Феррозонд

Сфвз Советских Сфцианистичесних Республик(22) Заявлено 19.11,79 (21) 2840025/18-21 Ф)М (л с присоединением заявки Йо Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 150981, Бюллетень ЙВ 34 Дата опубликования описания 15. 09, 81(54 ) ФЕРРОЗОНД Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения компонентвектора магнитного поля,Известен Ферроэонд, содержащийФерромагнитный стержневой сердечники обмотку, распределенную по длинеи выполненную в виде двух секций,включенных встречно. Обмотка подключена к мостовой схеме и одновременно выполняет функцию .возбуждающейи измерительной 1.Недостатком известного устройстваявляется низкая точность измеренийкомпонент вектора магнитного поля,обусловленная тем, что средняя частьсердечника не перемагничивается по. лем возбуждения, таке как 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 кмостовой. схеме.Наиболее близким к предлагаемомуявляется феррозонд, содержащий ферромагнитный стержневой сердечник, первую обмотку, выполненную ввиде двухсекций, включенных встречно и расположенных симметрично относительноцентра сердечника, и вторую обмотку,расположенную в центре или на всейдлине сердечника. Первая обмотка используется в качестве возбуждающей,вторая - в качестве измерительной.Феррозонд не требует согласованияс мостовой схемой Г 21.Недостатком известного устройстваявляется низкая точность измерения,обусловленная тем, что средняя частьсердечника в области стыка секцийпервой обмотки не перемагничиваетсяиз-за встречного включения секций,Неперемагничивающаяся часть сердечника оказывается ответственной засмещения нуля и повышенный уровеньшумов устройства,Цель изобретения - повышение точности измерения компонент векторавнешнего магнитного поля.Цель достигается эа счет того,что устройство Феррозонд, содержащий ферромагнитный стержневой сердечник, первую обмотку, выполненную ввиде двух включенных встречно секций,охватывающих сердечник и расположенных симметрично относительно егоцентра, вторую обмотку, распределен 30 надю по всей длине сердечникаснабжентретьей и четвертой обмотками, причем третья обмотка выполнена в виде трех секций, охватывающих сердечник и расположенных на нем так, что две иэ них симметричны его центру, а центр третьей совпадает с центром5 сердечника, при этом крайние секции третьей обмотки включены согласно между собой и встречно со средней с 1 екцией.Кроме того, четвертая обмотка охва О тывает 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 осуществля-ется токами двух различных частот, для чего и используются соответствующие обмотки возбуждения, 20Точность измерения повышается за счет того, что в предложенном устройстве весь объем сердечника пбдвергается перемагничиванию в тех местах (на стыках секций) где сердечник не 25 перемагничивается переменным полем одной частоты, он неминуемо перемагни- . чивается полем другой частоты. Кроме того, точность,измерения повышается эа счет размещения секций четвертой Зр (измерительной) обмотки в местах, где поля возбуждения достаточно однородны.На фиг. 1 схематически изображена конструкция феррозонда с тремя обмот- З 5 ками; на Фиг. 2 - то же, с четырьмя обмотками.ферроэонд (Фиг.1) содержит Ферромагнитный стержневой сердечник 1, выполненный, например, иэ желеэонике" левого сплава, первую обмотку, выпол ненную 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 45 секций 6,7 и 8 со стыками в точках 9 и 10, расположенных так,. что две иэ них б и 8 симметричны центру сердечника 1, а центр третьей секции 7 совпадает с центром сердечника 1, при 5 р этом крайние секции 6 и 8 включены согласно между собой и встречно со средней секцией 7. Секции 2 и 3 обмотки используются в качестве обмоток. возбуждения, секция 5 - в качестве измерительной обмотки.Кроме того, предложенный Ферроэонд (Фиг.2).содержит четвертую обмотку, выполненную в виде четырех секций 11, 12, 13 и 14, включенных согласно и расположенных .так, что бб 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 стыками секций третьей 65 обмотки (точки 9 и 10). Секций 2, и 6,7,8 обмотки используются в качестве обмоток возбуждения, секции 11, 12, 13 и 14 - в качестве измерительной обмотки.ферроэонд работает Следующим образом.Возбуждение феррозонда (Фнг.1) производится 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 генератору дру- . гой частоты (не показан). Амплитуда токов обеих частот устанавливаются достаточными для глубокого магнитного насыщения сердечника 1. За счет возбуждения сердечника 1 переменными токами на зажимах третьей обмотки, имекицей секции 6,7 и 8, при наличии внешнего магнитного поля, возникает ЭДС, несущая информацию о значении измеряемой компоненты этого поля, совпадающей по направлению с продольной осью сердечника 1.Нри наличии у предложенного Феррозонда четвертой обмотки (Фиг.2) возбуждение производится переменными 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. Амплитуды токов обеих частот устанавливаются достаточными для глубокого магнитного насыщения сердечника 1. За счет возбуждения сердечника 1 переменными токами на зажимах четвертой обмотки, имеющей секции 11, 12, 13 и 14, при наличии внешнего магнитного поля,появляется ЭДС, несущая информацию о значении измеряемой компоненты этого поля, по направлению совпадающей с продольной осью сердечника 1. Вторая обмотка 5 в данном случае может быть использована как калибровочная.Найдем основные составляющие спектра выходной ЭДС .Ферроэонда, Пусть измеряется постоянное внешнее поле, В, в ую Я сопв ь 0 . Выходная ЭДС феррозонда описывается выражением где А - коэффициент, зависящийот площади поперечного сечения сердечника 1, количества витков в секцияхизмерительной обмотки ивзаимного расположения ивключения секций между собойр- угол между вектором В измеряемого поля и продольной осью сердечника 1;,О - мгновенное значение относительной магнитной дифференциальной проницаемостисердечника 1 с учетом егоформы.Апроксимируем кривую намагничивания сердечника укороченным полиномом вида В =а Н - ЬН, где а и Ь положительные коэффициенты аппрокси. ации. Амплитуды переменных полей двух различных частот будем считать равными.При возбуждении феррозонда переменными токами двух различных частот си и и 1 информацию об измеряемом поле В 0 несут не только вторые гармоники 2 и, и 2 щ,но также разно 15 стная (Ю- й) и суммарная (щ + иг ) частоты.1 ЯПоэтому предложенный феррозонд можно испольэовать как в рамках известных схем магнитометров, реализую- О щих способ выделения второй гармрники выходной ЭДС, так и в рамках новых схем магнитометров, реализующих способ выделения разностной частоты.Преимущество предложенной ферро зонда применительно к обеим схемам магнитометра заключается в том,что при указанном секционном расположении обмоток и использования для возбуждения сердечника по крайней мере , 30 двух обмоток весь объем сердечника полностью перемагнивается, причем в тех местах (вблизи стыков секций), где сердечник не перемагничивается полем одной частоты, он неминуемо 35 перемагничивается полем другой частоты, что приводит к повышению точиоати измерения параметров магнитного поля. Во втором .варианте предложенного феррозонда повышение точности измерений достигается, кроме того, за счет изготовления измерительной обмотки в виде четырех узких секций, расположенных в местах наибольшей однородности полей возбуждения. Все это позволяет уменьшить 45 смещения нуля и уровень шумов феррозонда примерно на порядок по сравнению с известными тем самым повысить точность измерений.При сопоставлении предложенного 5 О феррозонда с широко распространенными двухстержневыми феррозондами следует подчеркнуть, что предложенный .одностержневой феррозонд имеет более определенную магнитную 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 феррозоидов.формула изобретения1. Феррозонд, содержащий ферромагнитный стержневой сердечник, первую обмотку, выполненную в виде двух включенных встречно секций, охватывающих сердечнйк и расположенных симметрично относительно его центра, вторую обмотку, распределенную по всей длине сердечника, о т л и ч а ю,щ и й с я тем, что, с целью повышения 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 центром сердечника, при этом крайние секции третьей обмотки включены согласно между собой и встречно со средней секцией.2, Феррозонд по п,1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что четвертая обмотка охватывает сердечник и выполнена в виде четырех узких секций, включенных согласнои 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.Источники информации принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США Р 2707774,кл. 343-43, 1956. 2. Патент США В 2861244,кл. 324-43, 1957.864200 Составитель Г. СеменоваРедактор Е. Дорошенко Техред М. Голинка Корректор С Щом Зака тная,4 илиад ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. 77/67 . Тираж 735. ВНИИПИ Государстве по делам иэобре 113035, Москва, ЖПодписноенного комитета СССРтений и открытийРаушская наб., д. 4/5