Способ измерения магнитной индукции постоянных магнитов

 

Использование: геофизическое приборостроение , сейсмометрия, виброметрия при определении характеристик магнитных систем с постоянными магнитами. Сущность изобретения: при измерении магнитной индукции в качестве датчика используют колебательный механизм сейсмоприемникз с известными параметрами измерительной катушки, путем анализа максимума его отклика на ступеньку тока известной величины, проведенного в режиме свободных колебаний. 1 ил,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИК (11) з G 01 V 1/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОткРытиям

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4727774/25 (22) 07,08.89 (46) 15.08.92. Бюл. N. 30 (71) Институт физики Земли АН СССР и Все-. союзный научно-исследовательский институт геофизических методов разведки (72) А.М.Мыш и B.А,Токмаков (56) Электрические измерения/Под, ред.

А.B.Фремке. Л.: Энергия, 1980, с.265-273, .

БСЭ, том.15, с.193, М., 1974. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ индукции постоянных мдгнитов г

Изобретение относится к геофизике, а именно к контролю магнитной индукции постоянных магнитов сейсмоприемников в процессе их сборки и эксплуатации, и может найти применение в геофизическом приборостроении, сейсмометрии, а также в технике определения характеристик магнитных систем с постоянными магнитами, Известен способ определения магнитной индукции, включающий изготовление измерительного датчика в виде ампулы с жидкостью и охватывающей ее катушки, подачу в катушку сигнала с высокочастотного генератора до резонансного совпадения с частотой f прецессии ядер атомов вещества жидкости, усиление сигнала, фазочувствительное выпрямление и измерение частоты. Способ использует связь частоты f прецессии ядер с магнитной индукцией: =- В, (1) где g — гиромагнитное отношение магнитного момента ядра атомов данного.вещества к моменту движения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения магнитной индукции, основанный на периодическом!

Ж t755227 А1 (57) Использование; геофизическое приборостроение, сейсмометрия, виброметрия при определении характеристик магнитных систем с постоянными магнитами. Сущность изобретения; при измерении магнитной индукции в качестве датчика используют колебательный механизм сейсмоприемника с известными параметрами измерительной катушки, путем анализа максимума его отклика на ступеньку тока известной величины, проведенного в режиме свободных колебаний. 1 ил, перемещении измерительной катушки в магнитном поле. включающий изготовление измерительной катушки, закрепленйе ее на торце пьезоэлектрического кристалла, помещение катушки в зазор измеряемого магнита, подачу на вибратор сигнала от генератора гармонических колебаний, усиление выходного сигнала с катушки, детектирование, интегрирование и измерение сигнала в единицах магнитной индукции. К недостаткам способа, кроме погрешностей детектирования сигнала, можно отнести пониженную достоверность иэ — за отличия режима контроля магнитов от их условий работы в реальных сейсмоприемниках, Целью изобретения является повышение точности при измерении магнитной индукции магнитов сейсмоприемников. Укаэанная цель достигается тем, что в способе измерения магнитной индукции постоянных магнитов, включающем возбуждение, путем подачи электрического сигнала. колебаний датчика магнитной индукции, измерительная катушка которого с известным параметром k помещена в зазор магнита, измерение выходного сигнала EM с катушки и определение магнитной индукции В, в ка1755227 честве датчика магнитной индукции используют колебательный механизм сейсмоприемника. возбуждение осуществляют путем подачи ступени постоянного тока I, размером, обеспечивающим отклонение колеба- 5 тельного механизма в пределах рабочего диапазона амплитуд, измерение выходного сигнала проводят о режиме собственных колебаний после выключения тока i, а значение магнитной индукции находят по 10 формуле

В=СКБ, I где постоянная С определяется для сейс- 15 моприемников поступательного вида по формуле:

С=k

20 а для сейсмоприемников вращательного вида по формуле:

C=—

1 где К вЂ” момент инерции; йЪ вЂ” круговая частота собственных колебаний;

L — расстояние от точки подвеса до цен- 30 тра катушки;

P — степень затухания; б — номер измеряемой амплитуды выходного сигнала;

m — масса подвижного инертного тела. 35

Способ реэлиэуетсл с помощью устройства, структурная схема которого показана на чертеже. На чертеже обозначено: колебательный механизм 1 сейсмоприемника, на основании 2 которого установлен контроли- 40 руемый магнит 3, измерительная катушка 4, жестко закрепленная на колебательном механизме, лвляющемся датчиком магнитной индукции, источник постоянного тока 5 с ключом К, измеритель 6 ЭДС Ем. На изме- 45 рительной катушке 4 показана измерительная обмотка 7 с известным параметром k u обмотка успокоения 8 с ключом К2, К измерительной катушке может быть подключен осциллограф 9 для контроля формы синуса- 50 иды и состояния успокоения колебательного механизма. В схему может быть введено решающее устройство с выводом полученного значения магнитной индукции В на цифровой индикатор. 55

В основу способа положен закон электромагнитной индукции, согласно которому о процессе перемещения измерительной катушки о линейном поле постоянного магнита при условии взаимной перпендикулярности векторов скорости перемещения и плотности потока магнитной индукции в катушке наводится электродвижущал сила Е, равная

Е =- В п1сх, (2) где  — магнитнал индукция; и — число витков катушки;

1с — среднял длина одного витка, х — скорость перемещенил катушки, Заметив, что отношение Е/х определяет величину S — чувствительность сейсмоприемника, магнитную индукцию В можно представить о виде;

Я и lñ или В=-kS,, (3)

1 где k = — — параметр катушки. и Ic

Входящая в формулу (3) чувствительность S в явном виде не удобна для массового контроля магнитов, поскольку требует определения с каждым контролируемым магнитом. Из выраженил для переходного процесса колебательного механизма с измерительной катушкой при условии возбуждения ступенькой тока можно получить зависимость (для сейсмоприемника с поступательным перемещением): подставио которое в формулу (3) получим:

B=k или в=суе (4)

l где постояннал С определяется для сейсмоприемника с поступательным перемещением инертной массы формулой, C=k (5) а длл сейсмоприемника с вращательным перемещением о м noA:

К о о tm

С= — Ка,е

L (6)

В этих соотношенилх: m — масса колебательной системы для поступательного сейсмоприемника, k — момент инерции маятника вращательного сейсмоприемника, в, — круговая частота собственных колебаний, расстояние от точки подвесэ маятника до центра измерительной катушки,/3- степень затухания колебательного механизма, лиШенного успокоения, t> — оремл достижения максимума, EM — значение ЭДС в максимуме, 1755227

Величина С является постоянной колебательного механизма с измерительной катушкой, Поскольку степень затухания Р весьма мала (порядка 0.01), с хорошей степенью точности можно принять: о тв = — °

2л где То = — — период собственных колебав, Л ний. Тогда tm =

В этом случае выражения для постоянной С упрощаются: для поступательного сейсмоприемника 7

С-k для вращательного сейсмоприемника

С=—

В принципе коэффициент С можвт учитывать любую амплитуду колебаний в экспоненциальном множителе. Но, для сокращения времени, повышения точности и удобства аппаратурной реализации достаточно измерять значение первой амплитуды

Е». Тогда n = 1, Важным обстоятельством является то, что абсолютная точность измерения магнитной индукции определяется постоянной погрешностью определения величины С, а относительная погрешность массового контроля магнитов определяется случайными погрешностями измерения ЭДС Е»л (при закрепленном для данного типа магнитов значения тока i в пределах рабочего диапазона амплитуд), которая при современной технике измерения может быть сведена к 0,1%, Способ осуществляют следующим образом.

Контролируемый магнит 3 устанавливают на основании 2, помещают измерительную катушку в зазор магнита, замыкают ключ Кг. замыкают ключ К> и подают от источника тока 5 постоянный ток известной величины (в измерительную обмотку 7, отклоняющий колебательный механизм в пределах рабочего диапазона амплитуд. После успокоения механизма 1 размыкают ключ и измерителем 6 измеряют выходной сигнал

Е», соответствующий амплитуде первого колебания, а значение магнитной индукции В находят по формуле (4).

Практически под устройство для конт роля магнитов был приспособлен сейсмоприемник СМ-ЗКВ без внешнего кожуха, маятник которого со специально изготовленной измерительной катушкой и разме- щенной обмоткой в центре катушки cЪириной, меньшей высоты полюсного наконечника магнита, использовался в качестве датчика магнитной индукции.

5 Возможное влияние городских микросейсм оценивалось из следующих положений; максимальный уровень микросейсм о дневное время в условиях г. Москвы составляет около 0,6 мкм. При чувствитель10 ности измерительного устройства S =

=- 81 нз частоте 1 Гц шумовая ЭДС

В.с равна 0,5 мВ. Измерение индукции проводи-. лось при токе 0,5 мА и сигнале ЭДС около 500

15 мВ. Следовательно, в наихудших условиях городских микросейсм их доля при измерениях не превышала 0,1% от полезного сигнала.

Формула изобретения

- . Способ измерения магнитной индукции

20 постоянных магнитов, включающий возбуждение колебаний путем подачи электрического сигнала датчика магнитной индукции, измерительная катушка которого с йзвестным параметром k помещена в зазор магни25 та, измерение выходного сигнала Е»л с катушки и определение магнитной индукции В,отличающийся тем,что,сцелью повышения точности при измерении магнитной индукции магнитов сейсмоприемни30 ков, в качестве датчика магнитной индукции используют колебательный механизм сейсмоприе лника. возбуждение осуществляют путем подачи ступени постоянного тока I, величиной, обеспечива»ощей отклонение

35 колебательного механизма в пределах рабочего диапазона амплитуд, измерение выходного сигнала Ем проводят в режиме собственных колебаний после выключения тока i, а значение магнитной индукций нахо40 дят по формуле в=с

i где С вЂ” постоянная, определяемая для сей45 смоприемников поступательного вида по формуле

50 а для сейс оприемников вращательного вида по фор

С=—

55 где К вЂ” момент инерции; а»о — круговая частота собственных колебаний;

L- расстояние от точки подвеса до центра кагушки;

P — степень затухания;

1755227

Составитель В, Токмаков

Техред М.Моргентал Корректор В. Петраш

Редактор H. Горват

Заказ 2891 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Произщц с твенно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

n — номер измеряемой амплитуды выходного сигнала;

m — масса подвижного инертного тела.