Способ измерения магнитной индукции

 

Изобретение относится к измерительной технике. Способ измерения магнитной индукции реализован в устройстве. Сердечник 1 с помощью генератора 4 перемагничивают периодически изменяющимся полем возбуждения. На анализаторе (А) 7 гармоник поочередно устанавливают частоты F<SB POS="POST">1</SB>, ... F<SB POS="POST">3</SB>, одновременно убеждаясь, что амплитуды сигналов на А 7 проявляют немонотонность спадания общего спектра гармоник феррозонда. С помощью А 7 воспроизводят ферромагнитный резонанс материала сердечника в четной гармонике частоты возбуждения согласно формуле, приведенной в описании изобретения. Таким образом, сердечник периодически насыщают продольным переменным магнитным полем возбуждения с помощью генератора 4 на частоте, соответствующей определенному условию резонанса. Значение магнитной индукции внешнего поля вдоль направления поля возбуждения определяют по амплитуде установившейся второй гармоники частоты оптимального возбуждения с помощью обмотки 3 и селективного вольтметра 5. Способ наиболее эффективен при измерении постоянной и медленно меняющейся магнитной индукции, поскольку именно в этот диапазон измерений сигнала вносится погрешность за счет возмущения поля сигнала второй гармоники при переходе поля возбуждения через ноль из-за ложных сигналов, возникающих при совпадении собственных резонансов сердечника с нечетными гармониками частоты возбуждения. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК

Q9) (И) щ) 5 С О) R 33/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4186741 /24-21 (22) 26. 01. 87 (46) 07.05.90. Бюл. Р 17 (72) Л.Н.Губанова и А.И,Губанов (53) 621 .317,44 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 8281 33, кл. G Ol R 33/02, 1981 . (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ИНДУ 1Ц1ИИ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Способ измерения магнитной индукции реализован в устройстве. Сердечник 1 с помощью генератора 4 перемагничивают периодически изменяющимся полем возбуждения. На анализаторе (А) 7 гармоник поочередно устанавливают частоты f<...f» одновременно убеждаясь, что амплитуды сигналов на А 7 проявляют немонотонность спадания общего спектра гармоник Ьеррозонда. С помощью А 7 воспроизводят Ферромагнитный резонанс материала сердечника в четной гармонике

2 частоты возбуждения согласно формуле, приведенной в описании изобретения.

Таким образом, сердечник периодически насыщают продольным переменным магнитным полем возбуждения с помощью генератора 4 на частоте, соответствующей определенному условию резонанса. Значение магнитной индукции внешнего поля вдоль направления поля возбуждения определяют по амплитуде установившейся второй гармоники частоты оптимального возбуждения с помощью обмотки 3 и селективного вольтметра

5. Способ наиболее эффективен при измерении постоянной и медленно меняю" щейся магнитной индукции, поскольку именно в этот диапазон измерений сигнала вносится погрешность за счет возмущения поля сигнала второй гармоники при переходе поля возбуждения через ноль из-за ложных сигналов, возникающих при совпадении собственных резонансов сердечника с нечетными гармониками частоты возбуждения, 2 ил,, 1 табл.

1562867

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке магнитометров и градиентометров, в метрологических исследованиях, а также для изучения свойств ферромагнитных материалов. !

1елью изобретения является повыше ние точности измерений магнитной индукциии. !О

На фиг. 1 представлено устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг, 2 - схема установки экспериментальной проверки предлагаемого способа. !5

Основой" предлагаемого способа является осуществление широкой внутренней стабилизации процессов, происходящих » ферромагнитном сердечнике пад действием поля возбуждения, путем создания условий, при которых собственные частоты колебаний различных типов совпадают с высшими четными гармониками частоты перемагничивания сердечника. 25

Устройство, реализующее способ (фиг. 1), содержит феррозонд, состоя— щей иэ ферромагнитного сердечника 1 в виде плоского стержня и двух продольных обмоток — возбуждения 2 и иэ- 30 мерительной 3, генератор 4 возбуждения, присоединенный к обмотке 2, селективный вольтметр 5, подключенный к обмотке 3, поперечную обмотку в виде кольца 6 установленную параллель-.

»

35 но плоскости сердечника 1 ферроэонда, анализатор 7 гармоник, соединенный с обмоткой 6.

Нредлагаемый способ реализуется следующим образом (фиг. 1).

Сердечник 1 с помощью генератора 4 перемагничивают периодически изменяющимся полем возбуждения.

На анализаторе 7 гармоник поочередно устанавливают частоты Е».-Е > 45

V сигнала Е = †††вЂ, где V — ско» Я, Ъ ф» рость распространения магнитоакустических волн в сердечнике; Ф» — длины волн магнитоакустических колеба50 ний, равные соответственно удвоенной толщине, ширине и удвоенной ширине сердечника на высших четных гармониках частоты возбуждения, одновременно убеждаясь, что амплитуды сигналов на анализаторе 7 проявляют

55 ! 3 немонотонность спадания общего спектра гармоник ферроэонда, т.е, являются для него резонансными и определяются соответствующими размерами сердечниа ка при условии Ь (— - где а - шири2 на сердечника; Ь вЂ” его толщина.

С пдмощью анализатора 7 гармоник воспроизводят ферромагнитный резонанс материала сердечника в четной гармонике частоты возбуждения согласно формуле Е = 1!, где II — гиромагнитное. соотношение; hщ — эффективная напряженность внутренйего магнитного поля, в котором находятся резонирующие магнитные моменты сердечника, Таким образом, сердечник периодическй насыщают продольным переменным магнитным полем возбуждения с помощью генератора 4 на частоте, соответствующей условию резонанса

2п Е где 2n — малое четное число;

2n номер одного из резонансов, » (гармоник) f „

2nю - номер четной Гарн ие на которой удвоенное ферромагнитный резонанс, Оптимальное значение частоты возбущцения fBO также соответствует формуле

Е» ft

2п» 2п

Еэ

2пэ

Еь

2ii где 2n„-2n> - номера резонансных частот гармоник возбуждения, соответствующих::. . гармоническим магнитоакустическим колебаниям сердечника в его удвоенной толщине, ширине и в удвоенной ширине соответственно;

2п — номер четной гармоники возбуждения, на которой воспроизведен ферромагнитный резонанс материала сердечника.

Значение магнитной. индукции внешнего поля вдоль направления поля возбуждения определяют по амплитуде yc— тановившейся второй гармоники частоты оптимального возбуждения с помощью обмотки 3 и селективного вольтметра 5.

Использование предлагаемого способа будет наиболее эффективно при измерении постоянной и медленно меняю62867 6 а также снятия показаний по нановольтметру 17 производились последовательно поочередно.

С помощью нановольтметра 17 при

5 опорном сигнале, соответствующем второй гармонике частоты возбуждения,подаваемым от генератора 15 через удвоитель 18 частоты, снимали со стандартной измерительной обмотки @3 сигнал, пропорциональный магнитной индукции среды, вмещающей Аеррозонд.

С помощью. экрана 9 и соленоида 1 О, питаемого источником 11 через магазин сопротивлений 12, в месте установки феррозонда создавали магнитную индукцию, соответствующую показаниям нановольтметра 17 поярдка единиц или десятых долей микровольт.

С помощью обмотки 13 и анализато— ра 14 спектра подстраивали частоту возбуждения генератора 8 так, чтобы магнитоакустический резонанс ФЗ-1 и

ФЗ-2 приходился на ее четную гармонику. Для ФЗ-2 возможно полнее выполнить условия, требуемые для предлагаемого способа измерения магнитной индук ции.

Нестабильно сть амплитуды второй гармоники. частоты возбуждения для сравниваемых ФЗ измеряли несколькими сериями в течение 8 ч. В каждой серии измерения осуществлялись через 30 с.

Изменения амплитуды второй гармоники в каждой серии фиксировались по пока35 заниям нановольтметра 17 с измерительной обмоткой ФЗ.

В течение 8 ч вели запись на самописце выходного сигнала ФЗ-2 (эа ис-

40 ключ ением коротких промеж, тков Вре мени измерения нестабильности1.

В начале и в конце испытаний была измерена амплитуда второй гармоники частоты возбуждения для сравниваемых

ФЗ в лоле ферромагнитного экрана и вне его. Отношение амплитуд составило

U = 3,3+0,3, причем индекс 2 относится к Ф3-2, а индекс 1 — к Ф3-1.

В результате исследований АЗ-1 и

ФЗ-2 получены следующие данные пред-. ставленные в таблице.

5 15 щейся магнитной индукции, поскольку именно в этот диапазон измерений вносится погрешность за счет возмущений сигнала второй гармоники при переходе поля возбуждения через нуль из-за,. ложных сигналов, возникающих при совпадении собственных резонансов сер" дечника с нечетными гармониками частоты возбуждения.

На предприятии изготовлен макет установки, на которой экспериментально. проверен способ измерения магнитной индукции.

Блок-схема (Фиг. 2) установки экспериментальной проверки заявляемого способа содержит ферроэонд 8, помещенный в трехслойный ферромагнитный экран 9 и соленоид 10, соединенный со стабилизированным источником 11 питания типа Б5-12 через магазин 12 сопротивлений типа P-33, поперечную обмотку 13 в виде кольца, накладываемую на феррозонд 8 и соединенную с селективным микровольтметром в режиме анализатора 14 спектра типа SMV-6, генератор возбуждения — источник 15 синусоицальных электромагнитных колебаний типа Г3-33, подключенный через сопротивление 16 1 Ом к обмотке возм буждения феррозонда 8 и к фазочувствительному нановольтметру 17 типа

232В "Unipan" через удвоитель 18 частоты. При этом параллельно сопротивлению 16 подключен цифровой вольтметр

19 типа В7-28, а к удвоителю частоты

18 — стабилизированный источник 20 питания типа Б5-12.

На макете установки (фиг,2) исследованы два ферроэонда (A3) . +3-1 представляет собой серийный образец с сердечниками из материала марки 79Н1", залитыми уплотнителем. ФЗ-2 имеет стандартный каркас и обмотки, идентж— ные Ф3-1, материал сердечников также марки 79НУ, Геометрические размерыиз имевшихся в наличии стандартных сердечников и частота возбуждения подобраны возможно ближе к требуемым по предлагаемому способу, Исследования проводились следующим образом.

ФЗ-l и ФЗ-2 возбуждали генератором

8, устанавливая с помощью сопротивления,16 и вольтметра 19 ток возбуждения 40 мА, ФЗ-1 и ФЗ-2 помещались в .соленоид

10 и.ферромагнитный экран 9. Подключения ФЗ-1 и ФЗ-2 к схеме измерения, Кроме того, еще одним положительным эффектом способа является возможность неразрушающего контроля и отбраковки серийных ФЗ по их резонансным характеристикам, так как отбраковка только по интегральным характеристикам (по петле гистерезиса) недостаточна.Как показано в результате

1562867Способ измерения магнитной индукцин, включ ающий перемагничивание сердечника ферро зонда периодически изменяющимся продольным магнитным полем возбуждения, дополнительное гармоническое подмагничивание сердечника поперечным магнитным полем на одной из высших четных гармоник частоты возбуждения за счет магнитоакустического резонанса, устанавливаемого по максимуму электромагнитного излучения в направлении, ортогональном полю перемагничивания, на частоте, равной отФЗ-1

Показатели

Повысилась Повысилась в 40 раз в 60 раз

Чувствительность

Нестабильность выходного сигнала на второй гармонике частоты возбуждения

Ток в обмотке возбуждения, мА

Уровень магнитного шума

Нет данных

Снижена в

7 раз

Снижен от

40 до 16-20

Снижен в

2-3 раза

Снижен от

40 до 15-23

Нет данных проведенных исследований, если толщина и свойства материала сердечника ФЗ не одинаковы по всей его длине, такой

ФЗ не может быть введен в оптимальный (резонансный) режим и должен быть отбракован, так как и в штатном режиме нестабильность его показаний будет недопустимо высокой.

Формула изобретения ношению скорости магнитоакустической волны U к удвоенной толщине сердечника 2b, и определение значения изме5 ряемой магнитной индукции по амплитуде установившейся второй. гармоники

1 этого перемагничивания, .о т л и ч а юшийся тем, что, с..целью повышения точности измерений, фиксируют резонансные экстремумы в направлении, ортогональном полю перемагничивания на частотах f,, f<, f з, f, U где f = — -- f

2Ь а + 2а

К = 1, b + а/2, где а — ширина сердечника, II — гиромагнитное соотношение; h эффективная напряженность внутреннего магнитного поля, изменяют частоту и амплитуду тока перемагничивания, так чтобы частоты f:q, f совпадали с высшими четными гармониками частоты возбуждения при этом разность частот. f — Х„, выбирают близкой к малому четному числу

25 частот возбуждения °

J 562867

Состав итель A. Диве ев

Редактор Л.Гратилло Техред М.Ходанич Корректор И,Муска

Заказ 1063 Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101