Устройство для измерения напряженности магнитного поля

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - расширение диапазона рабочих частот при одновременном повышении чувствительности . Устройство содержит измерительную катушку 1, стержневой концентратор 2 с отверстием, гальванометрический преобразователь 3, усилитель 4 напряжения, преобразователь 5 ток - напряжение, выходную шину 6. Введение преобразователя ток - напряжение и стержневого концентра,тора позволяет расширить диапазон рабочих частот при одновременном повьш1ении чувствительности. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„! 456921 A 1

1 5ц 4 G 01 R 33/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР, (21) 4104521/24-21 (22) 30.05.86 (46) 07.02 ° 89. Бюл. М 5 (71) Московский авиационный технологический институт им. К.Э. Циолков. ского (72) С.В. Аленин, Э.Ф. Веселков и В.Э. Капитонов (53) 621. 317. 44 (088. 8)

- (56) Авторское свидетельство СССР

У 494709, кл. G 01 R 33/06, 1975.

Авторское свидетельство СССР

У 720382, кл. С 01 R 33/06, 1980 ° (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯ- .

ЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения— расширение диапазона рабочих частот при одновременном повышении чувствительности. Устройство содержит измерительную катушку 1, стержневой концентратор 2 с отверстием, гальванометрический преобразователь 3, усилитель 4 напряжения, преобразователь 5 ток — напряжение, выходную шину 6. Введение преобразователя ток — напряжение и стержневого концентра тора позволяет расширить диапазон рабочих частот при одновременном повышении чувствительности. 1 ил.

1456921

Изобретение относится к измери- тельной технике и предназначено для измерительного контроля электромагнитной обстановки в производственных помещениях.

Цель изобретения — расширение диапазона рабочих частот при одновременном увеличении чувствительности.

На чертеже представлена функциональная структурная схема устройства.

Устройство для измерения напряженности магнитного поля содержит измерительную катушку 1, расположенную на стержневом концентраторе 2 с отверстием, в котором расположен гальванометрический преобразователь 3 °

Выход преобразователя 3 через усилитель 4 напряжения соединен с первым выводом катушки 1, второй вывод кото- 2р рой через преобразователь 5 ток — напряжение соединен с выходной шиной

6. Отверстие концентратора 2 расположено в полости катушки 1. Форма отверстия совпадает с геометрически- 25 ми размерами рабочего тела преобразователя 3, размещенного внутри отверстия таким образом, что продольная ось симметрии стержневого концентратора проходит через точку пере- 3р сечения поперечных осей рабочего тела преобразователя 3 и перпендикулярна им.

Устройство работает следующим образом. 35

В устройстве использется частотно-зависимая обратная связь по магнитному полю, которая охватывает всю катушку 1. В области низких частот ток в катушке 1, обусловленный 4р

ЭДС самоиндукции измеряемого поля, мал. Поэтому результирующее поле внутри катушки полностью определяется измеряемым полем и подем от тока обратной связи (ОС). В этом случае 45 коэффициент передачи по цепи ОС максимален и сигнал на выходе предложенного устройства определяется каналом ОС. Канал ОС состоит из гальваномагнитного преобразователя 3, расположенного внутри зазора концентратора 2, который находится в полости катушки 1, усилителя 4 напряжения, вход которого подключен к выходу гальваномагнитного преобразователя, а выход — к одному из выводов катушки 1.

При переходе в область верхних частот попе тока, обусловленного где оа — коэффициент передачи преобразователя 5 ток,— напряжение;

I< — ток в катушке 1 индуктивности, который равен

Il, IL + II (2)

1 где Ть — ток, обусловленный ЭДС самоиндукции, наводимой в измерительной катушке 1

Ii внешним полем;

li — ток, обусловленный усиленной ЭДС гальваномагнитного преобразователя 3, включенного последовательно с усилителем 4 напряжения.

Очевидно, что

Е

I гвх + гм + r + PL (3) где Я - ЭДС самоиндукции, наводимой в измерительной катушке 1 внешним полем;

r — входное сопротивление превх образователя 5 ток — напряжение;

r — выходное сопротивление усивых лителя 4 напряжения; г„ - активное сопротивление катушки.

Подставляя значение

Е = PH(P) (И, Б p,получаем

РН(Р)а м,Я APH(P) где Н(Р) — напряженность внешнего магнитного поля;

P q - эффективная магнитная проницаемость сердечни-, ка катушки;

ЭДС самоиндукции от измеряемого поля, компенсирует измеряемое поле внутри катушки 1. В этом случае коэффициент передачи по цепи ОС минимален. Цепь ОС практически разрывается, так как результирующее поле в полости катушки, воздействующее на гальваномагнитный преобразователь, отсутствует. Таким образом, устройство следует рассматривать как катушку, полностью охваченную частотно-зависимой ОС, причем эта связь проявляется лишь в области нижних частот, что обеспечивает расширение верхних границ частотного диапазона.

Выходное напряжение устройства

1456921 постоян»

u„,„(Р) = "=-" H(P) (9) 15

2А / 1

i -2AD (n (12) 40 в» т — суммарная площадь витков катушки;

А— гв»+ re„» + . коэффициент; — индуктивность измерительной катушки;

L постоянная времени; 1О гв», + re» + ; Р = j 6) — дифференциальный оператор;

Я вЂ” круговая частота;

j — мнимая единица; — магнитная постоянная.

Аналогично находим

Uawi» юс

I„ ь r +т +rex+PL к Вы» где lJ вм» ge выходное напряжение уси- 25 лителя 4 напряжения; — коэффициент преобразования гальваномагнитного преобразователя 3;

К вЂ” коэффициент усиления по

:напряжению усилителя 4;

Н „ (Р) — напряженность результи-рующего магнитного поля внутри измерительной катушки.

Маг нитное пол е внутри катушки 1 есть суперпозиция внешнего измеряемого поля H(P) и поля, обусловленного током Ть.

Таким образом, где D — коэффициент пропорциональности между током, прот ека- 45 ющим по катушке, и напряженностью магнитного поля, создаваемого этим током.

Для достаточно длинной катушки

D = и, где и — плотность витков на ,единицу длины. Из (S) и (6) следует

v К Н(Р) К D ° APH(P)

I, (7) 55

1+P-+К+D (1+Р +К 13) (1+РС) с 3К Мър где К = — — -- — — — — постоянный

r»+re» +гвы» к оэффи ци ент .

После подстановки (7), (4) и (2) в выражение (1) имеем с К D+1 с

К/АА

Ф

И (Р) - Н(Р)„-(!+- - — — —" — -). (8) вы» Т К D+1

+ Р

Из выражения (8) вытекает, что: при P = jG) оо(область высоких частот) выходное напряжение не зависит от частоты; в области низких частот P jQ О, для сохранения вида выражения (9) необходимо соблюдение условия

К И+1 К К В+! (10)

Из (10) с учетом выражения для индуктивности достаточно длинного соленоида L p,р, Яп 1, где 1 — длина соленоида, имеем где n — плотность витков на единицу длины.

Откуда получаем необходимое значение коэффициента усиления усилителя ч напряжения

r». +râ» +гвму

К» — — -" — — -—

nfl >

При больших n (-1000 вит/м), Pl » (100) H малых 1I, Гв„, гвы» (1О 3м) легко реализуем в области низких частот необходимьп (40) коэффициент

К усилителя 4.

Таким образом, передаточная функция предложенного устройства линейна во всем диапазоне .рабочих частот при выполнении условия (12). формула изобретения

Ус тр ойс тв о для из мер ения. напряженности магнитного поля, содержащее измерительную катушку индуктивности и гальваномагнитный преобразователь > выходом подключенный к входу усилителя напряжения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот при одновременном повьппении чувствительности, в него введен преобразователь токнапряжение и стержневой концентратор, причем выход усилителя напряжения

1456921

Составитель А. Сазонов

Техред М.Дидык

Корректор N. Самборская

Редактор В. Данко

Заказ 7549/45 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 соединен с одним выводом измеритель- ной катушки, второй вывод которой подключен к входу преобразователя ток — .напряжение, выход которого подключен к выходной шине устройсРва, измерительная катушка расположе-. на на стержневом концентраторе, который снабжен отверстием, расположенным в полости катушки, по форме совпадающим с геометрическими размерами рабочего тела гальваномагнитного преобразователя, размещенного внутри отверстия, при этом продольная ось симметрии стержневого концентратора проходит через точку пересечения поперечных осей рабочего тела гальваномагнитного преобразователя и перпендикулярна им.