АН СССРМ. Кл. G 01г 33/02УДК 621.317.42(088.8) Советский патент 1973 года по МПК G01R33/02 

1

Изобретение относится к области магнитных измерений, проводимых при геофизических, космических и биофизических - исследованиях. Оно может быть также использовано для .преобразования сигналов постоя нного тока в переменный.

Известны способы измерения напряженности слабых постоянных и инфранизкочастотных магнитных полей, способы измерения неоднородности полей, основанные на периодической модуляции прокицаемосри ферромагнитных сердечников. Периодическая модуляция проницаемости ферромагнитных сердечников осуществляется с помощью генераторов переменного тока.

Частоту возбуждения ферромагнитных сердечников выбирают с тем условием, чтобы обеспечились однородное промагничивание материала сердечника и максимальная чувствительность, а информация о характеристиках измеряемых сигналов была в соответствии с теоремой Котельникова.

Однако, во всех известных способах измерения напряженности поля порог чувствительноспи ограничивается шумами, обусловленными магнитострикционными эффектами, возникающими в периодически перемагничиваемых ферромагнитных сердечниках.

Для снижения собственных шумов магнитоприемников, определяющих порог чувствительности феррозондовых магнитометрических устройств, и расширения динамического диапазона измеряемых магнитных полей (токов) в области слабых сигналов предлагается способ, по которому длипу стержневых сердечников и средний радиус кольцевых сердечников выбнралот таким образом, чтобы собственная резонансная частота сердечников и ее высшие гармонии были некратными частоте возбуждения магнитоприемника.

Для реализации современных феррозондовых магнитоприемников и магнитных модуляторов применяют сердечники из железо-никелевых сплавов с коэффициентами продольной магнитострикции Ks (2-30)10- и магнитодиэлектрические материалы с Яс 500-Ю-. Относительное удлинение сердечников возрастает по мере приближения второй гармоники возбуждения к собственной резонансной

частоте сердечника и достигает максимального значения при выполнении условий магнитострикционного резонанса, т. е.

2Г, FO,

где Fn - частота возбуждения сердечника,

FO - собственная резонансная частота

сердечника.

Порог чувствительности модуляционных

магнитоприемников активного типа (феррозондов) определяется магпитными шумами

периодически перемагничиваемых сердечников, которые обусловлены статической неоднородностью скачков Баркгаузена в последовательных циклах перемагничивания. Стат1Ическая неоднозначность скачков Баркгаузена вызывается увеличением концентрации дефектов в ферромагнетике и возникновением подвижных дефектов кристаллической структуры под действием механических напряжений (механизм Франка-Рида), вызванных магнитострикционными удлинениями сердечников при перемагничивании.

Так как магнитострикционные удлинения сердечника, периодически намагничиваемого до технического насыщения, обладают богатым спектром с частотами, кратными F, в системе может возникнуть магнитострикционный резонанс на высших гармониках собственной резонансной частоты сердечника.

Таким образом, для создания низкопороговых магнитометрических систем необходимо выполнение следующих условий.

Для стержневых сердечников:

с- у f

- УтДля кольцевых сердечников

НУ + (-К)

пР

где Е - модуль упругости материала сердечника, дин/см ;

р - плотность материала, I - длина стержня, см; г - средний радиус кольца, см k - порядок колебаний (1, 2, 3...); п - порядок магнитострикционных удлинений

(, 2, 3, 4...)

При выполнении указанных условий добиваются снижения уровня собственных шумов магнитонриемника в 100ч-1000 раз по сравнению с уровнем шума при магнитострикционном резонансе на второй гармонике возбуждения.

Предмет изобретения

Способ измерения напряженности постоян ных и инфранизкочастотных магнитных полей, основанный на использовании периоди ческой модуляции проницаемости ферромаг нитных сердечников, отличающийся тем, что с целью снижения собственных шумов магнл топриемников, обусловленных магнитостри i.

5 ционными резонансными и околорезонанснь ми взаимодействиями, длину стержневыл сердечников и средний радиус кольцевых сердечников выбирают таким образом, чтобы собственная резонансная частота сердечников

0 и ее высшие гармоники были некратными частоте возбуждения магнитоприемника.