Феррозонд Советский патент 1991 года по МПК G01R33/02 

1

(21)4624662/21

(22)26.12.88

(46) 30.05.91.Бюл. №20

(72) Л.К.Сафронов и Т.С.Миронова

(53)621.317.44(088.8)

(56)Афанасьев Ю.В. Феррозондовые приборы. Л.: Энергоатомиздат, 1986, с.153.

(54) ФЕРРОЗОНД

(57)Изобретение относится к магнитным измерениям с помощью прибора с ферро- зондовыми датчиками и может быть использовано при разработке измерителей инфранизкочастотных магнитных полей. Цель изобретения - расширение частотного диапазона за счет уменьшения остаточного намагничивания концентратора. Устройство содержит магнитный концентратор 1, состоящий из двух полусердечников 2 и 3, между которыми расположен модулятор 4 с размещенными на нем обмотками возбуждения 5, измерения 6, компенсации 7 и смещения 8. Полусердечники 2 и 3 состоят из 2п кольцевых элементов, в каждом из которых размещена секция обмотки 9 размагничивания. Секции обмотки 9 соединены последовательно-встречно, создавая в смежных кольцевых элементах полусердечников магнитные индукции противоположного направления. Предлагаемая структура концентратора позволяет на два порядка уменьшить его остаточную намагниченность, что позволяет измерять магнитные поля с частотой от 0,001 Гц. 2 ил.

. CL

fc

Ј

о ел

I4D О СП

о

XT

Фиг 1

Изобретение относился к магнитным измерениям с помощью приборов с феоро- зондоеыми датчиками и может быть ис- пользопано при разработке измерителей инфранизких магнитных полей.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона феррозонда за счет уменьшения остаточного намагничивания концентраторов.

На фиг. 1а показано устройство феррозонда: на фиг. 16 - спадающий знакопеременный ток размагничивания; на Фиг. 2а - условное изображение магнитных элементов полусердечника концентратора в зеркальной символике; на фиг. 26. в - токи размагничивания нечетного и четного соответственно элементов полусердечиика.

Феррозонд состоит из магнитного концентратора 1, включающего в себя магнитные полусердечники 2 и 3, между которыми расположен модулятор -4, содержащий обмотки возбуждения 5, измерения б, компенсации 7 и смещения 8.

На полусердечниках концентратора размещена многосекционная оомотка У размагничивания, которая состоит из секций 9-1, 9-29-40, расположенных на отдельных кольцевых магнитных элементах 10-1, 10-210-40 концентратора.

В общем случае кольцевые элементы могут быть разделены слоем немагнитного материала и выполнены в виде цилиндров, примыкающих друг к другу.

Феррозонд работает следующим образом.

До начала измерений индукции внешнего поля tie (фиг. 1а) необходимо расмаг- нитить концентратор 1, который может быть намагничен предыдущими более мощными магнитными полями, что искажает измеряемое поле.

Полусердечники 2 и 3 концентратора 1 содержит для определенности по 20 отверстий каждый. На полусердечнике 3 расположены отверстия, образующие регулярную структуру идентичных магнитных элементов 10-1, 10-2, ... 10-20. На лолусердечнике 2 расположены отдельные магнитные элементы 10-21, 10-2210-40.

Элементы полусердечников объединены в пары. Элементы 10-1 и 10-2 образуют первую пару, 10-3 и 10-4 - вторую и т.д. Число пар п на каждом полусердечнике для определенности структуры равно 10. Через отверстия элемента 10-1 одновитко- вый провод обмотки 9 размагничивания проходит сверху вниз, т.е. ток секции 9-1 приводит в какой-то мгновенный отрезок времени размагничивание элемента 10-1 против часовой стрелки (фиг. 1а). Через элемент 10-2 ток секции 9-2 обмотки размагничивания проходит в обратном направлении, размагничивая элемент 10-2 в встречном элементу 10-1 направлении. Период размагничивания рявен Т0, а в промежутке между токами размагничивания (ц t T0) измеряется сигнал Be (фиг. 16). Остальные пары устроены идентично, образуя структуры концентратора, напоминающие фрагмент

шахматной доски. На фиг. 2а изображена структура концентратора в зеркальной символике, а на фиг. 26 и 2в приведен противофазный ток размагничивания любой пары на примере первой пары элементов.

Сущность изобретения заключается в том, что весь объем к полусердечников концентратора разбивается на п малых кольцевых отдельных элементов, каждый из которых имеет V0 (объем, равный VK/D) и

размагничивается в противоположном, чем соседний элемент, направлении, что уменьшает остаточную намагниченность и шумы концентратора.

Известно, что шум магнитного материала Ф(и определяется.выражением

-VK.

jrv m

О)

где Ф- изменение потока, создаваемого при скачке Баркгаузена;

m - магнитный момент обьема, создающего скачок;

I - остаточная намагниченность пол- усердечника концентратора.

Если объем материала уменьшается в п

раз, а элементарные объемы V0 имеют

круговую намагниченность, физически

не создающие магнитных полюсов, то шум

концентратора становится равным

Фшо

Ф

:fT-VK.

(2)

Для уменьшения остаточной намагниченности полученной дискретной структуры она выполняется в виде шахматной доски, когда области намагничивания в двух ортогональных направлениях чередуются со

знаком то +, то -, либо в виде цилиндрической магнитной структуры, что уменьшает магнитостатическую энергию образца. Такая структура обеспечивается пере- магничиванием соседних элементов в противоположном направлении. Воздействие противофазного спадающего пбля на соседние элементы эквивалентно эффекту много- крагного суммирования, уменьшающему суммарную остаточную намагниченность в 102 - Ю3раз.

Таким образом, суммарный шум концентратора становится равным

Ф

-,-

V п Ve

(3)

При делении (3) на (1) получим мультипликативный коэффициент ослабления К0 шума концентратора, равный

V -1

Ко --

vn е

(4)

где е - 10/ A lo - отношение средней остаточной to намагниченности элементов пары к Л10 отклонению от среднего. Очевидно.что суммарная намагниченность концентратора равна

Iz-l-Ko-(5)

Если п 10, е - 10 - 40 , получим Ко У 0,01-0,03. т.е. шум концентратора (или суммарная намагниченность) уменьшается приблизительно на два порядка по сравнению с конструкциями из сплошного ферромагнитного материала.

В процессе размагничивания для обест печения высокой точности измерений We целесообразно довести шум концентратора до шума модулятора Фщ мод , определяемого аналогично (1)

|70-7 9-1

Л

Ф

-- Р V-.д

Ю

Приравняв (6) и (3), получим выражение для

оптимального обьема полусердечникд кон центратора

VK - V,10fl п е(7)

После подстановки 14) в (7) имеем

W VMOfl/K02(8)

Таким образом, в предложенном феррозонде благодаря уменьшению остаточной намагниченности концентраторов диапазон измерений расширяется в область низких частот до уровня 0,001 Гц.

Формула изо Сретения

Феррозонд, содержащий модулятор, на котором расположены обмотки возбуждения, смещения, измерения и компенсации, и магнитный концентратор, включающий в

себя два магнитных полусердечника, на ко-, торых расположена многосекционная об мотка размагничивания, отличающий- с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона устройства, полусердечники концентратора выполнены в виде структуры, содержащей п пар отдельных кольцевых магнитных элементов, через которые проходят секции обмотки размагничивания, включенные встречно внутри смежных элементов пары.