 спротивно, што е еквивалентно на поместување на индукцијата. на јадрата. Вкупната (вкупна B S) индукција во просторот на јадрата, собирајќи се, формира наизменичен магнетен тек кој се менува со фреквенција од 2w (сл. 3.15. б). Овој проток 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 се измери ова поле, потребно е само да се избере сигнал со фреквенција од 2w (800 Hz) со помош на филтер (F), да се засили со засилувач (U), да се одреди 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 јачината или индукцијата на магнетното поле. Таквата флуксгејт се нарекува „флукспорт од втор хармоничен тип“.

Корисна карактеристика на таквата феросонда 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 извршат таканаречените 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 мерењата да се вршат со висока точност.

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

Магнетометар дизајниран да ја мери индукцијата на магнетното поле. Магнетометарот користи референтно магнетно поле, кое овозможува преку одредени физички ефекти претворете го измереното магнетно поле во електричен сигнал.
Применетата примена на магнетометри за откривање масивни објекти од феромагнетни (најчесто, челични) материјали се заснова на локалното искривување на магнетното поле на Земјата од овие објекти. Предноста на користењето магнетометри во однос на традиционалните детектори за метал е поголем опсег на откривање.

Феросонда (векторски) магнетометри

Еден од типовите на магнетометри се . Ферозондот бил измислен од Фридрих Форстер ( )

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

Дизајн на феросонда

феросонда со една прачка

Наједноставната феросонда се состои од прачка од вештачки легура на која се поставува калем за побудување (( 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 принудна сила. 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 штитови, за јадра на импулсни трансформатори, магнетни засилувачи и бесконтактни релеи, за јадра на магнетни глави.
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 вредност служи како мерка за јачината на постојано магнетно поле. Овој напон се филтрира и мери.

феросонда со две прачки

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 за возбудување на сензорот L1И L3вклучени спротивното. мерна намотка L2намотани над возбудните намотки. Намотките за возбудување се напојуваат со фреквенција од 2 kHz од генератор со притискање со индуктивен повратни информации. Режимот на генератор се стабилизира со еднонасочна струјаразделувач на отпорници R8И R9.

феросонда со тороидално јадро
Една од популарните опции за дизајнирање на магнетометар на флукс-порта е флукспорт со тороидално јадро ( прстенесто јадро флукспорт) -

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

Овој сензор е побудување ликвидација, 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 (додаден 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 на Мајкл Крајтон „Заробени во времето“ (“ 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 истакна задното стакло, кон сребрената цевка долга 6 метри, која висеше под хеликоптерот одзади. 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

Атомските магнетометри на алкално-метал со оптичко пумпање се еден вид квантни магнетометри.

цезиум магнетометар G-858

Магнетометри со прекумерна потрошувачка

Магнетометри во цврста состојба

Најприфатливи 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/.

Прилагодување на магнетометри

За да го тестирате флукспортот, можете да го користите . Хелмхолцовите калеми се користат за производство на речиси еднообразно магнетно поле. Во идеален случај, тие се две идентични прстенести намотки поврзани едни со други во серија и лоцирани на растојание од радиусот на серпентина една од друга. Обично калемите Хелмхолц се состојат од две калеми, на кои се намотани одреден број вртења, а дебелината на серпентина мора да биде многу помала од нивниот радиус. Во реалните системи, дебелината на намотките може да се спореди со нивниот радиус. Така, како систем на Хелмхолцови прстени можеме да сметаме два идентични намотки наредени коаксијално, чие растојание помеѓу центрите е приближно еднакво на нивниот просечен радиус. Таквиот систем на намотки се нарекува и сплит соленоид ( сплит соленоид).

Во центарот на системот има зона на еднообразно магнетно поле (магнетното поле во центарот на системот е во волумен 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.

Исто така, Хелмхолцовите калеми може да се користат 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 и сл.. Како основа за определување на магнетните својства на карпите и набљудувањата во бунарите се користат и астатички магнетометри. и карпести генератори се користат за мерење на преостанатата 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, постојат уреди за мерење: јачина на поле (оерстедметри), насока на поле (инклинатори и деклинатори), градиент на поле (градиентометри), магнетна индукција (тесламетри), магнетен флукс (веберметри или флуксметри), принудна сила (коерциметри), магнетна пропустливост (му-метри), магнетна подложност (капа-метри), магнетен момент.

Во потесна смисла, магнетометрите се уреди 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, да се направи ист за сите магнетометри, и не само затоа што магнетометрите се разликуваат во принципот на работа, туку и во дизајнот на трансдукторите и функцијата за обработка на сигналот. За магнетометрите, вообичаено е да се означи чувствителноста со вредноста 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 околу 35000nT (35µT). Ова е просечна вредност - во различни делови на светот 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, зголемувањето на полето поради изобличувања 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, магнеторезистори, квантен (Протон).

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

Откривањето на својствата на високата магнетна пропустливост во легурите на железо-никел - пермалените легури доведе до создавање на магнетометри со флукс-порта или флукс-примач, чии сензори се засноваат на ефектот на реакцијата на магнетната пропустливост на јадрата од пермалум кон дејството на постојаното магнетно поле на Земјата кога тие се напојуваат со наизменична струја.

Трансдуцерот на магнетно поле со флукс-порта, или флукс-порта, е дизајниран да мери и означува постојани и бавно променливи магнетни полиња и нивните градиенти. Работата на феросондата 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, флукспортот може да работи на принципот на пик-тип и втор хармоник. Уредите кои работат на принципот на вториот хармоник станаа пошироко користени (3).

Феромагнетните сонди се карактеризираат со:

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

Можност за прецизна (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 само-шум;

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

Ниска потрошувачка на енергија (2).

На сл. 1 шематски прикажува некои варијанти на дизајни на феросонда.

Ориз. 1

Во наједноставната верзија, флукспортот се состои од феромагнетно јадро и две калеми лоцирани 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 побудување од специјален генератор (во зависност од нивото на параметрите и намената на уредот). Во отсуство на измерено магнетно поле, јадрото под дејство на наизменично магнетно поле H создадено од струја во намотката за возбудување повторно се магнетизира во симетричен циклус. Промената на магнетното поле, предизвикана од повторното магнетизирање на јадрото по симетрична крива, предизвикува EMF во сигналниот калем, кој се менува според хармонискиот закон. Ако мерлива константа или бавно променливо магнетно поле Ho делува на јадрото во исто време, тогаш кривата на обратна магнетизација ја менува својата големина и облик и станува асиметрична. Ова ја менува големината и хармоничниот состав на EMF во сигналниот серпентина. Особено, се појавуваат дури и хармонични ЕМП компоненти, чија големина е пропорционална на јачината на измереното поле и кои се отсутни во симетричниот циклус на ремагнетизација.

Феросонди се поделени на:

прачка со еден елемент (а)

диференцијал со отворено јадро (б)

диференцијал со затворено (прстенесто) јадро (в).

Диференцијалната флукспорта (слика б, в) обично 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. Феросондите се одликуваат со многу висока чувствителност на магнетно поле. Тие се способни да регистрираат магнетни полиња со интензитет до 10-4-10-5 A/m (~10-10-10-11 T).

Модерните дизајни на феросонди се компактни. Волуменот на феросондата испорачана со домашните магнетометри G73 е помал од 1 cm3, а трикомпонентната флукс-порта за магнетометарот G74 се вклопува во коцка со страна од 15 mm

Како пример, на сл. 2 ги прикажува дизајнот и димензиите на минијатурната флукспортна прачка.

Ориз. 2

Дизајнот на феросондата е прилично едноставен и не бара посебни објаснувања. Нејзиното јадро е направено од вечна легура. Има променлива на пресек по должина, која се намалува за околу 10 пати во централниот дел на јадрото, на кој се намотани мерната намотка и возбудната намотка. Со релативно кратка должина (30 mm), овој дизајн обезбедува висока магнетна пропустливост (1,5x105) и мала јачина на заситеното поле во централниот дел на јадрото, што доведува до зголемување на фазата и временската чувствителност на флукспортата. Поради ова, се подобрува и обликот на излезните импулси во мерното намотување на феросондата, што овозможува да се намалат грешките во колото за генерирање сигнал „време-пулс“. Опсегот на мерење на трансдукторите со феросонда со типичен дизајн е ±50… ±100 A/m (±0,06…±0,126 mT) m (m x Hz1/2) во зависност од полето на возбудување, што се намалува со зголемувањето на второто. Во фреквентниот опсег до 0,5 Hz, густината на бучавата е 3 - 3,5 пати поголема. Во една експериментална студија на прстенести феросонди, беше откриено дека нивното ниво на бучава е по ред пониско од она на феросондите со јадра на прачки (3).