ФЕРРИТОВЫЙ МАГНИТОМОДУЛЯЦИОННЫЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК Советский патент 1973 года по МПК G01R33/00 G01V3/08 

I

Изобретение п,редназ«ачено для регистрации весьма слабых лостоянных И низкочастот«ых магнитных таолей и может быть использовано для регистрации космических и окол-опла)1етных магнитных полей, биомагнитны.ч полей в геофизике и геологоразведке и в других областях науки и техники.

Известен датчик, предложенный Ашенбрен«ерам и Губо, состоящий п-з ферро.ма1ГНИТ;Ного тороиаа, Обмот.ки возбуждения, генератора возбуждения и выходной обмотки. Этот датчик, и.меющий значительио большую широкополосность, чем лермадловвые, нельзя использовать для регистрации слабых магвитных полей.

Предложенный датчик отличается тем, что длинные ферритовые концентраторы присоединены (К ;пе|рема1ПНИ чи;вак щемуся кольцу, чем значительно повы шает1ся чувствительность п.рл малых ЭнергИЯх возбуждения, так как перемагничивающееся кольцо в этом случае может быть сделало очень малым.

Выходные обмотки размещены на концентраторах, что сильно снижает уровень шумов Ба1р1К гаузена, так ка.к катуш:ки выносятся из зоны цтакличбоки перема1лничи вающегося сердечника. Перемашничивающееся кольцо выполнено из материала с вьюокими характеристиками в сильных полях, а концентраторы-

из материала с высокими характеристиками в слабых полях.

Площадь поперечного сечения леремашичиваюшегося 1кольца зна ч«тель:но меньше, чем у концентраторов, что позволяет резко снизить мощность возбуждения праКтически без потери чувствительности. В предложенном датчике использоваи пар аметрический резонанс на второй гармони.ке си:гнала возбуждения, что позволяет очень сильно 1П10днять чувствительность при низком уровие собственных щу.мов и хорошо отфильтровать выощие гармо ники.

На фиг. 1 приведена схема датчика с продольным расположением кольца; на фиг. 2 - схема включения датчика.

Датчик содержит лвремагни.чивающееся п ольцо /, расположенное лараллелыно направлению внешнего магетишного поля. Кольцо выполнено из материала, имеющего удельные потерн на перемагничивание. На кольцо намотана тороидальная обмотка возбуждения 2, перемагничнвающая кольцо. Симметрично к кольцу подходят концентраторы 3 из феррита ic малымн потерями в слабых полях. В плоскостях соприкоановения о ольца с концентраторами путем алмазной полировки и с помощью ферромапнитного клея обеспечивается хороший магнитный контакт. На концентраторы намотана приемная катушка 4. В концентраторах имеются выборки 5, обеспечивающие хороший магнитный

и механнческий контакт.

Датчик работает следующим образом.

Генаратор возбуж,дения 6 (фиг. 2) создает синуоойдальное налряжение на обмотке 2 кольца 1. Из-за нелииейности феррита так з обмот1ке .носит ярко 1ВЫ1ражвиный несинусоидальный характер.

Изменение магнитного потомка в кольце приводит к из менен«ю его Обратимой проницаемости «, следовательно, действующей проницаемости всей системы. Действующая проницаемость системы в этом случае имеет вид

ОС

ад(г) 1Ад. оЧ- sin ( Н- р/). (1)

f

Бели имеется .внещнее магиипное поле

(9.}

Яо(0 omSin27cf/,

то магнитный поток, проходящий через поперечное сечение катушек 4, выражается формулой:

Ф(г )(0-//отЗШ2т / ,

Ф(/) Яот5 (Хд. о + Лс J А i sin (2да/,/ -f Pr)l X

/ - 1

X sin 2-nrFif.

Здесь S - попереч1ное сечение ко нцент(ратора.

В соответствии с законом Фарадея э. д. с. на выходе «атущек 4 ,ра;вна e(t) - ш Здесь W - число витков в катушке 4 или :.с AiSin(2T. + fi)X X Яот81п27Г г . Катущ|ки 4 вместе с емкостью 7 образуют колебательный контур, в котором индуктивность изменяется но закону L(t) LO + L 2 S/ sin (,t 4- (pi,:). (4) Это изменение вызвано тем, что ма,гнитная связь между двумя половинами приемной /катушки 4 изменяется синхронно с изменением обратимой проницаемости кольца. Как показыв;ают экспериментальные исследования, коэффициенты разложения Л, и S,- различны.

Напряжвние на выходе

U,,,.((

(5)

i(t) определяется -из интеградифференциального уравнения

((t) +ri (t) + li( e(t). (6)

Здесь г - сопротивление потерь; L(t) - определяется вьгражением (4) e(t) - определяется выражением (3).

Уравнение (6) является нелинейным параметринеакиМ уравнением, решения которого, даже приближенного, пока нет. Однако это уравнение шо характеру должно иметь решение, соответствующее параметрическому резонансному усилению, что подт|верл1дается экспардаментально. Так, |при небольшом смешения катушек 4 В1доль оси происходит резкое (на порядок) изменение выходного си;гнала (этого не бывает в обыч-ньгх резонансных ферритовых датчиках). Крогме того, выхадной сигнал сильно зависит от а.мплитуды переменной составляющей d(t), что я.вляется явным признаком пара.метричеоюого эффекта.

При работе датчи1ка емкость подбирается такой, чтобы на ней выделялась вторая гармоника возбуждающего тока. В этом случае, если , как показали эксперименты, сигнал на выходе датчика равен

i/Bb,x(0 Sin 4::/B -Sin , 40 45 50 56 60 где /С - коэффициент преобразования. Как 1показал-и исследования различных вариантов датчиков, при сравнительно малых габаритах (длина около 250 мм, диаметр 8 мм), малой потребл яемой мощности порядка 0,5- 1 ВТ коэффициент его преобразования может (Превышать тьюячу вольт на эрстед, в то время 1как Б лунШИх пермаллоевых датчиках он не тревьгшает десятков вольт на ЭjpiCтeд. П р е д м е т изобретения Ферритовый магнитомодуляционный Параметричеокий датчик, содержащий перемагничввающий элемент IB виде замкнутого кольцевого ферритового сердечника и npHeiMHbie катушки, отличающийся тем, что, с целью увел гч итм крути31ны 1преобразава1ния с одновременным уменьщением уровня шу.мов, в него введены соооные ферритовые стержни, магнитоовязанные через замкнутый кольцевой ферритовый сердечник так, что их продольная ОСЬ параллельна его пласкости, а приемные катушки расположены 1на самих стержнях вне зоны перемагничивания.