Датчик магнитного поля

 

Использование: в области магнитных измерений для измерения слабого магнитТ ного Ноля и его вариаций, для магнитного каротажа геологических скважин. Сущность изобретения: устройство содержит три колебательных LC-контура с ферромагнитными сердечниками, прикрепленными одйими концами к одной плоскости пьезокерамической пластины взаимно ортогонально. Пьезокерамическая пластина подключена к генератору в качестве частотозадающего элемента. Устройство позволяет измерять составляющие вектора магнитного поля в широких частотном и динамическом диапазонах . 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 V 3/40

1 (21) 4666267/25 (22) 27.03.89 (46) 23.07.92. Бюл. Q 27 (71) Институт геофизики Уральского отделения АН СССР (72) M.M.Òåëüìèíîâ и О.Л.Сокол-Кутыловский (56) Авторское свидетельство СССР

N 1387691; кл. G 01 V 3/40, 1986.

Авторское свидетельство СССР

М 1290214, кл. G 01 R 33/02, 1986. (54) ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ (57) Использование: в области магнитных измерений для измерения слабого магнитИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в геофизике для измерения компонент и полного вектора слабого магнитного поля; а также в системах ориентации по магнитному полю Земли.

Известно устройство для измерения магнитного поля, первичный преобразователь которого состоит из ферромагнитного стержня с пьезоэлементом на конце. Длина стержня кратна половине длины волны возбуждаемой катушкой индуктивности механических колебаний. Катушка помещена на стержне в области узла механических колебаний и подключена к генератору синусоидального тока. Выходной сигнал, зависящий от величины измеряемого магнитного поля; снимается с пьезоэлемента, Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является датчик магнитного поля. Датчик содержит генератор возбуждения, выход которого присоединен к измерительному контуру с ферромагнитным Ы 174у876 А1 ного поля и его вариаций, для магнитного каротажа геологических скважин. Сущность изобретения: устройство содержит три колебательных LC-контура с ферромагнитными сердечниками, прикрепленными одйими концами к одной плоскости пьезокерамической пластины взаимно ортогонально. Пьезокерамическая пластина подключена к генератору в качестве частотозадающего элемента. Устройство позволяет измерять составляющие вектора магнитного поля в широких частотном и динамическом диапазонах. 1 ил. сердечником из магнитострикционного материала. Сердечник закреплен торцом на пьезокерамической пластине, установленной на виброгасящем основании в вакуумированном баллоне. При этом пьезокерамическая пластина является частотозадающим элементом генератора возбуждения, Сигнал генератора подается на измерительный контур, частично растроенный по отношению к частоте генератора, Измеряемое магнитное поле, направленное вдоль сердечника. вызывает изменение индуктивности контура, в результате чего изменяется его резонансная частота, а следовательно; изменяется напряжение на контуре и ток в катушке.

Изменение тока приводит к изменению линейной магнитострикции сердечника и к изменению амплитуды генератора. Так как сердечник закреплен на пьезокерамической пластине, то обеспечивается электромеханическая положительная обратная связь на частоте работы генератора. Ампли1749876

20 контуры, настроенные на частоту возбужде25 ния. В этом случае коэффициент преобразования датчика достигается 20 мкВ/нТл при разрешающей способности по магнитному полю около 0,05 нТл, Частотный диапазон, изменяемого поля 0-10 кГц, линейныйдина30 мический диапазон измерений и 0,7 10

Тл

35 сердечника, закрепленного торцом на пье40 зокерамической пластине, имеющей резонансную частоту, равную резонансной

55 туда высокочастотных колебаний линейно зависит от коэффициента обратной связи, .что обеспечивается мягким режимом само. воэбуждения генератора.

Недостатком устройства является сложность реализации трехкомпонентного варианта. датчика, так как в этом случае необходимы три генератора с раздельными пьезокерамическими пластинами, причем эти пластины (для исключения взаимного влияния) необходимо разнести на значительное расстояние одна от другой, что приводит к существенному увеличению размеров датчика и снижению точности при измерении неоднородного магнитного по- 1 ля.

Цель изобретения — повышение точности и информативности измерения компонент и полного вектора магнитной индукции.

Цель достигается тем, что датчик индукции магнитного поля содержит генератор возбуждения и три колебательных контура с ферромагнитными сердечниками, Сердечники закреплены одним концом к плоскости пьезокерамической пластины взаимно ортогонально, а каждая катушка индуктивности располо>кена в области максимума механических колебаний соответствующего ей сердечника. При этом резонансная частота пьезокерамической пластины кратна .: частоте механического резонанса сердечников и равна резонансной частоте колебательных контуров, Датчик отличается от известных тем, что с помощью одной пьезокерамической пластины осуществляется упругое возбу>кдение трех сердечников, что позволяет одновременно измерять все три компоненты магнитного поля и полный вектор. Отсут- ствие магнитных полей возбуждения позволило свести все три компоненты в малом объеме, что повысило точность измерений в неоднородных магнитных полях.

На чертеже показана схема трехкомпонентного датчика.

Датчик содер>кит колебательные контуры 1 — 3 с ферромагнитными сердечниками

4 — 6, закрепленные на пьезокерамической пластине 7 взаимно ортогонально, а пьезокерамйческая пластина соединена с генератором 8.

Датчик работает следующим образом.

Генератор 8 возбуждения создает с помощью пьезокерамической пластины 7.(на ее резонансной частоте) акустические волны в ферромагнитных сердечниках 4 — 6.

Вследствие магнитоупругого взаимодействия в колебательных контурах 1 — 3, также настроенных на частоту возбуждения, возникает электрическое напряжение той же частоты, амплитуда которого пропорциональна соответствующей составляющей индукции внешнего магнитного поля, а с помощью фазы выходных сигналов по отношению к фазе генератора возбуждения определяют направление измеряемого

MBlHMTHOlO поля.

Ферромагнитные сердечники изготовлены иэ аморфного сплава FesCovoSilsB>pc размерами незакрепленной части 7 0,6 0,03 мм. Длина закрепленной части составляет

0,5 мм, Возбуждение осуществлось на частоте 430 кГц, что соответствует частоте основного резонанса пьезокерамической пластины диаметром 5 мм и толщиной 1 мм из пьезокерамики ЦТС-19. Катушки индуктивности содержат по 300 витков медного провода. расположены в области пучности механических колебаний сердечников и совместно с соответствующим каждой конденсатором образуют колебательные

Формула изобретения

Датчик магнитного поля, содержащий генератор возбуждения, колебательный контур с ферромагнитным сердечником, при этом катушка индуктивности колебательного контура помещена в области максимума механических колебаний частоте колебательного контура и кратную частоте резонанса механических колебаний ферромагнитного сердечника, о т л и ч а ющ и и с.я тем, что, с целью повышения-точности и информативности; содержит два дополнительных колебательных контура с ферромагнитными сердечниками, причем ферромагнитные сердечники дополнительных колебательных контуров закреплены на пьезокерамической пластине таким образом, что оси первого ферромагнитного сердечника и двух дополнительных ферромагнитных сердечников взаимно ортогональны,.а катушки индуктивности дополнительных колебательных контуров также расположены в области максимума механических колебаний дополнительных ферромагнитных сердечников.

1749876

Составитель О.Сокол-Кутыловский

Техред M.Моргентал Корректор Н.Ревская

Редактор О.крипта

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

Заказ 2595 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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