Способ измерения магнитной индукции постоянных магнитов Советский патент 1992 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к геофизике, а именно к контролю магнитной индукции постоянных магнитов сейсмоприемников в процессе их сборки и эксплуатации, и может найти применение в геофизическом приборостроении, сейсмометрии, а также в технике определения характеристик магнитных систем с постоянными магнитами.

Известен способ определения магнитной индукции, включающий изготовление измерительного датчика в виде ампулы с жидкостью и охватывающей ее катушки, подачу в катушку сигнала с высокочастотного генератора до резонансного совпадения с частотой f прецессии ядер атомов вещества жидкости, усиление сигнала, фазочувст- вительное выпрямление и измерение частоты. Способ использует связь частоты f прецессии ядер с магнитной индукцией:

0)

В-Йггде у - гиромагнитное отношение магнитного момента ядра атомов данного вещества к моменту движения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения магнитной индукции, основанный на периодическом

перемещении измерительной катутики в магнитном поле, включающий изготовление измерительной катушки, закрепление ее на торце пьезоэлектрического кристалла, помещение катушки в зазор измеряемого магнита, подачу на вибратор сигнала от генератора гармонических колебаний, усиление выходного сигнала с катушки, детектирование, интегрирование и измерение сигнала в единицах магнитной индукции. К недостаткам способа, кроме погрешностей детектирования сигнала, можно отнести пониженную достоверность из-за отличия режима контроля магнитов от их условий работы в реальных сейсмоприемниках. Целью изобретения является повышение точности при измерении магнитной индукции магнитов сейсмоприемников. Указанная цель достигается тем, что в способе измерения магнитной индукции постоянных магнитов, включающем возбуждение, путем подачи электрического сигнала, колебаний датчика магнитной индукции, измерительная катушка которого с известным параметром k помещена в зазор магнита, измерение выходного сигнала Ем с катушки и определение магнитной индукции В, в ка(Л

С

vj ел ел ю

ю

честве датчика магнитной индукции используют колебательный механизм сейсмопри- емника, возбуждение осуществляют путем подачи ступени постоянного тока I. размером, обеспечивающим отклонение колебательного механизма в пределах рабочего диапазона амплитуд, измерение выходного сигнала проводят о режиме собственных колебаний после выключения тока I, а значение магнитной индукции находят по фбрмуле

, I

где постоянная С определяется для сейс- моприемников поступательного вида по формуле:,

m w0 e

, 2

а для сейсмоприемников вращательного вида по формуле:

К и) е

nJlfi

2

где К - момент инерции;

ub - круговая частота собственных колебаний;

L- расстояние от точки подвеса до центра катушки;

р - степень затухания;

fi - номер измеряемой амплитуды выходного сигнала;

m - масса подвижного инертного тела.

Способ реализуется с помощью устройства, структурная схема которого показана на чертеже. На чертеже обозначено: колебательный механизм 1 сейсмоприемника, на основании 2 которого установлен контролируемый магнит 3, измерительная катушка 4. жестко закрепленная на колебательном механизме, являющемся датчиком магнитной индукции, источник постоянного тока 5 с ключом Ki, измеритель б ЭДС Ем. На измерительной катушке 4 показана измерительная обмотка 7 с известным параметром k и обмотка успокоения 8 с ключом К2. К измерительной катушке может быть подключен осциллограф 9 для контроля формы синусоиды и состояния успокоения колебательного механизма. В схему может быть введено решающее устройство с выводом полученного значения магнитной индукции В на цифровой индикатор.

В основу способа положен закон электромагнитной индукции, согласно которому а процессе перемещения измерительной катушки в линейном поле постоянного магнита при условии взаимной перпендикуляр0

5

0

5

0

ности векторов скорости перемещения и плотности потока магнитной индукции в катушке наводится электродвижущая сила Е, равная

E Bnlcx,(2)

где В - магнитная индукция:

п - число витков катушки;

1С - средняя длина одного витка,

х - скорость перемещения катушки.

Заметив, что отношение Е/Ј определяет величину S - чувствительность сейсмоприемника, магнитную индукцию В можно представить в виде:

в-тйили В k-S, (3)

где k -j- параметр катушки.

Входящая в формулу (3) чувствительность S в явном виде не удобна для массового контроля магнитов, поскольку требует определения с контролируемым магнитом. Из выражения для переходного процесса колебательного механизма с измерительной катушкой при условии возбуждения ступенькой тока можно получить зависимость (для сейсмоприемника с посту- па те л ь н ):

у

4

m w0 e

подставив которое в формулу (3) получим:

35

В k- m о)0 е

/SoAjtmiy

или

в су15Г

(4)

где постоянная С определяется для сейсмоприемника с поступательным перемещением инертной массы формулой:

tm

С kijm ofe е,(5)

g для сейсмоприемника с вращательным перемещен ием ф ормулой:

К I/ йЛ т

C-f-JKttfee(6)

В этих соотношениях: m - масса колебательной системы для поступательного сейсмоприемника, k - момент инерции маятника вращательного сейсмоприемника, аь - круговая частота собственных колебаний, L - расстояние от точки подвеса маятника до центра измерительной катушки. степень затухания колебательного механизма, лишенного успокоения, tm - время достижения максимума, Ем - значение ЭДС в максимуме.

Величина С является постоянной колебательного механизма с измерительной катушкой. Поскольку степень затухания ft весьма мала (порядка 0,01), с хорошей степенью точности можно принять

° 4

где То - период собственных колеба- п

Ok,

tm

Mo ний. Тогда tm

В этом случае выражения для постоянной С

упрощаются:

для поступательного сейсмоприемника

пЯ/

С Ыт OJb e

для вращательного сейсмоприемника

С jKuJ -e

В принципе коэффициент С может учитывать любую амплитуду колебаний в экспо- ненциальном множителе. Но для сокращения времени, повышения точности и удобства аппаратурной реализации достаточно измерять значение первой амплитуды EI. Тогда п 1.

Важным обстоятельством является то, что абсолютная точность измерения магнитной индукции определяется постоянной погрешностью определения величины С, а относительная погрешность массового контроля магнитов определяется случайными погрешностями измерения ЭДС Ем (при закрепленном для данного типа магнитов значения тока I в пределах рабочего диапазона амплитуд), которая при современной технике измерения может быть сведена к 0,1 %.

Способ осуществляют следующим образом.

Контролируемый магнит 3 устанавливают на основании 2, помещают измерительную катушку в зазор магнита, замыкают ключ К2. замыкают ключ Ki и подают от источника тока 5 постоянный ток известной величины i в измерительную обмотку 7, отклоняющий колебательный механизм в пределах рабочего диапазона амплитуд. После успокоения механизма 1 размыкают ключ и измерителем 6 измеряют выходной сигнал EI, соответствующий амплитуде первого колебания, а значение магнитной индукции В находят по формуле (4).

Практически под устройство для контроля магнитов был приспособлен сейсмоп- риемник СМ-ЗКВ без внешнего кожуха, маятник которого со специально изготовленной измерительной катушкой и разме0

щенной обмоткой в центре катушки (f Шир и- ной, меньшей высоты полюсного наконечника магнита, использовался в качестве датчика магнитной индукции.

Возможное влияние городских микро- сейсм оценивалось из следующих положений: максимальный уровень микросейсм в дневное время в условиях г. Москвы составляет около 0,6 мкм. При чувствительности измерительного устройства Sc

81 -

В -с

m

на частоте 1 Гц шумовая ЭДС

5

0

5

0 5 0

5 0 5

равна 0,5 мВ. Измерение индукции проводи-, лось при токе 0,5 мА и сигнале ЭДС около 500 мВ. Следовательно, в наихудших уелови ях городских микросейсм их доля при измерениях не превышала 0,1 % от полезного сигнала. Формула изобретения Способ измерения магнитной индукции постоянных магнитов, включающий возбуждение колебаний путем подачи электрического сигнала датчика магнитной индукции, измерительная катушка которого с известным параметром к помещена в зазор магнита, измерение выходного сигнала Ем с катушки и определение магнитной индукции В,отличающийся тем, что, с целью повышения точности при измерении магнитной индукции магнитов сейсмоприемни- ков, в качестве датчика магнитной индукции используют колебательный механизм сейсмоприемника. возбуждение осуществляют путем подачи ступени постоянного тока I, величиной, обеспечивающей отклонение колебательного механизма в пределах рабочего диапазона амплитуд, измерение выходного сигнала Ем проводят в режиме собственных колебаний после выключения тока i, а значение магнитной индукции находят по формуле

В С Y E .

где С - постоянная, определяемая для сей- смоприемников поступательного вида по

формуле f

Iпл:/

С Щт e 2

а для сейсмоприемников вращательного вида по формуле:

Гjur/r1

С |Цк«-е 2

где К - момент инерции;

- круговая частота собственных колебаний;«« --.-.

L- расстояние от точки подвеса до центра катушки;

ft- степень затухания;

n - номер измеряемой амплитуды вы-m ходиого сигнала;тела.

масса подвижного инертного

Использование: геофизическое приборостроение, сейсмометрия, виброметрия при определении характеристик магнитных систем с постоянными магнитами. Сущность изобретения: при измерении магнитной индукции в качестве датчика используют колебательный механизм сейс- моприемникз с известными параметрами измерительной катушки, путем анализа максимума его отклика на ступеньку тока известной величины, проведенного в режиме свободных колебаний. 1 ил,

Г