RU2107964C1

RU2107964C1 - Instrument inductance coil

Info

Publication number: RU2107964C1
Application number: RU96121492A
Authority: RU
Inventors: Валерий Иванович Баньков
Original assignee: Валерий Иванович Баньков
Priority date: 1996-11-01
Filing date: 1996-11-01
Publication date: 1998-03-27

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: coil 2 for electrical and magnetic field metering and display device is wound on high-permeability magnetic core 1 of toroidal shape. This multilayer winding is placed on external surface circumference of toroidal core 1. Coil 2 has thickness approaching or equal to thickness of toroidal core 1 and its length approaches or is equal to height of toroidal core 1. EFFECT: improved sensitivity and confidence of data obtained. 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам индикации и измерения электрических и магнитных полей. The invention relates to devices for indicating and measuring electric and magnetic fields.

Известен индуктивный датчик близости Шпинева И.Н., содержащий корпус, размещенный в нем броневой сердечник из магнитного материала и расположенную в плоскости сердечника измерительную катушку индуктивности, намотанную на центральный выступ сердечника. (RU, патент N 1837153, G 01 B 7/00, H 03 K 18/945, 30.08.93). Known inductive proximity sensor Shpinova I.N., comprising a housing, an armored core made of magnetic material placed therein and a measuring inductor located in the plane of the core wound around a central protrusion of the core. (RU, patent N 1837153, G 01 B 7/00, H 03 K 18/945, 08/30/93).

Недостатком известного датчика состоит в том, что поверхность стакана броневого сердечника экранирует электромагнитное поле, индуцируемое измерительной катушкой индуктивности, сосредотачивая его в центре датчика. В электромагнитном поле такого датчика содержится в основном магнитная составляющая. Изменение ее относительно равномерно и воздействие извне на такое магнитное поле (например, появление в зоне ЭМП какого-либо предмета) вызывает незначительные изменения в его структуре. Заметные изменения магнитной составляющей поля известного датчика возможны только при непосредственном контакте с исследуемым объектом. Это обуславливает низкую чувствительность датчика. Кроме того, поскольку датчик заметно реагирует только на изменение магнитной составляющей электромагнитного поля, это также приводит к снижению чувствительности и к снижению достоверности информации, так как электрическая составляющая ЭМП при измерениях практически не используется. A disadvantage of the known sensor is that the surface of the glass of the armored core shields the electromagnetic field induced by the measuring inductor, focusing it in the center of the sensor. The electromagnetic field of such a sensor contains mainly a magnetic component. Its change is relatively uniform and external influence on such a magnetic field (for example, the appearance of an object in the EMF zone) causes insignificant changes in its structure. Noticeable changes in the magnetic component of the field of the known sensor are possible only with direct contact with the object under study. This leads to a low sensitivity of the sensor. In addition, since the sensor noticeably responds only to changes in the magnetic component of the electromagnetic field, this also leads to a decrease in sensitivity and a decrease in the reliability of information, since the electric component of the electromagnetic field is practically not used in measurements.

Наиболее близким к предлагаемой измерительной катушке индуктивности является устройство для регистрации электромагнитного поля, возникающего в трещинообразовании горных пород, в котором измерительная катушке индуктивности содержит тороидальный сердечник из магнитного материала и катушку индуктивности, намотанную на этот сердечник. (RU, патент N 2006884, G 01 R 3/00, 30.01.94). Closest to the proposed measuring inductor is a device for detecting the electromagnetic field that occurs in the crack formation of rocks, in which the measuring inductor contains a toroidal core of magnetic material and an inductor wound on this core. (RU, patent N 2006884, G 01 R 3/00, 01.30.94).

Недостатком известного устройства состоит в том, что в электромагнитном поле, формируемом измерительной катушкой, присутствует в основном магнитная составляющая. Это не позволяет получить полный объем информации об изменениях в ЭМП катушки при взаимодействии ее электромагнитного поля с объектом-источником излучения, или с объектом, находящимся в зоне ЭМП измерительной катушки. Это объясняется тем, что при этих взаимодействиях фиксируют изменения ЭМП поля измерительной катушки, вызванные реакцией лишь на индуктивную составляющую комплексного сопротивления объекта взаимодействия. Электрическая составляющая ЭМП измерительной катушки в измерениях практически не участвует. Это не позволяет использовать информацию от объекта взаимодействия, формируемую также и индуктивной составляющей его комплексного сопротивления. Таким образом, известная измерительная катушка индуктивности использует в основном информацию от объекта взаимодействия, содержащуюся в магнитной составляющей электромагнитного поля объекта. Это снижает как чувствительность известной измерительной катушки, так и достоверность полученной информации. A disadvantage of the known device is that in the electromagnetic field formed by the measuring coil, there is mainly a magnetic component. This does not allow to obtain the full amount of information about changes in the electromagnetic field of a coil due to the interaction of its electromagnetic field with an object-source of radiation, or with an object located in the electromagnetic field of a measuring coil. This is explained by the fact that during these interactions, changes in the electromagnetic field of the measuring coil are recorded, caused by the reaction only to the inductive component of the complex resistance of the interaction object. The electrical component of the EMF of the measuring coil is practically not involved in the measurements. This does not allow the use of information from the object of interaction, which is also formed by the inductive component of its complex resistance. Thus, the known measuring inductor uses mainly information from the object of interaction contained in the magnetic component of the electromagnetic field of the object. This reduces both the sensitivity of the known measuring coil and the reliability of the information received.

Таким образом, известные измерительные катушки индуктивности, описанные в аналоге и прототипе, при их осуществлении не позволяют достичь технического результата, заключающегося в повышении чувствительности и достоверности полученной информации. Thus, the known measuring inductance coils described in the analogue and prototype, when implemented, do not allow to achieve a technical result, which consists in increasing the sensitivity and reliability of the information received.

Задача предлагаемого изобретения - создание измерительной катушки, которая при ее осуществлении позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении чувствительности при измерении и в повышении достоверности полученной информации. The objective of the invention is the creation of a measuring coil, which, when implemented, allows to achieve a technical result, which consists in increasing the sensitivity during measurement and in increasing the reliability of the information received.

Суть изобретения заключается в том, что в измерительной катушке индуктивности, содержащей сердечник из магнитного материала и катушку индуктивности, намотанную на сердечник, сердечник имеет форму плоского кольца и выполнен из магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, а катушка выполнена многослойной и намотана по окружности на наружную поверхность кольца, при этом толщина намотки катушки близка или равна толщине кольца сердечника, а длина катушки близка или равна высоте кольца сердечника. The essence of the invention lies in the fact that in a measuring inductor containing a core of magnetic material and an inductor wound on the core, the core has the shape of a flat ring and is made of magnetic material with high magnetic permeability, and the coil is multilayer and wound around the outer the surface of the ring, while the thickness of the coil winding is close to or equal to the thickness of the core ring, and the length of the coil is close to or equal to the height of the core ring.

Технический результат достигается следующим образом. Благодаря тому, что сердечник катушки имеет форму плоского кольца, а катушка намотана по окружности на наружную поверхность кольца, обеспечивается сосредоточение электромагнитного поля в виде сферы по наружной поверхности кольца сердечника. В результате ЭМП измерительной катушки концентрируется не в центре, а снаружи кольца сердечника, что позволяет более полно использовать при измерениях формируемое катушкой электромагнитное поле. Это повышает чувствительность измерительной катушки и достоверность полученной информации. Выполнение сердечника в виде плоского кольца, толщины намотки измерительной катушки близкой или равной толщине кольца сердечника, а длины - близкой или равной высоте кольца сердечника обеспечивает равномерное распределение электрического и магнитного полей. Это обеспечивает при взаимодействии с исследуемым объектом съем максимальной информации как по магнитной, так и по электрической составляющей ЭМП, что повышает как чувствительность измерительной катушки, так и достоверность полученной информации. Высокая магнитная проницаемость сердечника позволяет работать со слабыми магнитными полями за счет снижения гестерезиса. The technical result is achieved as follows. Due to the fact that the core of the coil has the shape of a flat ring, and the coil is wound around the outer surface of the ring, the concentration of the electromagnetic field in the form of a sphere on the outer surface of the core ring is ensured. As a result, the EMF of the measuring coil is concentrated not in the center, but outside the core ring, which makes it possible to more fully use the electromagnetic field generated by the coil in the measurements. This increases the sensitivity of the measuring coil and the reliability of the information received. The implementation of the core in the form of a flat ring, the winding thickness of the measuring coil close to or equal to the thickness of the core ring, and a length close to or equal to the height of the core ring ensures uniform distribution of electric and magnetic fields. This, when interacting with the object under study, provides maximum information both on the magnetic and electric components of the electromagnetic field, which increases both the sensitivity of the measuring coil and the reliability of the information received. High magnetic permeability of the core allows you to work with weak magnetic fields by reducing hesteresis.

Выполнение катушки многослойной увеличивает ее собственную емкость и снижает добротность. Это способствует легкому возникновению свободных колебаний в эквивалентном колебательном контуре катушки как при подключении ее к источнику питания, так и при взаимодействии с исследуемыми источниками электромагнитного или магнитного полей, что также позволяет фиксировать слабые электромагнитные поля, т.е. повышает чувствительность катушки. Кроме того, формируемое катушкой электромагнитное поле информативно. Это объясняется тем, что эквивалентная схема многослойной катушки в загрубленном виде представляет собой параллельной колебательной LC - контур, колебания в котором имеют вид затухающих периодических колебаний. Спектр такого вида колебаний полигармонический. Следовательно, и формируемое предлагаемой измерительной катушкой ЭМП как при взаимодействии катушки с исследуемым источником ЭМП, так и при ее подключении к источнику питания, также является полигармоническим. Наличие большого числа гармонических составляющих повышает информативность ЭМП, так как позволяет заметить даже незначительные изменения в ЭМП катушки при ее взаимодействии с объектом исследований. В результате повышается чувствительность и достоверность полученной информации. The implementation of a multilayer coil increases its own capacity and reduces the quality factor. This contributes to the easy occurrence of free oscillations in the equivalent oscillatory circuit of the coil both when it is connected to a power source and when interacting with the studied sources of electromagnetic or magnetic fields, which also allows you to fix weak electromagnetic fields, i.e. increases coil sensitivity. In addition, the electromagnetic field generated by the coil is informative. This is because the equivalent circuit of the multilayer coil in the roughened form is a parallel oscillatory LC circuit, the oscillations in which have the form of damped periodic oscillations. The spectrum of this type of oscillation is polyharmonic. Therefore, the EMF formed by the proposed measuring coil both during the interaction of the coil with the EMF source under study and when it is connected to the power source is also polyharmonic. The presence of a large number of harmonic components increases the informativeness of the EMF, as it allows you to notice even slight changes in the EMF of the coil during its interaction with the object of study. As a result, the sensitivity and reliability of the information received increases.

Таким образом, предлагаемая измерительная катушка индуктивности при ее осуществлении позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении чувствительности и достоверности полученной информации. Thus, the proposed measuring inductor in its implementation allows to achieve a technical result, which consists in increasing the sensitivity and reliability of the information received.

На чертеже изображена измерительная катушка индуктивности (вертикальный разрез). The drawing shows a measuring coil inductance (vertical section).

Измерительная катушка индуктивности содержит сердечник 1 в форме плоского кольца, выполненный из магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью. На наружную поверхность кольца сердечника 1 по окружности намотана катушка индуктивности 2. Катушка 2 выполнена многослойной. Толщина намотки катушки 2 близка или равна толщине кольца сердечника 1, а длина катушки 2 близка или равна высоте кольца сердечника 1. The measuring inductor contains a core 1 in the form of a flat ring made of a magnetic material with high magnetic permeability. An inductor 2 is wound around the outer surface of the core ring 1 around a circle. The coil 2 is multilayer. The thickness of the coil winding 2 is close to or equal to the thickness of the core ring 1, and the length of the coil 2 is close to or equal to the height of the core ring 1.

Устройство используют следующим образом. The device is used as follows.

Предлагаемую измерительную катушку индуктивности используют в пассивном и активном режиме. The proposed measuring inductor is used in passive and active mode.

В пассивном режиме измерительную катушку помещают в зону действия электромагнитного поля исследуемого объекта. Затем, например, по наличию и величине наведенного в катушке индуктивности электрического тока судят о наличии и параметрах исследуемого электромагнитного поля. In passive mode, the measuring coil is placed in the area of the electromagnetic field of the investigated object. Then, for example, by the presence and magnitude of the electric current induced in the inductor, the presence and parameters of the investigated electromagnetic field are judged.

В активном режиме измерительную катушку подключают к источнику питания. В результате вокруг катушки формируется электромагнитное поле. Катушку помещают в исследуемую область, что приводит к изменению параметра исходного электромагнитного поля измерительной катушки. По характеру изменений параметров ЭМП измерительной катушки (например, изменение магнитной индукции, напряженности или изменение величины тока в измерительной катушке) судят о характере исследуемого объекта (структура, агрегатное состояние и т.д.). In active mode, the measuring coil is connected to a power source. As a result, an electromagnetic field is formed around the coil. The coil is placed in the studied area, which leads to a change in the parameter of the initial electromagnetic field of the measuring coil. The nature of the changes in the parameters of the EMF of the measuring coil (for example, a change in magnetic induction, tension, or a change in the magnitude of the current in the measuring coil) determines the nature of the object under study (structure, state of aggregation, etc.).

Claims

An inductance measuring coil comprising a core of magnetic material and an inductor wound around the core, characterized in that the core is in the form of a flat ring and is made of magnetic material with high magnetic permeability, and the coil is multilayer and wound around the outer surface of the ring, with this, the thickness of the coil winding is close to or equal to the thickness of the core ring, and the length of the coil is close to or equal to the height of the core ring.