Ферритовый магнитомодуляционный параметрический датчик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
368560
Союз Соеетския
Содиалиетическия
Республик
Зависимое от авт. свидетельства ЛЪ—
Заявлено 25.1.1971 (¹ 1612257, 26-25) с присоединением заявки М—
Приоритет—
Опубликовано 26.1.1973. Бюллетснь . ." 9
Дата опубликования описания 1б. т/,1973
М. Кл. G 01r 33/00
G 01 3/00
Комитет по делам
«зобретениб и открытий ори Соеете Министров
СССР
УДК 550.838(088.8) Авторы изобретения В. С. Постников, 3. A. Мельни-.îâ,,И. А. Костров и Е. Ю. Кушарский
Заявитель
Воронежский политехнический институт
ФЕРРИТОВЫИ МАГН ИТОМОДУЛЯЦИОННЫИ
ПАРАМЕТР И Ч ЕС К И И ДАТЧ И К
Изобретение предназначено для регистрации весьма сла бых постоянных и низкочастотных магнитных полей и может быть использовано для регистрации космических и околопланетных магнитных полей, биомагнитных полей в геофизике и геологоразведке и в других областях науки и техники.
Известен датчик, предложенный Ашенбренiaepoм и Губо, состоящий из ферромагнитного тороида, обмотки возбуждения, генератора возбуждения и выходной обмотки. Этот,датчик, имеющий з начительно большую широкополосность, чем пермаллоовые, нельзя использовать для регистрации слабых магнитных полей.
Предложенный датчик отличается тем, что длинные ферритовые концентраторы присоеди неньт ж .перемацничивающемуся кольцу, чем значительно повышается чувствительность,при малых энергиях возбуждения, так как леремагничивающееся;кольцо в этом случае может быть сделано очень малым.
Выходные обмотки размещены на концентраторах, что сильно снижает уровень шулемов
Ба р кгаузена, та к как катушки выносятся из зоны циклически перема пничтсвающегося сердечника. Перема|пничивающееся кольцо выполнено из материала с высокими характеристиками в сильных полях, а концентраторы — зо из материя:1а с высокими характеристиками в слабых пс"".ях.
Площадь поперечного сечения перемапнпчиваюшегося кольца зна кительно меньше, чем у концентраторов, что позволяет резко снизить мощность возбуждения практически без потери чувствительнссти. В предложенном датчике использован параметричеокий резонанс на второй гармонике сигнала возбуждения, что позволяет очень сильно поднять чувствительность при низком уровне собственных шумов и хорошо отфильтрсявать выошие гармонип и.
На фиг. 1 при ведена схема датчика с про,дольным расположением кольца; на фиг. 2— схема включения датчика.
Датчик содержит перезтагничивающееся и ольцо 1, расположенное,параллельно налравлению внешнего магнлттного поля. Кольцо,выполнено из материала, имеющего низкие удельные потери на .первмагничива ние. На кольцо намотана тороидальная обмотка возбуждения 2, перемагнлочивающая кольцо.
Симметрично к кольцу подходят концентраторы 3 из феррита с малыми потерями в слабых полях. В плоокостях со прикоclHовения кольца с концентраторами путем алмазной поли1ро вки и с помощью ферромагнитного клея обеспечивается хороший магнитный контакт. На концентраторы намотана приемная катушка
4. B концентраторах имеются выборки 5, обес368560
Напряжение на выходе
Ho(t) = H „„sin 2 Ft, (2) >< sin 2 Ft.
d4
e(t) = — w—
Х H, sin 2 Ft
60 печивающие хороший магнитный и механп-! еский контакт, Датчик работает следующим образом.
Генератор возбуждения б (фи!г. 2) создает синуооидальное напряжение на обмотке ? кольца 1. Из-за нели!нейности феррита ток B обмотке,носит ярко !вы!раженный несинусоидальный xBlpBKTpp.
Изменение магии ного потока в кольце ориводит к изменению его обратимой проницаемости и, следовательно, действующей проницаемости всей системы. Действующая проницаемость си стемы в этом случае имеет в!!д
»,(t) = »,,-(-,»,. А; sin (2 Если имеется, внешнее магнитное поле то магнитный поток, проходящий через поперечное сечение катушек 4, выражается фор-! му,той: @(t) = Si»,,(t) Н,„, sin 2 Ft, 9(t) = H„„S t,»л. о + »ñ A; sin (27:if,t + m;) ()(i --1 Здесь S — поперечное сечение концент-! раторр а. В соответствии с за коном Фарадея э. д. с. на выходе кату!шек 4 равна 3!десь W — число витков в катушке 4 пли e(t) — в — !»,, +», А; sin (2-,.if,t + р; ) Х Катуш!ки 4 вместе с емкостью 7 образуют нолебательный контур, в котором индуктивность изменяется по закону L(t) = L, + L, В; sin (2 1/,t -I- рс;). (4) i=! Это из!ме!нение вызвано тем, что магнитная связь между !двумя половинами приемной,катушки 4 изменяется синхронно с изменением обратимой проницаемости кольца. Как показывают экспериментальные исследования, коэффициенты разложения А; и В; различны. U exit) = — (ij;t;idt 1 (5) i (t) определяется .из интепрадифференциального уравнения Здесь г — соп!ротивление потерь; L(t) — спределяегся вьгражением (4) е(Ц вЂ” определяе ся выражением (3) . У!ра!внение (6) является нелинейным параметри!чеаким уравнением, решения которого, да же п!риближенного, пока нет. Од!на ко это у!равнение !по характеру должно иметь решение, соответствующее параз!етрг!ческому резо-! на и сном у усилению, что подтверждается экс-! периментально. Так, !при небольшом смещении катушек 4 вдоль оси ггроисходит резкое (на порядок) изменение IBbixK)gnol сигнала (этого не бывает в обычных резонансных ферритовых датчиках). Кроме того, выходной сигнал сильно зависит от ам плитуды переменной составляющей d(t), что является явным призна!ко!м пар аметричесиого эффекта. П!ри работе !датчи!ка емкость подбирается такой, чтобы на ней выделялась вторая гармоника воз буждающего така. В этом случае, если f.))F, !как показали эксперименты, сигнал на выходе датчика равен U „,(t) = КН„, sin 4-.f,t.sin 2 Ft, где К вЂ” коэффициент преобразования. Ка!к !показали исследава!ния различных ва,риантов датчиков, лри оравнительно малых габа рита!х (длина около 250 мм, диаметр 8 мм), малой потребляемой мощности порядка 0,5— 1 вт коэффициент его преобразования может провы!шать тысячу вольт на эрстед, в то время ка к в лу!ч!ших пермаллоевых датчиках он не превьгшает десятков вольт на эрстед. П ре!дмет нзобретения Фер ритовый магнитомодуляционный параметрический датчик, содержащий перемагни-! чи!вающий элемент IB виде замкнутого кольце вого фер ритовото сврдечника и приемные катушки, отличающийся тем, что, с целью увелйчантгя,кр!утизны преобразава!ния с однсвремейным уменьшением уровня шумов, в него Мведены соосные ферритовые стержни, магнитоовязанные через замкнутый кольцевой фер-! ритовый сердечник так, что их продольная 0cb па!раллельна ело плоскости, а приемные катуш!ки расположены на самих стержнях вне зоны перемагничивания. 368560 сР иг.1 Составитель Б. Перуновская Техред T. Курилко Корректор Н. Прокуратова Редактор T. Орловская Заказ 190/683 Изд. № 221 Тираж 755 Подписное ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5 Тип. Харьк, фил. пред. «Патент»
