На рис. 4-9 приведена типовая схема преобразовательного тракта магнитометра с активным нечетно-гармоническим или четногармоническим преобразователем. Тракт содержит преобразователь, генератор накачки, питающий преобразователь, фильтр нижних частот, назначение которого — подавление всех высших гармоник тока (четных и нечетных) и, наконец, избирательный усилитель, настроенный на частоту нечетной или четной гармоники. Как правило, в подобных схемах используются также и синхронные детекторы, обеспечивающие дополнительную избирательность по выделяемой гармонике и чувствительность к знаку измеряемой компоненты поля. Конкретные реализации подобных схем рассматриваются во второй части книги.
4-9. Феррозонды
Феррозондом мы будем называть активный индукционный преобразователь, содержащий ферромагнитный сердечник (на магнитные свойства которого оказывается воздействие), а также распределенные вдоль него обмотки.
Столь широкое определение формально позволяет включить в число феррозондов такие ферромагнитные преобразователи, которые по существу следовало бы отнести к виброзондам. Имеются в виду два типа преобразователей, изображенных на рис. 4-18.
Рис. 4-18. Преобразователи с ферромагнитными покрытиями:
амплитудный (а), частотный (б)
1 - кварцевая пластинка; 2 - ферромагнитное покрытие;
3 - неподвижная катушка; 4 - самогенерирующая цепь (генератор)
В первом из них (рис. 4-18, а) на кварцевую пластинку нанесено ферромагнитное покрытие, например в виде тонкой пленки. Покрытие охватывает измерительная обмотка. Кварцевая пластинка возбуждается на резонансной частоте электрическим напряжением Uf. Деформируясь под действием этого напряжения, пластинка сообщает деформацию ферромагнитному покрытию, в результате чего изменяются его магнитные свойства и в измерительной обмотке, окружающей ферромагнитное покрытие, при наличии поля индуцируется э. д. с.
Во втором преобразователе (рис. 4-18, б) кварцевая пластинка служит колебательным контуром генератора. На пластинку нанесено анизотропное ферромагнитное покрытие, вектор намагниченности J которого направлен в сторону легкой оси. При наличии внешнего поля Вi, перпендикулярного вектору J, возникает вращательный момент[1], деформирующий пластинку, в результате чего ее резонансная частота изменяется. Здесь по существу используется обратный эффект: изменение магнитных свойств ферромагнитного покрытия приводит к изменению частоты колебаний кварцевой пластинки, а следовательно, и частоты генератора. Выходным параметром устройства служит приращение частоты ∆ω. Вектор J связан с остаточной намагниченностью покрытия, либо с индуктивной намагниченностью, приобретаемой под действием вспомогательного магнитного поля низкой частоты Ω.
Рис. 4-19. Феррозонды с замкнутыми ферромагнитными сердечниками
Очевидно, могут быть предложены преобразователи, в которых воздействие на магнитные свойства сердечника осуществляется за счет изменения температуры окружающей среды, за счет облучения сердечника и т. д. Такие преобразователи могут быть также отнесены к феррозондам.
В дальнейшем под феррозондами мы будем понимать более узкую группу преобразователей, в которых магнитные свойства сердечников изменяются под действием измеряемого или вспомогательного магнитных полей. Преобразователи этой группы по своему принципу действия наиболее близки к магнитным усилителям [4-7]. По существу они и являются магнитными усилителями, у которых управляющая электрическая цепь заменена магнитной в виде разомкнутого или замкнутого сердечника, помещаемого в исследуемое магнитное поле.
Существует много типов и модификаций феррозондов, отличающихся друг от друга режимом работы, способами наложения вспомогательного поля, конструктивным исполнением. Рассмотрим кратко эти типы и модификации.
Прежде всего отметим, что непосредственным параметром, на который оказывается воздействие, в феррозондах является параметр \i. Однако, если действующее на сердечник магнитное поле неоднородно, а также если форма сердечника отличается от эллипсоидальной, намагничивающее поле оказывает воздействие и на параметр N. В качестве примера рассмотрим работу феррозондов, изображенных на рис. 4-19. В первом случае (рис. 4-19, а) намагничиванию вспомогательным полем подвергается средняя часть сердечника. В момент насыщения этой части можно говорить об уменьшении \х в среднем по всему объему сердечника, но точно так же можно говорить и об увеличении коэффициента N, сопоставляя данный тип преобразователя с изображенным на рис. 4-13, б. Во втором случае (рис. 4-19, б), несмотря на то, что вспомогательное поле намагничивает сердечник однородно, также нельзя говорить только об изменении jit, поскольку в сердечниках неэллипсоидальной формы коэффициент N оказывается усредненным и зависящим от [х (см. § 4-3).
В свете этого замечания при изучении различных типов феррозондов целесообразно пользоваться не частными зависимостями µ[H(t)] и N[H(t)], а зависимостью µ*[H(t)], получаемой с учетом связи (4-2). Последнюю зависимость нетрудно получить и экспериментально, пользуясь реальными сердечниками феррозондов.
Остановимся теперь на основных режимах работы феррозондов. Можно выделить два основных режима [4-40]: первый, характеризующийся тем, что на изменение магнитной проницаемости сердечника µ* оказывает воздействие само измеряемое поле и практически не оказывает воздействия вспомогательное переменное поле, и второй, характеризующийся тем, что на µ*, напротив, оказывает воздействие вспомогательное поле и практически не оказывает воздействия измеряемое поле. Работа феррозонда в первом режиме сходна с работой дросселей насыщения. Работа феррозонда во втором режиме может быть уподоблена работе ключа, периодически разрывающего магнитную цепь для измеряемого поля. Поэтому по отношению к измеряемому полю феррозонд, работающий во втором режиме, может рассматриваться как параметрическое устройство; в то же время по отношению к вспомогательному переменному полю он является нелинейным устройством.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.