Устройство для измерения напряженности магнитного поля

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН456921 А 1 01 К 33/06 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЬСТВ К АВТОРСКОМУ С ный техно- К.Э. Циолк елк ство СССР06, 1975.во СССР06, 1980.РЕНИЯ НАПР онемен ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Московский авиациологический институт им.ского(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - . расширение диапазона рабочих частот при одновременном повышении чувствительности. Устройство содержит измерительную катушку 1, стержневой концентратор 2 с отверстием, гальванометрический преобразователь 3, усилитель 4 напряжения, преобразователь 5 ток - напряжение, выходную шину 6. Введение преобразователя ток - напряжение и стержневого к центратора позволяет расширить диапазон рабочих частот при одновр ном повышении чувствительности. 1 илИзобретение относится к измери- тельной технике и предназначено для измерительного контроля электромагнитной обстановки в производственных помещениях.5Цель изобретения - расширение диапазона рабочих частот при одновременном увеличении чувствительности.На чертеже представлена функциональная структурная схема устройства,Устройство для измерения напряженности магнитного поля содержит измерительную катушку 1, расположенную на стержневом концентраторе 2 с отверстием, в котором расположен гальванометрический преобразователь 3Выход преобразователя 3 через усилитель 4 напряжения соединен с первым выводом катушки 1, второй вывод кото рой через преобразователь 5 ток - напряжение соединен с выходной шиной 6. Отверстие концентратора 2 расположено в полости катушки 1. Форма отверстия совпадает с геометрически ми размерами рабочего тела преобразователя 3, размещенного внутри отверстия таким образом, что продольная ось симметрии стержневого концентратора проходит через точку пере О сечения поперечных осей рабочего тела преобразователя 3 и перпендикулярна им.Устройство работает следующим образом. 35В устройстве использется частотно-зависимая обратная связь по магнитному полю, которая охватываетвсю катушку 1. В областинизких частот ток в катушке 1, обусловленный 40ЭДС самоиндукции измеряемого поля,мал, Поэтому результирующее полевнутри катушки полностью определяется измеряемым полем и подем от токаобратной связи (ОС), В этом случаекоэффициент передачи по цепи ОС максимален и сигнал на выходе преДложенного устройства определяется каналом ОС. Канал ОС состоит из гальваномагнитного преобразователя 3,расположенного внутри зазора концентратора 2, который находится в .по"лости катушки 1, усилителя 4 напряжения, вход которого подключен к выходу гальваномагнитного преобразователя, а выход - к одному из выводовкатушки 1,При переходе в область верхнихчастот попе тока, обусловленного0,(Р) = С 1(Р) =1, (1) где ос - коэффициент передачи преобразователя 5 ток, - напряжение;1 - ток в катушке 1 индуктивности, который равен1 = 1 + 1, (2)1где 1 ь - ток, обусловленный ЭДС самоиндукции, наводимой визмерительной катушке 13внешним полем;1Ь- ток, обусловленный усиленной ЭДС гальваномагнитногопреобразователя 3, включенного последовательно с усилителем 4 напряжения.Очевидно, чтоЕем.м г + г + г+ Р 1.(3) где Е - ЭДС самоиндукции, наводимойв измерительной катушке 1внешним полем;г - входное сопротивление преЬхобразователя 5 ток - напряжение;г - выходное сопротивление усивыхлителя 4 напряжения;г - активное сопротивление катушки.Подставляя значениеЕ = РН(Р) р, Ь ш,получаемРН(Р)ю м Я АРН(Р) где Н(Р) - напряженность внешнегомагнитного поля;у - эффективная магнитнаяпроницаемость сердечни-,ка катушки; ЭДС самоиндукции от измеряемого поля, компенсирует измеряемое поле внутри катушки 1. В этом случае коэффициент передачи по цепи ОС минимален. Цепь ОС практически разрывается, так как результирующее поле в полости катушки, воздействующее на гальваномагнитный преобразователь, отсутствует. Таким образом, устройство следует рассматривать как катушку, полностью охваченную частотно-зависимой ОС, причем эта связь проявляется лишь в области нижних частот, что обеспечивает расширение верхних границ частотного диапазона.Выходное напряжение устройства(12) 40- суммарная площадь витков катушки;ф ь 8Гвх+ Гвьх+ Гк, Р = 1 я - дифференциальный оператор; Я - круговая частота;- мнимая единица;- магнитная постоянная.Аналогично находим в 11 вых юс Г + Г + Гв + Р 1. к вых где Бвмх евыходное напряжение усилителя 4 напряжения;- коэффициент преобразования гальваномагнитногопреобразователя 3;К - коэффициент усиления по:напряжению усилителя 4;Н(Р) - напряженность результи- .рующего магнитного полявнутри измерительной катушки,35Магнитное поле внутри катушки 1есть суперпозиция внешнего измеряемого поля Н(Р) и поля, обусловленного током 1 ь.Таким образом,Вит(ьЬ)х( где П - коэффициент пропорциональНОС Ти между Током ь ПРОТ ека 45 ющим по катушке, и напряженностью магнитного поля, создаваемого этим током.Для достаточно длинной катушки П = и, где и - плотность витков на ,единицу длины. Из (5) и (6) следуетю К Н(Р) К 0 АРН(Р)м. ,(7) 55 ь 1+Рь +К 0 ( 1+Р 2+К П) ( 1+РС) с 3 К Ргде К = ------ постоянныйГк+" Вх +Гвыхк оэффи ци ент. После подстановки (7), (4) и (2)в выражение (1) имеем К 0+1сК/ААФЦ (Р) - С Н(Р)-(1+ --- " - -). (8)вых Т К 0+1( Из выражения (8) вытекает, что: при Р = 1 и оо(область высоких частот) выходное напряжение не зависит от частоты;в области низких частот Р1 Я-ь О, для сохранения вида выражения (9) необходимо соблюдение условияК И+1 К К В+1 (10)ьИз (10) с учетом выражения для индуктивности достаточно длинного соленоида Е р,р, Яп 1, где 1 - длина соленоида, имеем где и - плотность витков на единицу длины.Откуда получаем необходимое значение коэффициента усиления усилителя 4 напряжения Гк+Гвх +ГВмкК ) е аю и,пРРПри больших и (-1000 вит/м), М (100) и малых Г х Гх Г (10 ) легко реализуем в области низких частот необходимый (40) коэффициент К усилителя 4.Таким образом, передаточная функция предложенного устройства линейна во всем диапазоне .рабочих частот при выполнении условия (12). Формула изобретения Устройство для измерения. напряженности магнитного поля, содержащее измерительную катушку индуктивности и гальваномагнитный преобразователь выходом подключенный к входу усилителя напряжения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот при одновременном повьппении чувствительности, в него введен преобразователь токнапряжение и стержневой концентратор, причем выход усилителя напряжения1456921 Составитель А, СазоновТехред М.Дидык Корректор М, Самборская Редактор В. Данко м ащЮ щ ЕщШюЗаказ 7549/45 Тираж 711 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж) Раушская наб д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 соединен с одним выводом измеритель-ной катушки, второй вывод которойподключен к входу преобразователяток - .напряжение, выход которогоподключен к выходной шине устройсчева, измерительная катушка расположе-.на на стержневом концентраторе, который снабжен отверстием, расположенным в полости катушки, по форме совпадающим с геометрическими размерами рабочего тела гальваномагнитного преобразователя, размещенного внутри отверстия, при этом продольная ось симметрии стержневогоконцентратора проходит через точкупересечения поперечных осей рабочеготела гальваномагнитного преобразователя и перпендикулярна им.