Способ измерения напряженности постоянного магнитного поля

чтеьнапате 4 тно-тв4 нечесл т Союз Советских Соцналнстнческих РеспубликОП ИИЗОБРЕТЕНИЯ оц 789925 К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТВЛЬСТВУ(51)М. Кл,з 501 Й 33/02 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений н отнрытнйДата опубликования описания 23. 12. 80(73) Заявитель Физико-технический институт АН Туркменской ССР 541 СЛОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в магнитометрии при измерении напряженности слабых постоянных маг- нитных полей. 5Известны способы измерения напряженности постоянного магнитного поля с промежуточным преобразованием постоянного поля в переменное, и с последующим измерением последнего. 1 О Подобные способы основаны на свойстве ферромагнитного вещества изменять магнтиную проницаемость под влиянием магнитного поля 1.Изменение напряженности магнитно го поля по данному способу сводится к тому, что постоянное магнитное поле концентрируется /усиливается/ в Магнитном концентраторе, коэффициент усиления которого изменяется 20 благодаря модуляции магнитной проницаемости сердечника за счет поля возбуждения. В случае, когда напряженность поля возбуждения изменяется по синусоидальному закону, 25 а измеряемое постоянное магнитное поле отсутствует, магнитная проницаемость концентратора. изменяется синхронно с полем возбуждения, причем по причине симметрии кривой 30 д Х Н магнитная проницаемость будет,содержать в своем составе толькочетные гармоники, а индукция магйитного поля - нечетные. Если концентратор помещен в постоянное магнитное поле, действующее одновременно с полем возбуждения, то магнитная проницаемость концентраторасодержит кроме четных гармоникнечетные. Это вызвано асимметриейвоздействия суммарного магнитногополя. В составе магнитной индукциинаряду с нечетными гармониками будут присутствовать четные и, в основном, вторая. Причем в определенном динамическом диапазоне напряженности постоянного магнитного поля амплитуды четных гармоник магнитной индукции пропорциональны напряженности постоянного магнитногополя. Поскольку четные, в частности вторая гармоника магнитной индукции появляются только при воздействии на концентратор постоянного поля, измерения напряженности магнитного поля производят по второй или по сумме четных гармоник магнитной .индукции.Недостатком данного способа явля.ется нестабильность нуля показаний,вызванная наличием четных гармоникв источнике поля возбуждения, ограничивающая порог чувствительностии точность измерений. Дрейф нуля показаний является следствием того,что амплитуды четных гармоник в источнике поля возбуждения подверженывременному дрейфу, в то время, какданные гармоники воспринимаются какполезный сигнал,Цель изобретения - повышение точности измерения за счет устранениядрейфа нуля показаний.Поставленная цель достигается темчто в способе основанном на преобразовании постоянного магнитного поляв переменное в магнитном концентраторе, проницаемость которого модулируют посредством его подмагничивания полем возбуждения, первоначально подмагничивают концентраторисходным полем возбуждения, а затемпри инверсно-включенном поле возбуждения, а за результат измеренияпринимают суммарное значение замеренных уровней четных гармоник магнитной индукции.На чертеже приведены векторныедиаграммы составляющих индукциимагнитного поля.В дальнейшем при описании сущностиизобретения ограничимся детальнымрассмотрением поля возбуждения всоставе напряженности которого присутствуют только первая и втораягармоники. Выводы, сделанные дляэтого частного случая поля воэбужде.ния затем распространим на общийслучай, т.е. когда в сотаве напряженности поля возбуждения наряду спервой и второй гармониками присутствуют четные гармоники высшего порядка.Лри одновременном воздействии наконцентартор постоянного магнитного поля и переменного поля возбуждения, имеющего в своем составе первую и вторую гармонику, индукциямагнитного поля содержит следующиесоставляющие: полезный сигнал, изменяющийся с удвоенной частотой первой гармоники напряженности полявозбуждения, Амплитуда этого сигнала при неизменной амплитуде первойгармоники поля возбуждения пропорциональна напряженности постоянногомагнитного поля, а его Фаза определяется полностью фазой первой гармоники поля возбуждения инаправлением измеряемого постоянного магнитного поля. Изменение Фазы первойгармоники поля возбуждения на уголприводит к изменению Фазы полезного сигнала на угол 9 = 2так как полезный сигнал изменяетсясинхронно с удвоенной частотой первой гармоники. Изменение знакаВекторные диаграммы составляющих напряженности поля возбуждения и индукции магнитного поля разнесены по вертикали. Обозначения векторов: Й Й - первая и вторая гармоникинапряженности исходного поляпоэбуждения;Н Й - первая и вторая гармоники2напряженности инверсно-включенного поля возбуждения В +,В- полезный и паразитный . +-)сигналы при исходномполе возбуждения соответственно,,В - полезный и паразитныйИсигналы при инверсновключенном поле возбуждения соответственно,".суммарный вектор индукциипри исходном поле возбуждения;суммарный вектор индукциипри инверсно-включенном поле возбуждения.В соответствии с изложенным на диаграмме при исходном поле возбуждения, вектор полезного сигнала сдвинут в пространстве относительно вектора паразитного сигнала на произвольно выбранный угол Юо. Результат измерения напряженности измеряемого 40 В 50 и+1.й 60 направления измеряемого постоянногомагнитного поля приводит к сдвигуФазы полезного сигнала на 180 паразитный сигнал, также иэменяющиися.с удвоенной частотой первой гармоникинапряженности поля возбуждения, Ам,плитуда этого сигнала пропорциональна амплитуде второй гармоники полявозбуждения, а фаза паразитного сигнала полностью опередляется Фазойвторой гармоники. Поскольку частотаф паразитного сигнала равна чатотевторой гармоники поля возбужденияи эти сигналы изменяются во временисинхронно, то сдвиг фазы второй гармоники поля возбуждения на угол 9,45 приведет к такому же свдигу фазы параэитного сигнала Я = Ч.Угол сдвига Фазы полезного и параэитного сигналов может быть в пределах от 0 до 360 о , так как он обу 20 словлен начальным сдвигом Фаэ междупервой и второй гармониками поля воз -буждения и различием эффектов, которые участвуют в появлении этихсигналов.25 Рассмотрим векторные диаграммы полезного и паразитного сигналов. Начеретеже слева изображена векторнаядиаграмма, соответствующая исходномуполю возбуждения, справа - диаграмма, соответствующая инверсно-включенному полю возбуждения, т.е. полю,спектральные составляющие котроогоимеют сдвиг фаз 9 равный 180 о относительно составляющих в исходномполе,35789925 Формула изобретения й,магнитного поля по предлагаемому способу не зависит от значения угла ЦрВ случаеинверсно-включенного поля позбуждения, при условии, что модуль и направление измеряемого магнитного поля остались прежними, векторные диаграммы примут следующий вид. Вектор полезного сигнала, обуслофьвленный первой гармоникой на 36 О Й = 2 М) совершит полный оборот и займет первоначальное положение. ,Вектор паразитного сигнала, при сдвиге фазы второй гармоники также на 180 , развернется только на 180 О 9 = д,)так как эти сигналы изменяются синфаэно во времени. Построенные векторнь 1 е диаграммы позволяют сделать вывод, что инвертирование поля возбуждения не оказывает влияния на полезный сигнал (так как поворот вектора ка угол 360 эквивалентен его повороту на Оф ) , в то время, как параэитный сигнал в результате такой манипуляции изменяет свою Фазу на 180 . Таким образом,суммарные векторы для первого и второго случая отличаются направлением вектора параэитного сигнала на 180Используя укаэанную особенность можно выделить полезный сигнал и подавить. паразитный, для чего достаточно сложить суммарные вектора. При этом, независимо от значения угларезультирующий вектор раР вен удвоенному вектору полезного сигнала;Практически удобнее оперировать не с самими векторами, а с их проекциями относительно выбранных осейо,координат. Получение полезного сигнала при этом можно свести к алгебраическому суммированию значений проекций векторов относительно одной оси координат, направление когорой выбирают иэ соображений получения наибольшей точности, т.е. параллельно вектору полезного сигнала,Таким образом, при измерениях по данному способу не может наблюдаться уход нуля показаний изэа наличия второй гармоники в источникие поля возбуждений, так как вторая гармоника не оказывает влияния на результат измерения. Способ измерения напряженности20 постоянного магнитного поля путемего преобразования в перменноев магнитном концентраторе, магнитнуюпроницаемость которого модулируютпосредством его подмагничивания1 полем возбуждения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения чузствительнсоти и точности, первоначально подмагничивают концентратор исходным полем возбуждения, азатем при инверсно-включекном полевозбуждения, а за результат измерения принимают суммарное значениезамерекных уровней четных гармоникмагниткой индукции.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Чернышев Е. Т Чечурин Е. И.и др. Магнитные измерения, И., 1969,с. Ч 2-65. ВНИИПИ Заказ 9034/46 Тираж 1019 Подписное Филиал ППП"Патент, .г.ужгород,ул.Проектная,4