ФЕРРОЗОНД Советский патент 1973 года по МПК G01R33/00 

1

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для одновременного измерения трех ортогональных компонент вектора магнитной индукции в заданной точке пространства.

Известные решения указанной задачи предполагают одновременно использование трех стержневых феррозондов, ориентированных вдоль соответствующих осей, либо одновременное использование двух кольцевых феррозондов.

Известное устройство содержит ферромагнитный сердечник в виде кольца, изготовленный из пермалоевой ленты, поверх которого нанесена тороидальная обмотка возбуждения и две ортогонально расположенные одна относительно другой измерительные обмотки, лежащие в плоскости кольца, и позволяет одновременно измерять две ортогональные компоненты вектора магнитной индукции, которые лежат в плоскости кольца.

Недостатком известного устройства является невозможность одновременного измерения трех ортогональных компонент вектора магнитного поля. Эта задача решается только благодаря применению дополнительного стержневого или кольцевого феррозонда, что снижает точность измерения.

Цель изобретения - повысить точность измерения и обеспечить одновременность измерения трех компонент вектора магнитной индукции. Эта цель достигается тем, что феррозонд снабжен установленной ортогоналыю образующей цилиндра дополнительной третьей измерительной обмоткой, а ферромагнитный сердечник выполнен в виде укрепле)ных на корпусе двух замкнутых витков эллиптической формы, например из пермалоевой проволоки, расположенных ортогонально друг друга и под углом 45° к образующей цилиндра, причем точки пересечения витков сердечника расположены в плоскости дополнительной измерительной обмотки.

Кроме того, для обеспечения одинаковой чувствительности по всем трем компонентам измеряемого вектора магнитной индукции измерительная обмотка, плоскость которой ортогональна линии, соединяющей точки пересечения эллиптических витков сердечника, содержит в У2 раз меньше витков, чем каждая из двух других измерительных обмоток.

Предлагаемый феррозонд позволяет уменьшить погрешность измерения в неоднородных магнитных полях за счет уменьшения объема феррозонда, связанного с наличием совмещенного магнитного центра для всех трех компонент измеряемой индукции.

На фиг. 1 изображены сердечники и обмотка возбуждения предлагаемого феррозонда;

на фиг. 2 схематически изображены измерительные обмотки предлагаемого феррозонда; на фиг. 3 приведены эквивалентные длины и число эквивалентных прямолинейных сердечников вдоль соответствующих осей феррозонда.

Предлагаемый феррозонд состоит из керамической трубки 1, на которой расположены два замкнутых эллиптических ферромагнитных сердечника 2, например, из пермаллоевой проволоки. На трубке 1 расположена тороидальная обмотка 3, являющаяся обмоткой возбуждения феррозонда. Измерительные обмотки 4 и 5 располагаются во взаимно ортогональных плоскостях, проходящих через ось цилиндра, а обмотка 6 располагается в плоскости, ортогональной образующей цилиндра. С выходных клемм этих обмоток снимаются э. д. с., пропорциональные измеряемым компонентам магнитной индукции внешнего поля.

Феррозонд помещается во внешнее магнитное поле и от генератора в тороидальную обмотку 3 подается переменный ток возбуждения. Под действием компонент вектора внешней магнитной индукции в измерительных обмотках феррозонда 4, 5 Е 6 наводятся э. д. с. второй гармоники частоты возбуждения. Эти сигналы усиливаются, детектируются и измеряются с помощью трех измерительных приборов.

Для обеспечения одинаковой чувствительности предлагаемого феррозонда по всем трем компонентам измеряемого вектора магнитной индукции, измерительная обмотка, плоскость витков которой ортогональна линии, соединяющей точки пересечения витков сердечника, содержит в У2 раз меньше витков, чем каждая из двух других измерительных обмоток.

Это объясняется следующим образом.

Показанное на фиг. 1 расположение двух замкнутых эллиптических витков 2 по отпощению к измерительным обмоткам 4, 5 ti 6 обеспечИ1вает один-аковую намашниченаость сердечника по всем трем составляющим вектора магнитной индукции. Проекции намагниченности сердечника 2 на оси (нормали к плоскости БИТКОВ) соответствующих измерительных обмоток представлены на фиг. 3. Два эллипса сердечника проектируются на плоскость витков обмотки Вг, проходящую через координатные оси X и Y, как две совмещенные окружности единичного диаметра (фиг. 3, а), соответствующего диаметру трубки /. Эти окружности, в свою очередь, проектируются на ось обмотки BZ, в виде четырех эквивалентных прямолинейных сердечников длиной, равной диаметру трубки. На фиг. 3,6 показаны проекции двух эллипсов сердечника 2 на плоскость витков обмотки Вх, на ось которой также проектируются четыре эквивалентных прямолинейных сердечника единичной длины. На плоскости витков обмотки By

проекции эллипсов сердечника 2 вырождаются в две пары совмещенных прямых (фиг. 3,0), которые на оси этой обмотки также проектируются в виде четырех прямолинейных сердечников единичной длины.

Таким образом, длина и число эквивалентных сердечников, проектируемых на оси всех трех обмоток, одна и та же. Но поскольку оси обмоток 5х и BZ расположены под углом

45° к плоскостям ;эллипсов сердечника, а ось обмотки By совпадает с плоскостями эллипсов, одинаковая чувствительность феррозонда к каждой составляющей вектора магнитной индукции будет достигнута при условии,

если число витков обмотки Вх и BZ будет одинаковым, а число витков обмотки By в У2 раз меньше.

При совмещении вектора магнитной индукции с больщой осью одного из эллипсов сердечника, другой его эллипс, лежащий в перпендикулярной плоскости по отношению к вектору магнитной индукции, намагничиваться не будет (фиг. 3,г). Намагничивающийся же первый эллипс сердечника можно рассматривать в виде двух прямолинейных сердечников с эквивалентной длиной У2. Этот эллипс вырабатывает в обмотках Вх и BZ сигнал, пропорциональный 2 У2, что и должно иметь место при указанной ориентации вектора поля

относительно осей обмоток (4 cos У2). Таким образом, предлагаемый феррозонд имеет одинаковые круговые диаграммы направленности в соответствующих трех плоскостях.

Предмет изобретения

1.Феррозонд, содержащий цилиндрический керамический корпус, замкнутый ферромагнитный сердечник, обмотку возбуждения и измерительные обмотки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и обеспечения одновременности измерения трех компонент вектора магнитной индукции, он снабжен установленной ортогонально образующей цилиндра дполнительной третьей измерительной обмоткой, а ферромагнитный сердечник выполнен в виде укрепленных на корпусе

двух замкнутых витков эллиптической формы, расположенных ортогонально относительно друг друга и под углом 45° к образующей цилиндра, причем точки пересечения витков сердечника расположены в плоскости дополнительной измерительной обмотки.

2.Феррозонд по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения одинаковой чувствительности по всем трем компонентам измеряемого вактора магнитной индукции, измерительная обмотка, плоскость которой ортогональна линии, соединяющей точки пересечения эллиптических витков сердечника, содержит в У2 раз меньше витков, чем каждая из

двух других измерительных обмоток.

2 .

2О ю х о

ь,

Фиг. 3