Способ измерения напряженности постоянного магнитного поля Советский патент 1980 года по МПК G01R33/02 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в магнитометрии при измерении напряженности слабых постоянных магнитных полей.

Известны способы измерения напряженности постоянного магнитного поля с промежуточным преобразованием постоянного поля в переменное, и с последующим измерением последнего. Подобные способы основаны на свойстве ферромагнитного вещества изменять магнтиную проницаемость под влиянием магнитного поля l .

Изменение напряженности магнитного поля по данному способу сводится к тому, что постоянное магнитное поле концентрируется /усиливается/ в магнитном концентраторе, коэффициент усиления которого изменяется благодаря модуляции магнитной проницаемости сердечника за счет поля возбуждения. В случае, когда напряженность поля возбуждения изменяется по синусоидальному закону, а измеряемое постоянное магнитное поле отсутствует, магнитная проницаемость концентратора изменяется синхронно с полем возбуждения, причем по причине симяетрии кривой

XJ f Н магнитная проницаемо.сть будет .содержать в своем составе только четные гармоники, а индукция магнитного поля - нечетные. Если концентратор помещен в постоянное магнитное поле, действующее одновременно с полем возбуждения, то магнитная проницаемость концентратора , содержит кроме четных гармоник

10 нечетные. Это вызвано асимметрией воздействия суммарного магнитного поля. В составе магнитной индукции наряду с нечетными гармониками будут присутствовать четные и, в основном, вторая. Причем в определенном динамическом диапазоне напряженности постоянного магнитногр поля амплитудцл четных гармоник магнитной индукции пропорциональны напряженности постоянного магнитного поля.

Поскольку четные, в частности вторая гармоника м нитной индукции

25 появляются только при воздействии на концентратор постоянного поля, измерения напряженности магнитного поля производят по второй или по сумме четных гармоник магнитной .ин30 ДУкции.

Недостатком данного способа явля ется нестабильность нуля показаний, вызванная наличием четных гармоник в источнике поля возбуждения, ограничивающая порог чувствительности и точность измерений. Дрейф нуля показаний является следствием того, что амплитуды четных гармоник в источнике поля возбуждения подвержены временному дрейфу, в то время, как данные гармоники воспринимаются как полезный сигнал.

Цель изобретения - повышение точности измерения эа счет устранения дрейфа нуля показаний.

Поставленная цель достигается тем что в способе основанном на преобразовании постоянного магнитного поля в переменное в магнитном концентраторе, проницаемость которого модулируют посредством его подмагничивания полем возбуждения, первоначально подмагничивают концентратор исходным полем возбуждения, а затем при инверсно-включенном поле возбуждения, а за результат измерения принимают суммарное значение замеренных уровней четных гармоник магнитной индукции.

На чертеже приведены векторные диаграммы составляющих индукции магнитного поля.

В дальнейшем при описании сущност изобретения ограничимся детальным рассмотрением поля возбуждения в составе н-апряженности которого присутствуют только первая и вторая гармоники. Выводы, сделанные для этого частного случая поля возбуждения затем распространим на общий случай, т.е. когда в сотаве напряженности поля возбуждения наряду с первой и второй гармониками присутствуют четные гармоники высшего пор.ядка.

При одновременном воздействии на концентартор постоянного магнитного поля и переменного поля возбуждения, имеющего в своем составе первую и вторую гармонику, индукция магнитного поля содержит следующие составляющие: полезный сигнал, изменяющийся с удвоенной частотой первой гармоники напряженности поля возбуждения. Амплитуда этого сигнала при неизменной амплитуде первой гар{лоники поля возбуждения пропорциональна напряженности постоянного магнитного поля, а его фаза определяется полностью фазой первой гармоники поля возбуждения и направлением измеряемого постоянного магнит ного поля. Изменение фазы первой гармоники поля возбуждения на угол . М / приводит к измененио фазы полезного сигнала на угол Ч, 2 Ч , так как полезный сигнал изменяется синхронно с удвоенной частотой первой гармоники. Изменение знака

направления измеряемого постоянного магнитного поля приводит к сдвигу фазы полезного сигнала на 180° паразитный сигнал, также изменяющийся. с удвоенной частотой первой гармоники напряженности поля возбуждения. Ам литyдa зтого сигнала пропорциональна амплитуде второй гармоники поля возбуждения, а Фаза паразитного сигнала полностью опередляется фазой второй гармоники. Поскольку частота паразитного сигнала равна чатоте второй гармоники поля возбуждения и эти сигналы изменяются во времени синхронно, то сдвиг фазы второй гармоники поля возбуждения-на угол Ч ,

5приведет к такому же свдигу фазы паразитного сигнала 2 Ч-f

Угол сдвига фазы полезного и паразитного сигналов может быть в пределах от О до 360 , так как он обусловлен начальным сдвигом фаз между первой и второй гармониками поля возбуждения и различием эффектов, которые участвуют в появлении этих сигналов.

Рассмотрим векторные диаграммы полезного и паразитного сигналов. На черетеже слева изображена векторная диаграмма, соответствующая исходному полю возбуждения, справа диаграмма, соответствующая инверсно-вклю ченному полю возбуждения, т.е. полю, спектральные составляющие котроого

I. . . 1Л .,. - л О Г1 О m

имеют сдвиг фаз % равный 180 относительно составляющих в исходном поле.

Векторные диаграммы составляющих напряженности поля возбуждения и индукции магнитного поля разнесены по вертикали.Обозначения векторов: 0 Н Н„ - первая и вторая гармоники

напряженности исходного поля позбуждения;

н н и

первая и вторая гармоники напряженности инверсно-вклю5 ченного поля возбуждения. В (+ ) полезный и паразитный

сигналы при исходном ,поле возбуждения соотзетственно j

() полезный и паразитный сигналы при инверсновключенном поле возбуждения соответственно ;

- суммарный вектор индукции

при исходном поле возбуждения,

В суммарный вектор индукции

при инверсно-включенном поле возбуждения.

В соответствии с изложенным на диаграммепри исходном поле возбуждения, вектор полезного сигнала сдвинут в пространстве относительно паразитного сигнала на произвольно выбранный угол %. Результат измерения напряженности измеряемого