DK165076B - Sonde til tidskodet registrering af magnetfelter - Google Patents

Description

i

DK 165076 B

SONDE TIL TIDSKODET REGISTRERING AF MAGNETFELTER

Opfindelsen angår en sonde til registrering af magnetiske jævn- og vekselfelters størrelse og retning, hvilken sonde 5 omfatter en magnetiserbar kerne med en formagnetiseringsvikling og en induktionsvikling, hvilken kerne periodisk mættes af en gennem formagnetiseringsviklingen løbende vekselstrøm, idet induktionsviklingen afgiver en udgangsspænding, der efter differentiation indeholder magnetfeltets 10 måleværdi på tidskodet form, hvilken magnetiserbare kerne har et formindsket tværsnit i nærheden af kernens midte, over hvilket induktionsviklingen er placeret, og hvor formagnetiseringsviklingen er placeret ved siden af induktionsviklingen.

15

Fra DE patentskrift nr. 16 23 577 kendes sonder med magnetiserbar kærne, hvilke sonder har en tværsnitsformindskelse omkring midten, har en af vekselstrøm gennemløbet formagnetiseringsvikling, der periodisk fører kærnematerialet til 20 mætning, og en induktionsvikling, hvis udgangsspænding differentieres, hvorefter den tidsmæssige afstand mellem den differentierede induktionsspændings nulgennemgange udnyttes som måleværdi for den magnetiske fluxtæthed. Den mindste målelige fluxtæthedsændring fastlægges af de støj- og for-25 styrrelssignaler, der er overlejet nyttesignalet. Ved et u-gunstigt forhold mellem nyttesignal og forstyrrelsesignal kan anvendelsen af det differentierede signal føre til fejlbehæftede resultater.

30

Formålet med opfindelsen er derfor at frembringe en sonde med magnetiserbar og periodisk mættet kærne, ved hvilken der opnås en væsentlig forbedring hvad angår størrelsen af opløsningen af de magnetiske fluxtætheder, der skal måles, 35 og dermed at opnå et større måleområde.

DK 165076 B

2

Dette opnås ifølge opfindelsen ved en sonde af den indledningsvis angivne art, hvilken sonde ifølge opfindelsen er særegen ved, at den med lav kapacitet udformede induktionsvikling har et rektangulært tværsnit, at kernens magneti-5 serbare materiale foruden høj permeabilitet og lav magnetisk feltstyrke har en høj ommagnetiseringshastighed og en høj specifik modstand, at viklingerne er anbragt på en på langs opslidset, ikke magnetiserbar elektrisk ledende spoleform, og at sonden har et elektrisk ledende hylster, hvis 10 vægtykkelse er afpasset på en sådan måde, at sonden afskærmes over for magnetiske vekselfelter over en forud fastsat frekvens.

Ved en reel sonde optræder der i den differentierede spæn-15 ding i almindelighed svingninger, som ved påføring af et ydre jævnstrømsfelt falder i området for den aftagende flanke og således forøger sondens linearitetsfejl og dermed begrænser måleområdet, som kan udnyttes. Det må her iagttages, at den aftagende flanke forskydes sidelæns svarende 20 til et omsætningsforhold omkring 1:1. Ved de angivne foranstaltninger opnås en maksimering af signalets stigning i det omhandlede område, hvorved indflydelsen af den tidsmæssige forskydning bliver reduceret væsentligt, linearitetsfejlen formindskes, og måleområdet kan udvides.

25

Videreudviklinger af opfindelsen kan udledes af de uselvstændige krav.

Sonden ifølge opfindelsen skal forklares nærmere i det føl-30 gende under henvisning til tegningen hvor:

Fig. 1 viser den principielle opbygning af en kendt sonde med en kurve over induktionsspændingen og den differentierede induktionsspænding, 35 fig. 2 viser et ækvivalent diagram for den i fig. 1 an 3

DK 165076B

givne sonde, og fig. 3 viser et længdesnit gennem en sonde ifølge opfindelsen.

5 På fig. 1 ses en sondekærne 1, der er forsynet med en tværsnitsformindskelse 2 omtrent ved kærnens midte. I området ved tværsnitsformindskelsen er anbragt en induktionsvikling 3, og en formagnetiseringsvikling 4, der gennemlø-10 bes af en formagnetiseringsstrøm iv, hvilken formagnetiseringsvikling 4 er anbragt på de dele af kærnen 1, der ikke dækkes af induktionsvikl ingen 3. Den i induktionsviklingen 3 inducerede spænding ux føres til et differentieringsled 5, der genererer en differentieret spænding uD. En støj- og 15 forstyrrelsesspænding ur, der er overlejret nyttesignalet uA fra sondens induktionsvikling 3, bevirker en tidsmæssig ubestemthed τ på den differentierede induktionsspændings uD nulgennemgange, og begrænser dermed opløsningsevnen og . måleområdet.

20

Størrelsen af x kan som en første tilnærmelse beregnes til:

Qr 25 t = -

duD

- * dt 30 hvor x = tidsmæssig usikkerhed

Ur = støj- og forstyrrelsesspænding UD = differentieret induktionsspænding 35 = induktionsspænding

Qj, Qr = maksimalværdier af u£, ur

DK 165076 B

4 t = tid

Det kan lykkes at minimere x, når 5 dun ur -> O og/eller - · Uj -> « dt 10 hvilket tilstræbes ved en egnet geometrisk og elektrisk opbygning af sonden. Samtidig hermed øges måleområdet U, når der gælder: U « T/2 . x 15

duD

En stor værdi for - · Q. opnås, dt 20 når der som sondekærne 1 indsættes et magnetiserbart materiale med stor permeabilitet ved ringe magnetisk feltstyrke, høj ommagnetiseringshastighed og høj specifik modstand, som for eksempel magnetiserbart, amorft metal. For at kunne udnytte den høje fluxændringshastighed i sondekærnen 1, 25 skal induktions vikl ingen 3 udføres med ringe kapacitet (Ct->0), som tydeliggjort på fig. 2, når RL er en ohmsk belastningsmodstand .

Af Uj 1 30

Ulo 3 VRL

i + - 1 - \ · c, 35 fås, at frekvenser over

DK 165076B

5 -_:_ 5 2n Li ·

duA

undertrykkes, og at størrelsen af - eller uQ begrænses . dt 10

Samtidig kan om Rl *L-- 2nLl 15 udledes, at man kun kan forvente en stor værdi af du£ -, når kvotienten RL/Li er tilstrækkelig stor.

dt 20

Dette kan for en given værdi Rt opnås ved en induktionsvikling med kvadratisk viklingsflade, og ved sondekærner med tværsnitsformindskelse ved at anbringe induktionsviklingen over det område, der har den største tværsnits-25 formindskelse.

En sonde af denne art er vist på fig. 3. Formagnetiseringsviklingen 4 og induktionsviklingen 3 med ringe kapacitet er gennem sondekærnen 1 af magnetiserbart, amorft metal og 30 det omgivende luftrum koblet til hinanden. Induktionsviklingens 3 impedans er tilpasset et ikke vist beregningskredsløb. Viklingen 3 er anbragt over sondekærnens 1 tværsnitsindsnævring 2. Den kobling, der bevirker et falsk nyt-tesignal gennem luftrummet, kan i det væsentlige elimineres 35 ved hjælp af en af formagnetiseringsstrømmen gennemløbet hjælpevikling 6, anbragt ved induktionsviklingen 3 og med 6

DK 165076B

modsat viklingsretning.

For at forhindre indstråling af ydre elektriske forstyrrelsesfelter, anbringes viklingerne 3, 4 og 6 på en op-5 slidset, ikke magnetiserbar, ledende spoleform 7, der er jordforbundet på passende vis. Spoleformen kan også bestå af to halvskaller, der er isoleret i forhold til hinanden. Sonden anbringes i et ligeledes jordforbundet, elektrisk ledende, ikke magnetiserbart afskærmningslegeme 8, hvilket 10 legeme ikke er opslidset, men hvis vægtykkelse er således dimensioneret, at magnetiske vekselfelter over en given frekvens ikke kan trænge ind i det indre af afskærmningslegemet 8. Herved befries nyttesignalet fra induktionsspolen 3 også for ydre magnetiske forstyrrelsesfelter over den 15 givne frekvens.

Claims (4)

1. Sonde til registrering af magnetiske jævn- og vekselfelters størrelse og retning, hvilken sonde omfatter en magne- 5 tiserbar kerne (1) med en formagnetiseringsvikling (4) og en induktionsvikling (3), hvilken kerne (1) periodisk mættes af en gennem formagnetiseringsviklingen (4) løbende vekselstrøm, idet induktionsviklingen (3) afgiver en udgangsspænding, der efter differentiation indeholder magnetic) feltets måleværdi på tidskodet form, hvilken magnetiserbare kerne (1) har et formindsket tværsnit i nærheden af kernens (1) midte (2), over hvilket induktionsviklingen (3) er placeret, og hvor formagnetiseringsviklingen (4) er placeret ved siden af induktionsviklingen (3), kendetegnet 15 ved, at den med lav kapacitet udformede induktionsvikling (3) har et rektangulært tværsnit, at kernens (1) magnetiserbare materiale foruden høj permeabilitet og lav magnetisk feltstyrke har en høj ommagnetiseringshastighed og en høj specifik modstand, at viklingerne (3, 4) er anbragt på 20 en på langs opslidset, ikke magnetiserbar elektrisk ledende spoleform (7), og at sonden har et elektrisk ledende hylster (8), hvis vægtykkelse er afpasset på en sådan måde, at sonden afskærmes over for magnetiske vekselfelter over en forud fastsat frekvens. 25

2. Sonde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der som kernemateriale anvendes amorfe metaller.

3. Sonde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, 30 at sonden har en yderligere vikling (6) i området ved induktionsviklingen (3), hvilken yderligere viklings (6) viklingsretning er modsat formagnetiseringsviklingens (4).

4. Sonde ifølge et af kravene 1-3, kendetegne t-35 ved, at spoleformen (7) består af to fra hinanden isolerede, ikke magnetiserbare elektrisk ledende halvskåle, der DK 165076B omslutter den magnetiserbare kerne (1).