Феррозонд Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть не- пользовано для измерения компонент вектора магнитного поля.

Известен феррозонд, содержащий ферромагнитный стержневой сердечник и обмотку, распределенную по длине и вьтолненную в виде двух секций, включенных встречно. Обмотка подключена к мостовой схеме и одновременно выполняет функцию возбуждающей и измерительной i,

Недостатком известного устройства является низкая точность измерений компонент вектора магнитного поля, обусловленная тем, что средняя часть сердечника не перемагничивается полем возбуждения, здесь расположен стык секций упомянутой обмотки, а сами секции включены встречно и поэтому создают встречно направленные переменные магнитные поля. Недостатком является также необходимость подключения феррозонда к мостовой схеме.

Наиболее близким к предлагаемому является феррозонд, содержащий ферромагнитный стержневой сердечник, первую обмотку, выполненную ввидё двух секций, включенных встречно и расположенных сшлметрично относительно центра сердечника, и вторую обмотку, расположенную в центре или на всей длине сердечника.Первая обмотка используется в качестве возбуждающей, вторая - в качестве измерительной. Феррозонд не требует согласования с мостовой схемой ГзЗ.

Недостатком известного устройс тва

10 является низкая точность измерения, обусловленнёш тем, что средняя часть сердечника в области стыка секций первой обмотки не перемагничивается из-за встречного включения секций.

15 Неперемагничивающаяся сердечника оказывается ответственной за смещения нуля и повышенный уровень шумов устройства.

Цель изобретения - повышение точ20ности измерения компонент вектора внешнего магнитного поля.

Цель достигается за счет тОго, что устройство феррозонд, содержащий ферромагнитный стержневой сердеч25ник, первую обмотку, выполненную в виде двух включенных встречно секций, охватывающих сердечник и расположенных симметрично относительно его центра, вторую обмотку, распределен30 по всей длине сердечника,снабжен

третьей и четвертой обмотками, причем третья обмотка выполнена в виде трех секций, охватывающих сердечник и расположенных на нем так, что две из них симметричны его центру, а центр третьей совпадает с центром сердечника, при этом крайние секции третьей обмотки включены согласно между собой и встречно со средней секцией.

Кроме того, четвертая обмотка охватывает сердечник и выполнена в виде четырех узких секций, включенных согласно и расположенных так, что две средние секции расположены между стыками секций первой и третьей обмоток а две крайние - между концами сердечника и стыками секций третьей обмотки Возбуждение феррозонда осуществляется токами двух различных частот, для чего и используются соответствующие обмотки возбуждения,

Точность измерения повьаиается за счет того, что в предложенном устройстве весь объем сердечника пбдвергается перемагничиваншо: в тех местах (на стыках секций), где сердечник не перемагничивается переменньом полем одной частоты, он неминуемо перемагничивается полета другой частоты. Кро(Ю того, точность, измерения повышается за счет размещения секций четвертой (измерительной) обмотки в местах, гд поля возбуждения достаточно однородны.

На фиг. 1 схематически изображена конструкция феррозонда с тремя обмотками; на фиг. 2 - то же, с четырьмя обмотками.

Феррозонд (фиг.1) содержит ферромагнитный стержневой сердечник 1, выполненный, например, из железоникелевого сплава, первую обмотку, выполненную в виде двух секций 2 и 3 со стыком в точке 4/ включенных встречно, вторую обмотку 5,распределенную по всей длине сердечника 1, третью обмотку, выполненную в виде трех секций 6,7 и 8 со стыками в точках 9 и 10, расположенных так,, что две из них б и 8 симметричны центру сердечника 1, а центр третьей секции 7 совпадает с центром сердечника 1, пр этом крайние секции 6 и 8 включены согласно между собой и вс тречно со средней секцией 7. Секции 2 и 3 обмотки используются в качестве обмоток возбуждения, секция 5 - в качеств е измерительной обмотки.

того, предложенный феррозонд (фиг.2) содержит четвертую обмотку, выполненную в виде четырех секций 11, 12, 13 и 14, включенных согласно и расположенных .так, что две секции 12 и 13 находятся между стыками первой (точка 4 и третьей (точки 9 и 10) обмоток, а две другие секции 11 и 14 - между концами сердечника 1 и стьаоми секций третьей

обмотки (точки 9 и 10). Секций 2,J и 6,7,8 обмотки используются в качестве обмоток возбуждения, секции 11, 12, 13 и 14 - в качестве измерительной обмотки.

Феррозонд работает-следующим образом.

Возбуждение феррозонда (фиг.1) п:роизводится переменными .токами двух различных частот, для чего первая обмотка, имеющая секции 2 и 3 под- ключается к генератору одной частоты (не показан).вторая обмотка 5, распределенная по всей длине сердечника 1 подключается к ге.нератору другой частоты (не показан). Амплитуда токов обеих частот устанавливаются достаточными для глубокого магнитног насыщения сердечника 1. За счет возбуждения сердечника 1 переменными токами на зажимах третьей обмотки, имеющей секции 6,7 и 8, при наличии внешнего магнитного поля, возникает ЭДС, несущая информацию о значении измеряемой компоненты этого поля, сопадающей по направлению с продольной осью сердечника 1.

При наличии у предложенного феррозонда четвертой обмотки (фиг.2) возбуждение производится переменнь1ми токами двух различных частот, для чего первая обмотка, имеющая секции 2 и 3 подключается к генератору одной частоты, а третья обмотка, имеющая секции 6,7 и 8, - к генератору другой частоты. Амплитуда токов обеих частот устанавливаются достаточными- для глубокого магнитного насыщения сердечника 1. За счет возбуждения сердечника 1 переменными токами на зажимах четвертой обмоткиг имеющей секции 11, 12, 13 и 14, при наличии внешнего магиитйдго поля,появляется ЭДС, несущая информацию о значении измеряемой компоненты этого поля, по направлению совпадгиощей с продольной осью сердечника 1. Вторая абмотка 5 в данном случае может быть использована как калибровочная. ,

Найдем основные составляющие спектра выходной ЭДС феррозонда. Пусть и,меряется постоянное внешнее поле, Н const t fr О , Выходная ЭДС феррозонда описывается выражением

4.

e(i)-AB coScL

(-)

де А - коэффициент, зависящий

от площади поперечного сечения сердечника 1, количества витков в секциях измерительной обмотки и взаимного расположения и включения секций между собой cL - угол между векторс 1 В измеряемого поля и продольной осью сердечника 1; /.J - мгновенное значение нос тельной магнитной диффере циальной проницаемости сердечника 1 с учетом его формы; Апроксимируем кривую намагничива сердечника укороченным полиновида в -аН - ЬН, где oi и Ъ положительные коэффициенты аппрокси мации. Амплитуды переменных полей двух различных частот .будем считать равными. При возбуждении феррозонда переменными токами двух различных частот 0 и UJfj информацию об измеряемо поле BQ несут не только вторые гарМОНИКИ 2 щ, и 2 uu2,Ho также разностная ((ju,j) и суммарная (tci + UJ-) частоты. Поэтому предложенный феррозонд можно использовать как в рамках известных схем магнитометров, реализу щих способ выделения второй гармони ки выходной ЭДС, так и в рамках нов схем магнитометров, реализующих спо соб выделения разностной частоты. Преимущество предложенной феррозонда применительно к обеим схемам магнитсметра )чается в том,что при указанном секционном расположении обмоток и использования для воз буждения сердечника по крайней мере двух обмоток весь объем сердечника полностью перемагнивается, причем в тех местах {вблизи стыков секций) где сердечник не перемагничиваетсяполем одной частоты, он неминуемо перемагничивается полем другой частоты, что приводит к повышению точности измерения параметров магнитного поля. Во втором .варианте предложенного феррозонда повышение точ ности измерений достигается, кроме того, за счет изготовления измерительной обмотки в виде четырех узких секций, расположенных в местах наибольшей однородности полей возбуж дения. Все это позволяет уменьшить смещения нуля и уровень шумов феррозонда примерно на порядок по сравнению с известными тем самым повысить точность измерений. При сопоставлении предложенного феррозонда с широко распррстраненными двухстержневыми феррозондами следует подчеркнуть, что предложенный одностержневой феррозонд имеет более определенную магн11тиую ось, что не только облегчает его юстировку в блоке, но и гарантирует более высокую стабильность положения этой оси, уменьшая тем самым погрешность направленности. Использование одного сердечника вместо двух позволяет также создать более технологичные и компактные конструкции феррозондов. Формула изобретения 1.Феррозонд, содержащий ферромагнитный стержневой сердечник, первую обмотку, выполненную в виде двух включенных встречно секций, охватывакнцих сердечник и расположенных симметрично относительно его центра, вторую обмотку, распределенную по всей длине сердечника, отличающ и и с я тем, что, с целью повшиения точности измерения компонент вектора внешнего магнитного поля, он снабжен третьей и четвертой обмотками, причем; третья обмотка выполнена в виде трех секций, охватывающих сердечник и расположенных на нем так, что две из них симметричны его центру, а центр третьей совпадает с центрея сердечника, при этом крайние секции третьей обмотки включены согласно между собой и встречно со средней секцией. 2.Феррозонд по п.1, о т л ичающийся тем, что четвертая обмотка охватывает сердечник и выполнена в виде четырех узких секций, включенных согласно и р асположенных так, что две средние секции расположены между стыками секций первой и третьей обмоток, а две крайние между концс1ми сердечника и стыками секций третьей обмотки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент СЗНА № 2707774, кл. 343-43, 1956. 2.Патент СЗИА 2861244, кл. 324-43, 1957.

-0 -0

-0 -йг