Способ измерения магнитной индукции в жидких магнитных средах

ПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В ИИДКИХ МАГНИТНЬЗХ СРЕДАХ. 1Изобретение относится к магнитным, измерениям, в частности измерениям магнитной индукции в жидких средах с повышенной магнитной восприимчивостью, например, в магнитных жидкостях и5 магнитных суспензиях.Известен способ измерения магнит- ной индукции в средах или телах с высокой магнитной восприимчивостью, предусматривающий создание в них узкой полости перпендикулярной вектору:индукции и размещение в ней плоского магниточувствительного преобразователя, например преобразователя Холла 11,Недостатком данного устройства яв-., ляется то, что условие узкой полости обеспечивает равенство индукций поля в среде (теле) и в зазоре, однако ограничивает область используемых преоб разователей только теми, которые ймеют малую толщину.Известен способ измерений индукции в жидких средах, использующий магни" точувствительный преобразователь, иост жидк Пцель достигается тем мерения магнитной ин магнитных средах, ос ении в среду магнизаключенный в немагнитную оболочку. Оболочка предохраняет преобразователь от контакта с жидкостью и принимает на себя давление среды. Этот способ использован в морском протонном магнитометре, в котором ядерно-магнитно" резонансный преобразователь (ЯМР) заключен в гондолу-оболочку, буксируемую за судном, Р 1 .Недостаток известного способа со" стоит в том, что преобразователь вместе с оболочкой трудно сделать малой толщины (по отношению к длине или диаметру). В результате возникает дополнительная погрешность измерения, зависящая от формы оболочки и величи" ны магнитной восприимчивости.Цель изобретения - повышение точи измерений магнитной индукции вих средах.оставленная1 что в способе издукции в жидкихнованном на введ91714точувствительного преобразователя, заключенного в немагнитную осесимметричную оболочку, ориентировании оси максимальной чувствительности преобразователя и оси оболочки вдоль век-, тора магнитной индукции и измерении магнитной индукции внутри оболочки, периодически изменяют форму оболочки магниточувствительного преобразователя, внутри оболочки выделяют при по стоянном внешнем магнитном поле постоянную составляющую индукции и составляющую с частотой изменения Формы, а при переменном внешнем магнит-ном поле - составляющую с частотой 5 внешнего поля и составляющую с комбинационными частотами, образованны" ми частотой внешнего поля и частотой изменения формы, и по величинам обеих составляющих индукции судят об О измеряемой магнитной индукции, при этом магнитную индукцию в среде определяют по формуле 1 5е 1-(1- Н,) Ьг (1)В)йцп 1где Ве - индукция постоянного или амплитуда индукции переменного магнитного поля в среде;30В, - постоянное значение или ам"плитуда первой составляющейиндукции поля внутри оболочки;В - амплитудное знацение или21.суммарная амплитуда слагае- Змых второй составляющеймагнитной индукции внутриоболочки;- среднее значение коэффициен 46та формы оболочки;в - глубина модуляции коэффици"ента формы.На чертеже представлена Функциональная схема устройства, реализующаяпредлагаемый способ,4 фУстройство содержит немагнитнуюэластичную оболочку 1, внутри кото"рой размещен магниточувствительныйпреобразователь 2, основанный наэффекте Холла, Модуляция коэффициен- ота Формы оболочки обеспечиваетсяэлектрогидравлической системой 3,преобразующей электрические колеба"ния в колебания давления жидкости.Электрогидравлическая система 3 уп- Ыравляется генератором 4 низкой илиинфранизкой частоты Й . Магнитоцувствительный преобразователь 2 питает 8 4ся от второго генератора 5 высокой частоты и . В результате модуляции коэффициента формы оболочки индукции магнитного поля, действующего на преобразователь, имеет постоянную составляющую и переменную с частотой модуляции Й . Выходной сигнал магнито.цувствительного преобразователя 2 имеет соответственно составляющую с частотой тока питания сд и составляющую с комбинационными частотами ЙОбе составляющие усиливаются усилителем высокои частоты 6 и подаются на первый синхронный детектор 7, уп,равляемый сигналом с частотой тока питания преобразователя. На выходе первого синхронного детектора 7 образуется сигнал нулевой частоты (постоянное напряжение), пропорциональный постоянной составляющей индукции поля в преобразователе, и сигнал с частотой модуляции Я , пропорциональный переменной составляющей индукции этого поля. Выделение этих сигналов осуществляется первым и вторым усилителями 8 и 9,и вторым синхронным детектором 10. Твердый усилитель 8 постоянного тока усиливает сигнал нулевой частоты и не пропускает сигнал частоты модуляции за счет узкой полосы пропускания. Второй усилитель 9 низкой частоты усиливает сигнал с частотой Р и не пропускает постоянную составляющую. Второй синхронный детектор 10, управляющий напряжением с частотой модуляции, преобразует сигнал с частотойЛ в постоянное напряжение.Таким ооразом, на выходе первого усилителя 8 вознйкает постоянное напряжение, пропорциональное постоянной составляющей магнитной индукции внутри оболочки (Б 1), а на выходе второго синхронного. детектора 10 " постоянное напряжение, пропорциональное переменной составляющей индукции с частотой модуляции (В). С помощью счетно-решающего устройства (микро" процессора) 11, реализующего выцисленин по формуле (1), определяется истинное значение магнитной индукции в среде,В качестве магниточувствительного преобразователя 2 может использоваться как обычный преобразователь Холла, так и кольцевой гальваномагнитный преобразователь, обладающий на порядок меньшим порогом цувствительПредпочтительной формой оболочки Таким образом, магнитная индукция является форма эллипсоида вращения, внутри оболочки имеет постоянную соориентированного вместе с размещен- ставляющую В , не связанную с модуля ным внутри нее преобразователем так 20 цией и определяемую средним значеничтобы ось оболочки и ось максимальной ем коэффициента формы (Х ), и пере- чувствительности преобразователя бы менную составляющую с амплитудой В2 ли направлены вдоль вектора индукции и частотой модуляции, которая возни- магнитного поля в среде. Модуляция кает только при модуляции коэффициенкоэффициента формы такой оболочки до- та формы, не равной нулю магнитной стигается периодическим растягивани восприимчивости среды. ем и сжатием эллипсоида вдоль егоПри переменном внешнем магнитном оси, либо периодическим изменением поле В = Ве соя Л 1 действующем в диаметра эллипсоида. среде с низкой электропроводностью,30 магнитная индукция внутри модулируеВ качестве.магниточувствительных мой оболочки равна преобразователей целесообразно использовать магнитопрозрачные преобразователи (гальваномагнитные, ЯМР-пре-1+(1-,)у емВем созоЗ 1 + образователи)., не нарушающие оДнород."Зности магнитного поля внутри оболоч"+оХ ЖщВ ки и дающие простую зависимость маг" 1+ 1-И )х нитной индукции, измеряемой преобразо-.вателем, от магнитной индукции в сре"+ соя 6 = В, СОЯЫС+ф 25(Ы-Л ) де 5 91.7.118 6 ности к индукции постоянных магнит-где В - индукция магнитного поля в ных полей, среде (существующая до внеПериодическое изменение форм обо- сения оболочки); лочки осуществляют путем создания Мокоэффициент формы оболочки; внутри нее пульсирующего давления сК - магнитная восприимчивость помощью пневматических, .гидравличес- среды. ких, электромеханических или других Магнитная индукция, воздействующая аналогичных средств, Оболочку выпол- на преобразователь при постоянном няют частично или полностью эластич- внешнем магнитном поле, в случае магной, либо с перемещающимися герметич" О нитопрозрачного преобразователя, равными элементами. Воздействие на обо" на почку осуществляют так, чтобы полу- , :В 1 М еу ЬЮ, "М И и"и1 Ц-иСГчйг Ц "лО оболочки в направлении оси максимальной чувствительности преобразователя. 1 зо, Взс 0 ЯЯ)ю коэффициента формы обояют по гармоническому заМодуллочки изкону(1 +псоз И = ей- частота модулглубина модулта,дукция В магнитнемагнитной эллки размещеннойось совпадаетполя, равна яции;яции полоиоболоч что ее дукции+ В -соя сд + Я ) с + сов (и 5 - Л )2 2т. е. также имеет две составляющие.45 Первая составляющая с амплитудой В ЙС) В1 (2) , имеет частоту внешнего магнитного поля и не связана с модуляцией, втораясостоит из двух слагаемых с комбина"коэффициенционным частотами О 3 + Л, суммарнаяЗ 0 амплитуда которых В . Вторая составного поля внутри лающая возникает только при наличииипсоидальной . . модуляции и при ХО. в среде так,с вектором инПреобразователь, установленныйвнутри модулируемой оболочки, выдефз ляют (с использованием частотных методов разделения) и измеряют первуюр) и вторую составляющие индукции, и повеличинам этих составляющих (точнее917148 оставитель Г. Змиевскаяехред И, Рейвес Корректот едактор Н, Ковале ила Заказ 1883/б Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,а и т ю и Тираж 719 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Иосква, Ж, Рауш