ИНДУКЦИОННЫЙ ДАТЧИК РАДИАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АКСИЛЬНО-СИММЕТРИЧНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ Российский патент 2015 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к области лабораторных электрических измерений и может быть применено для измерения напряженности неоднородных аксиально-симметричных магнитных полей.

Аналогом изобретения является типичная измерительная катушка. Она изготовляется из тонкого медного провода диаметром 0,05-0,1 мм в количестве 10-100 витков на круглой оправке диаметром порядка 10 мм. При измерениях измерительная катушка помещается в исследуемое магнитное поле. Если исследуемое магнитное поле достаточно однородно в пределах измерительной катушки, то измерения получаются достаточно достоверными. Когда исследуемое магнитное поле существенно меняется в пределах диаметра измерительной катушки, стараются уменьшать диаметр катушки и увеличивать количество ее витков. В итоге снижается достоверность измерений. Поэтому аналог непригоден для измерения структуры неоднородных магнитных полей (Иверонова В.И. Физический практикум. - M.: Наука, 1968, с.121).

Прототипом изобретения является устройство по заявке №2009136787 "Измерительная кольцевая катушка", по которой принято экспертизой решение о выдаче патента на изобретение.

Прототип состоит из двух концентрических обмоток с малым зазором между ними и бифилярным отводом на регистрирующий прибор. Обмотки соединены электрически последовательно, а по магнитным потокам встречно.

Действует прототип следующим образом. Он вставляется в исследуемое магнитное поле соосно, т.е. предполагаемая ось прототипа совмещается с предполагаемой осью исследуемого магнитного поля. Если исследуемое магнитное поле меняется синусоидально, то на бифилярном отводе регистрирующий прибор покажет уровень магнитного поля, приходящегося на радиальный зазор упомянутых концентрических обмоток. Перемещая такой датчик по оси исследуемого магнитного поля, можно получить аксиальную зависимость магнитного поля на радиусе радиального зазора датчика. Это особенно важно, если размеры исследуемого магнитного поля ограничены, а чувствительность типовой кольцевой катушки недостаточна для проведения измерений.

Недостаток прототипа состоит в том, что он пригоден для регистрации магнитного поля только на радиусе, заданном при изготовлении датчика, а для радиальных измерении нужно изготовлять серию таких датчиков.

Отмеченный недостаток устраняется с помощью предлагаемого устройства. Конструктивно оно состоит из серии концентрических измерительных катушек с одинаковым количеством витков и малым радиальным зазором между ними, с электрически последовательным соединением между ними и бифилярными отводами от каждого соединения, и вся серия концентрических обмоток смонтирована в одной плоскости.

Действует предлагаемое устройство следующим образом. Оно вводится в исследуемое магнитное поле соосно, как и прототип, и фиксируется на протяжении всего времени пока регистрируются сигналы с каждого отвода с помощью измерительного прибора.

Значение магнитного поля на радиусе зазора r_i+1 между измерительными секциями определяется разностью сигналов со смежных секций e_ri+1-e_ri.

ЭДС индукции, возникающей в секции определяется известной формулой

e=4,44fnBS,

где f - частота синусоидального изменения магнитного поля,

n - число витков в секции,

B - амплитуда синусоидально изменяющегося магнитного поля,

S - площадь контура измерительной секции.

Для секции с номером i+1 сигнал будет

e=4,44fnB_i+1π(ri+Δ)²

где Δ - радиальный зазор между смежными секциями,

B_i+1 - амплитуда синусоидально изменяющегося магнитного поля в зазоре с радиусом r_i+1.

Итоговая формула для определения магнитного поля в заданном зазоре будет иметь вид

$$B_{i+1}=\frac{e_{ri+1}-e_{ri}}{\mathrm{8,88}\pi fnri\Delta }=const\frac{e_{ri+1}-e_{ri}}{ri}$$

Для получения пространственной структуры исследуемого магнитного поля достаточно будет соответственно аксиально переместить предлагаемое устройство известным способом и зафиксировать соответствующие сигналы с бифилярных отводов при фиксированных аксиальных координатах предлагаемого устройства.

Рационально иметь количество секции в количестве 2, 6, 13…, как это делается в канатно-кабельной промышленности, для получения плотной бифилярнии скрутки.

В качестве примера на фиг.1 представлена конструкция датчика, на фиг.2 показана схема электрических соединений в датчике.

Изобретение предназначено для исследования структуры аксиально-симметричных магнитных полей. Устройство конструктивно представляет собой серию коаксиальных измерительных катушек, расположенных на малом расстоянии друг от друга. Указанные измерительные катушки соединены последовательно. Для проведения измерений бифилярный отвод от каждого из указанных последовательных соединений между катушками соединяют с измерительным прибором. Разность сигналов со смежных измерительных катушек позволяет определить величину напряженности магнитного поля, соответствующую данному расстоянию от центра измерительной системы. Технический результат заключается в обеспечении возможности получения данных о пространственной структуре исследуемого магнитного поля. 2 ил.

Индукционный датчик радиального распределения аксиально-симметричного магнитного поля, состоящий из диэлектрического каркаса и электрической обмотки с бифилярно отходящими проводами, отличающийся тем, что электрическая обмотка состоит из серии соосных концентрических секций с равным количеством витков и малым эквидистантным зазором между ними, с последовательными электрическими соединениями между ними и бифилярными отводами от каждого соединения между секциями, при этом все секции смонтированы в одной плоскости.