Датчик магнитного поля

(71) Институт геофизики Уральского отделения АН СССР(56) Авторское свидетельство СССР йв 1387691; кл. 6 01 Ч 3/40, 1986.Авторское свидетельство СССР М 1290214, кл. 6 01 й 33/02, 1986.(54) ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ(57) Использование: в области магнитных измерений для измерения слабого магнитИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в геофизике для измерения компонент и полного вектора слабого магнитного поля; а также в системах ориентации по магнитному полю Земли.Известно устройство для измерения магнитного поля, первичный преобразователь которого состоит из ферромагнитного стержня с пьезоэлементом на конце. Длина стержня кратна половине длины волны возбуждаемой катушкой индуктивности механических колебаний. Катушка помещена на стержне в области узла механических колебаний и подключена к генератору синусоидального тока, Выходной сигнал, зависящий от величины измеряемого магнитного поля; снимается с пьезоэлемента,Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является датчик магнитного поля. Датчик содержит генератор возбуждения, выход которого присоединен к измерительному контуру с ферромагнитным ного поля и его вариаций, для магнитного каротажа геологических скважин. Сущность изобретения; устройство содержит три колебательныхС-контура с ферромагнитными сердечниками, прикрепленными одйими концами к одной плоскости пьезокерамической пластины взаимно ортогонально. Пьезокерамическая пластина подключена к генератору в качестве частотозадающего элемента. Устройство позволяет измерять составляющие вектора магнитного поля в широких частотном и динамическом диапазонах. 1 ил. сердечником из магнитострикционного материала. Сердечник закреплен торцом на пьезокерамической пластине, установленной на виброгасящем основании в вакуумированном баллоне, При этом пьезокерамическая пластина является частотозадающим элементом генератора возбуждения, Сигнал генератора подается на измерительный контур, частично растроенный по отношению к частоте генератора, Измеряемое магнитное поле, направленное вдоль сердечника, вызывает изменение индуктивности контура, в результате чего изменяется его резонансная частота, а следовательно; изменяется напряжение нэ контуре и ток в катушке.Изменение тока приводит к изменейию линейной магнитострикции сердечника и к изменению амплитуды генератора, 1 ак как сердечник закреплен на пьезокерамиче, ской пластине, то обеспечивается электромеханическая положительная обратная связь на частоте работы генератора. Ампли10 20 контуры, настроенные на частоту возбужде ния. В этом случае коэффициент преобразования датчика достигается 20 мкВ/нТл при разрешающей способности по магнитному полю около 0,05 нТл, Частотный диапазон, изменяемого поля 0-10 кГц, линейныйдина мический диапазон измерений .ф. 0,7 10 Тл 35 сердечника, закрепленного торцом на пье зокерамической пластине, имеющей резонансную частоту, равную резонансной 50 55 туда высокочастотных колебаний линейнозависит от коэффициента обратной связи,.что обеспечивается мягким режимом само. воэбуждения генератора.Недостатком устройства является сложность реализации трехкомпонентного варианта. датчика, так как в этом случаенеобходимы три генератора с раздельнымипьезокерамическими пластинами, причемэти пластины (для исключения взаимноговлияния) необходимо разнести на значительное расстояние одна от другой, что приводит к существенному увеличениюразмеров датчика и снижению точности приизмерении неоднородного магнитного поля.Цель изобретения - повышение точности и информативности измерения компонент и полного вектора магнитнойиндукции.Цель достигается тем, что датчик индукции магнитного поля содержит генераторвозбуждения и три колебательных контурас ферромагнитными сердечниками, Сердечники закреплены одним концом к плоскостипьезокерамической пластины взаимно ортогонально, а каждая катушка индуктивности располокена в области максимумамеханических колебаний соответствующегоей сердечника. При этом резонансная частота пьезокерамической пластины кратна. частоте механического резонанса сердечников и равна резонансной частоте колебательных контуров,Датчик отличается от известных тем, чтос помощью одной пьезокерамической пластины осуществляется упругое возбукдение трех сердечников, что позволяетодновременно измерять все три компоненты магнитного поля и полный вектор. Отсут-ствие магнитных полей возбужденияпозволило свести все три компоненты в малом объеме, что повысило точность измерений в неоднородных магнитных полях.На чертеже показана схема трехкомпонентного датчика.Датчик содеркит колебательные контуры 1 - 3 с ферромагнитными сердечниками4 - 6, закрепленные на пьезокерамическойпластине 7 взаимно ортогонально, а пьезокерамйческая пластина соединена с генератором 8.Датчик работает следующим образом.Генератор 8 возбуждения создает с помощью пьезокерамической пластины 7.(наее резонансной частоте) акустические волны в ферромагнитных сердечниках 4 - 6.Вследствие магнитоупругого взаимодействия в колебательных контурах 1 - 3, такженастроенных на частоту возбуждения, возникает электрическое напряжение той же частоты, амплитуда которого пропорциональна соответствующей составляющей индукции внешнего магнитного поля, ас помощью фазы выходных сигналов по отношению к фазе генератора возбуждения определяют направление измеряемогомагнитного поля. Ферромагнитные сердечники изготовлены иэ аморфного сплава ГеБСотоЯ иВ о с размерами незакрепленной части 7 0,6 0,03 мм. Длина закрепленной части составляет 0,5 мм, Возбуждение осуществлось на частоте 430 кГц, что соответствует частоте основного резонанса пьезокерамической пластины диаметром 5 мм и толщиной 1 мм из пьезокерамики ЦТС. Катушки индуктивности содержат по 300 витков медного провода. расположены в области пучности механических колебаний сердечников и совместно с соответствующим каждой конденсатором образуют колебательные Формула изобретенияДатчик магнитного поля, содержащий генератор возбуждения, колебательный контур с ферромагнитным сердечником, при этом катушка индуктивности колебательного контура помещена в области макси мума механических колебаний частоте колебательного контура и кратную частоте резонанса механических колебаний ферромагнитного сердечника, о т л и ч а ющ и й с.я тем, что, с целью повышения точности и информативности, содержит два дополнительных колебательных контура с ферромагнитными сердечниками, причем ферромагнитные сердечники дополнительных колебательных контуровзакреплены на пьезокерамической пластине таким образом, что оси первого ферромагнитного сердечника и двух дополнительных ферромагнитных сердечников взаимно ортогональны, а катушки индуктивности дополнительных колебательных контуров также расположены в области максимума механических колебаний дополнительных ферромагнитных сердечников.1749876Составитель О.Сокол-Кутыловский едэктор О.Хрипта: Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская аказ 2595 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж; Раушская наб., 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101