ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ Российский патент 1998 года по МПК H01F17/04 H01F5/00 

Изобретение относится к устройствам индикации и измерения электрических и магнитных полей.

Известен индуктивный датчик близости Шпинева И.Н., содержащий корпус, размещенный в нем броневой сердечник из магнитного материала и расположенную в плоскости сердечника измерительную катушку индуктивности, намотанную на центральный выступ сердечника. (RU, патент N 1837153, G 01 B 7/00, H 03 K 18/945, 30.08.93).

Недостатком известного датчика состоит в том, что поверхность стакана броневого сердечника экранирует электромагнитное поле, индуцируемое измерительной катушкой индуктивности, сосредотачивая его в центре датчика. В электромагнитном поле такого датчика содержится в основном магнитная составляющая. Изменение ее относительно равномерно и воздействие извне на такое магнитное поле (например, появление в зоне ЭМП какого-либо предмета) вызывает незначительные изменения в его структуре. Заметные изменения магнитной составляющей поля известного датчика возможны только при непосредственном контакте с исследуемым объектом. Это обуславливает низкую чувствительность датчика. Кроме того, поскольку датчик заметно реагирует только на изменение магнитной составляющей электромагнитного поля, это также приводит к снижению чувствительности и к снижению достоверности информации, так как электрическая составляющая ЭМП при измерениях практически не используется.

Наиболее близким к предлагаемой измерительной катушке индуктивности является устройство для регистрации электромагнитного поля, возникающего в трещинообразовании горных пород, в котором измерительная катушке индуктивности содержит тороидальный сердечник из магнитного материала и катушку индуктивности, намотанную на этот сердечник. (RU, патент N 2006884, G 01 R 3/00, 30.01.94).

Недостатком известного устройства состоит в том, что в электромагнитном поле, формируемом измерительной катушкой, присутствует в основном магнитная составляющая. Это не позволяет получить полный объем информации об изменениях в ЭМП катушки при взаимодействии ее электромагнитного поля с объектом-источником излучения, или с объектом, находящимся в зоне ЭМП измерительной катушки. Это объясняется тем, что при этих взаимодействиях фиксируют изменения ЭМП поля измерительной катушки, вызванные реакцией лишь на индуктивную составляющую комплексного сопротивления объекта взаимодействия. Электрическая составляющая ЭМП измерительной катушки в измерениях практически не участвует. Это не позволяет использовать информацию от объекта взаимодействия, формируемую также и индуктивной составляющей его комплексного сопротивления. Таким образом, известная измерительная катушка индуктивности использует в основном информацию от объекта взаимодействия, содержащуюся в магнитной составляющей электромагнитного поля объекта. Это снижает как чувствительность известной измерительной катушки, так и достоверность полученной информации.

Таким образом, известные измерительные катушки индуктивности, описанные в аналоге и прототипе, при их осуществлении не позволяют достичь технического результата, заключающегося в повышении чувствительности и достоверности полученной информации.

Задача предлагаемого изобретения - создание измерительной катушки, которая при ее осуществлении позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении чувствительности при измерении и в повышении достоверности полученной информации.

Суть изобретения заключается в том, что в измерительной катушке индуктивности, содержащей сердечник из магнитного материала и катушку индуктивности, намотанную на сердечник, сердечник имеет форму плоского кольца и выполнен из магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, а катушка выполнена многослойной и намотана по окружности на наружную поверхность кольца, при этом толщина намотки катушки близка или равна толщине кольца сердечника, а длина катушки близка или равна высоте кольца сердечника.

Технический результат достигается следующим образом. Благодаря тому, что сердечник катушки имеет форму плоского кольца, а катушка намотана по окружности на наружную поверхность кольца, обеспечивается сосредоточение электромагнитного поля в виде сферы по наружной поверхности кольца сердечника. В результате ЭМП измерительной катушки концентрируется не в центре, а снаружи кольца сердечника, что позволяет более полно использовать при измерениях формируемое катушкой электромагнитное поле. Это повышает чувствительность измерительной катушки и достоверность полученной информации. Выполнение сердечника в виде плоского кольца, толщины намотки измерительной катушки близкой или равной толщине кольца сердечника, а длины - близкой или равной высоте кольца сердечника обеспечивает равномерное распределение электрического и магнитного полей. Это обеспечивает при взаимодействии с исследуемым объектом съем максимальной информации как по магнитной, так и по электрической составляющей ЭМП, что повышает как чувствительность измерительной катушки, так и достоверность полученной информации. Высокая магнитная проницаемость сердечника позволяет работать со слабыми магнитными полями за счет снижения гестерезиса.

Выполнение катушки многослойной увеличивает ее собственную емкость и снижает добротность. Это способствует легкому возникновению свободных колебаний в эквивалентном колебательном контуре катушки как при подключении ее к источнику питания, так и при взаимодействии с исследуемыми источниками электромагнитного или магнитного полей, что также позволяет фиксировать слабые электромагнитные поля, т.е. повышает чувствительность катушки. Кроме того, формируемое катушкой электромагнитное поле информативно. Это объясняется тем, что эквивалентная схема многослойной катушки в загрубленном виде представляет собой параллельной колебательной LC - контур, колебания в котором имеют вид затухающих периодических колебаний. Спектр такого вида колебаний полигармонический. Следовательно, и формируемое предлагаемой измерительной катушкой ЭМП как при взаимодействии катушки с исследуемым источником ЭМП, так и при ее подключении к источнику питания, также является полигармоническим. Наличие большого числа гармонических составляющих повышает информативность ЭМП, так как позволяет заметить даже незначительные изменения в ЭМП катушки при ее взаимодействии с объектом исследований. В результате повышается чувствительность и достоверность полученной информации.

Таким образом, предлагаемая измерительная катушка индуктивности при ее осуществлении позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении чувствительности и достоверности полученной информации.

На чертеже изображена измерительная катушка индуктивности (вертикальный разрез).

Измерительная катушка индуктивности содержит сердечник 1 в форме плоского кольца, выполненный из магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью. На наружную поверхность кольца сердечника 1 по окружности намотана катушка индуктивности 2. Катушка 2 выполнена многослойной. Толщина намотки катушки 2 близка или равна толщине кольца сердечника 1, а длина катушки 2 близка или равна высоте кольца сердечника 1.

Устройство используют следующим образом.

Предлагаемую измерительную катушку индуктивности используют в пассивном и активном режиме.

В пассивном режиме измерительную катушку помещают в зону действия электромагнитного поля исследуемого объекта. Затем, например, по наличию и величине наведенного в катушке индуктивности электрического тока судят о наличии и параметрах исследуемого электромагнитного поля.

В активном режиме измерительную катушку подключают к источнику питания. В результате вокруг катушки формируется электромагнитное поле. Катушку помещают в исследуемую область, что приводит к изменению параметра исходного электромагнитного поля измерительной катушки. По характеру изменений параметров ЭМП измерительной катушки (например, изменение магнитной индукции, напряженности или изменение величины тока в измерительной катушке) судят о характере исследуемого объекта (структура, агрегатное состояние и т.д.).

Измерительная катушка индуктивности 2 для устройства индикации и измерения электрических и магнитных полей намотана на сердечник 1 из магнитного материала с высокой магнитной про ницаемостью. Сердечник 1 имеет форму кольца. Намотка многослойная по окружности наружной поверхности кольца сердечника 1. При этом, толщина намотки катушки 2 близка или равна толщине кольца сердечника 1, а длина катушки 2 близка или равна высоте его кольца. Такое выполнение обеспечивает повышение чувствительности и повышение достоверности подученной информации. 1 ил.

Измерительная катушка индуктивности, содержащая сердечник из магнитного материала и катушку индуктивности, намотанную на сердечник, отличающаяся тем, что сердечник имеет форму плоского кольца и выполнен из магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, а катушка выполнена многослойной и намотана по окружности на наружную поверхность кольца, при этом толщина намотки катушки близка или равна толщине кольца сердечника, а длина катушки близка или равна высоте кольца сердечника.