Феррозонд

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ИТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социанистичесних

Рес ублнн (61) Дополнительное н авт. сеид-ву (22) Заявлено 19.11.79 (21) 2840025 f18-21 Ф} с присоединением заявки N9

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий с 01 а зз/02 (23) Приоритет

Опубликовано 150981. Бюллетень Н9 34

Дата опубликования описания 15. 09. 81 (53} УДЫ 821. з17. .44{088.8) (72) Авторы изобретения

Ю.В. Афанасьев, Ю.Н. Бобков, В.Н. IГоре бей- — =

u В.П. Порфиров

1 (71) Заявитель

{ 54 ) ФЕРРОЗОНД

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения компонент вектора магнитного поля.

Известен ферроэонд, содержащий ферромагнитный стержневой сердечник и обмотку, распределенную по длине и выполненную в виде двух секций, включенных встречно. Обмотка подключена к мостовой схеме и одновременно выполняет функцию возбуждающей и измерительной 1). Недостатком известного устройства является низкая точность измерений компонент вектора магнитного поля, обусловленная тем, что средняя часть сердечника не перемагничивается полем возбуждения, так как здесь расположен стык секций упомянутой обмотки, а сами секции включены встречно и -поэтому создают встречно направленные переменные магнитные поля.

Недостатком является также необходимость подключения феррозонда к мостовой. схеме.

Наиболее близким к предлагаемому является феррозонд, содержащий ферромагнитный стержневой сердечник, первую обмотку, выполненную ввиде двух секций, включенных встречно и расположенных симметрично относительно центра сердечника, и вторую обмотку, расположенную в центре или на всей длине сердечника. Первая обмотка используется в качестве возбуждающей, вторая — в качестве измерительной.

Феррозонд не требует согласования с мостовой схемой (2).

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная тем, что средняя часть сердечника в области стыка секций первой обмотки не перемагничивается из-sa встречного включения секций.

Неперемагничивающаяся часть сердечника оказывается ответственной за смещения нуля и повышенный уровень шумов устройства.

Цель изобретения — повышение точности измерения компонент вектора внешнего магнитного поля.

Цель достигается эа счет того, что устройство феррозонд, содержащий ферромагнитный стержневой сердечник, первую обмотку, выполненную в виде двух включенных встречно секций, охватывающих сердечник и расположенных симметрично относительно его центра, вторую обмотку, распределенЗО ную по всей длине сердечника снабжен

864200! третьей и четвертой обмотками, причем третья обмотка выполнена в виде трех секций, охватывающих сердечник и расположенных на нем так, что две иэ них симметричны его центру, а центр третьей совпадает с центром

5 сердечника, при этом крайние секции третьей обмотки включены согласно между собой и встречно со средней с1екцией.

Кроме того, четвертая обмотка охва-(() тывает сердечник и выполнена в виде четырех узких секций, включенных согласно и расположенных так, что две средние секции расположены между стыками секций первой и третьей обмоток, а две крайние - между концами сердечника и стыками секций третьей обмотки.

Возбуждение феррозонда осуществляется токами двух различных частот, для чего и используются соответствующие обмотки возбуждения, 20

Точность измерения повышается за счет того, что в предложенном устройстве весь объем сердечника пбдвергается перемагничиванию в тех местах (на стыках секций)„ где сердечник не 25 перемагничивается переменным полем одной частоты, он неминуемо перемагни- . чивается полем другой частоты. Кроме того, точность,измерения повышается эа счет размещения секций четвертой Зр (измерительной) обмотки в местах, где поля возбуждения достаточно однородны.

На фиг. 1 схематически изображена конструкция феррозонда с тремя обмот- З ками; на фиг. 2 — то же, с четырьмя обмотками.

Ферроэонд (фиг.1) содержит ферромагнитный стержневой сердечник 1, выполненный, например, иэ желеэоникелевого сплава, первую обмотку, выпол- 40 ненную в виде двух секций 2 и 3 со стыком s тTоoч кwtе 44, включенных встречно, вторую обмотку 5, распределенную по всей длине сердечника 1, третью обмотку, выполненную в виде трех 45 секций 6,7 и 8 со стыками в точках

9 и 10, расположенных так,. что две иэ них б и 8 симметричны центру сердечника 1, а центр третьей секции 7 совпадает с центром сердечника 1, при «р этом крайние секции 6 и 8 включены согласно между собой и встречно со средней секцией 7. Секции 2 и 3 обмотки используются в качестве обмоток. возбуждения, секция 5 - в качестве измерительной обмотки.

K+Me того, предложенный ферроэонд (фиг.2) содержит четвертую обмотку, выполненную в виде четырех секций 11, 12, 13 и 14, включенных согласно и расположенных .так, что N две секции 12 и 13 находятся между стыками первой (точка 4)- и третьей (точки 9 и 10) обмоток, а две другие секции 11 и 14 — между концами сердечника 1 и стыками секций третьей 65 обмотки (точки 9 и 10). Секций 2, и 6,7,8 обмотки используются в качестве обмоток возбуждения, секции

11, 12, 13 и 14 — в качестве измерительной обмотки.

Ферроэонд работает-Следующим образом.

Возбуждение феррозонда (фнг.1) производится переменными .токами двух различных частот, для чего первая обмотка, имеющая секции 2 и 3 под ключается к генератору одной частоты (не показан),вторая обмотка 5, распределенная по всей длине сердечника 1 подключается к генератору другой частоты (не показан). Амплитуда токов обеих частот устанавливаются достаточными для глубокого магнитного насыщения сердечника 1. Эа счет возбуждения сердечника 1 переменными токами на зажимах третьей обмотки, имеющей секции 6,7 и 8, при наличии внешнего магнитного поля, возникает

ЭДС, несущая информацию о значении измеряемой компоненты этого поля, совпадающей по направлению с продольной осью сердечника 1.

При наличии у предложенного феррозонда четвертой обмотки (фиг.2) возбуждение производится переменными токами двух различных частот, для чего первая обмотка, имеющая секции

2 и 3 подключается к генератору одной частоты, а третья обмотка, имеющая секции 6,7 и 8, - к генератору другой частоты. Амплитуды токов обеих частот устанавливаются достаточными.для глубокого магнитного насыщения сердечника 1. 3а счет возбуждения сердечника 1 переменными токами на зажимах четвертой обмотки, имеющей секции 11, 12, 13 и 14, при наличии внешнего магнитного поля,появляется ЭДС, несущая информацию о значении измеряемой компоненты этого поля, по направлению совпадающей с продольной осью сердечника 1. Вторая обмотка 5 в данном случае может быть использована как калибровочная.

Найдем основные составляющие спектра выходной ЭДС ферроэонда. Пусть измеряется постоянное внешнее поле, Вд р М const t g 0, Выходная ЭДС феррозонда описывается выражением где A — коэффициент, зависящий от площади поперечного сечения сердечника 1, количества витков в секциях измерительной обмотки и взаимного расположения и включения секций между собойg

- угол между вектором В измеряемого поля и продольной осью сердечника 1;

864200,Ф вЂ” мгновенное значение относительной магнитной дифференциальной проницаемости сердечника 1 с учетом его формы.

Апроксимируем кривую намагничивания сердечника укороченным полиномом вида В =aH — ЬН, где аи Ь положительные коэффициенты аппроксиации. Амплитуды переменных полей двух различных частот будем считать равными.

При возбуждении феррозонда переменными токами двух различных частот си„ и Ю 1 информацию об измеряемом поле В несут не только вторые гармоники 2 щ, и 2 wg но также разно15 стная ((v„-(й ) и суммарная (иг, + о ) частоты. ч.

Поэтому предложенный феррозонд можно испольэовать как в рамках известных схем магнитометров, реализую- 0 щих способ выделения второй гармрники выходной ЭДС, так и в рамках новых схем магнитометров, реализующих способ выделения разностной частоты.

Преимущество предложенной ферроэонда применительно к обеим схемам магнитометра заключается в том,что при указанном секционном расположении обмоток и использования для возбуждения сердечника по крайней мере, 30 двух обмоток весь объем сердечника полностью перемагнивается, причем в тех местах (вблизи стыков секций), где сердечник не перемагничивается. полем одной частоты, он неминуемо 35 перемагничивается полем другой частоты, что приводит к повышению точиоати измерения параметров магнитного поля. Во втором .варианте предложенного феррозонда повышение точности из ний достигается, кроме 40 того, за счет изготовления измерительной обмотки в виде четырех узких секций, расположенных в местах наибольшей однородности полей возбуждения. Все это позволяет уменьшить 45 смещения нуля и уровень шумов феррозонда примерно на порядок по сравнению с известным и тем самым повысить точность измерений.

При сопоставлении предложенного 50 феррозонда с широко распространенны! ми двухстержневыми феррозондами следует подчеркнуть, -что предложенный .одностержневой феррозонд имеет более определенную магнитную ось, что не только облегчает его юстировку в блоке, но и гарантирует более высОкую стабильность положения этой оси, уменьшая тем самым погрешность направленности. Использование одного сердечника вместо двух позволяет также создать более технологичные и компактные конструкции феррозоидов.

Формула изобретения

1. Феррозонд, содержащий ферромагнитный стержневой сердечник, первую обмотку, выполненную в виде двух включенных встречно секций, охватывающих сердечнйк и расположенных симметрично относительно его центра, вторую обмотку, распределенную по .всей длине сердечника, о т л и ч а ю,шийся тем, что, с целью повышения точности измерения компонент вектора внешнего магнитного поля, он снабжен третьей и четвертой обмотками, причем третья обмотка выполнена в виде трех секций, охватывающих сердечник и расположенных на нем так, что две из них симметричны его центру, а центр третьей совпадает с центром сердечника, при этом крайние секции третьей обмотки включены согласно между собой и встречно со средней секцией.

2. Феррозонд по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что четвертая обмотка охватывает сердечник и выполнена в виде четырех узких секций, включенных согласно и расположенных так, что две средние секции расположены между стыками секций первой и третьей обмоток, а две крайниемежду концами сердечника и стыками секций третьей обмотки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 2707774, кл. 343-43, 1956.

2. Патент США М 2861244, кл. 324-43, 1957.

864200

Тираж 735. Подписное

-ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Закаэ 7777/67

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4

Составитель Г. Семенова

Редактор E. Дорошенко Техред М. Голинка Корректор С.. Щомак