RU2287837C1 - Датчик магнитометра - Google Patents

Датчик магнитометра Download PDF

Info

Publication number
RU2287837C1
RU2287837C1 RU2005111814/28A RU2005111814A RU2287837C1 RU 2287837 C1 RU2287837 C1 RU 2287837C1 RU 2005111814/28 A RU2005111814/28 A RU 2005111814/28A RU 2005111814 A RU2005111814 A RU 2005111814A RU 2287837 C1 RU2287837 C1 RU 2287837C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rod
base
magnetometer sensor
actuator
control unit
Prior art date
Application number
RU2005111814/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Анатольевич Копытенко (RU)
Юрий Анатольевич Копытенко
Анатолий Григорьевич Коробейников (RU)
Анатолий Григорьевич Коробейников
Виктор Михайлович Мусалимов (RU)
Виктор Михайлович Мусалимов
Максим Сергеевич Петрищев (RU)
Максим Сергеевич Петрищев
Павел Анатольевич Сергушин (RU)
Павел Анатольевич Сергушин
Вера Леонидовна Ткалич (RU)
Вера Леонидовна Ткалич
Original Assignee
Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики filed Critical Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики
Priority to RU2005111814/28A priority Critical patent/RU2287837C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2287837C1 publication Critical patent/RU2287837C1/ru

Links

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для регистрации ультранизкочастотных вариаций электромагнитных полей. Технический результат - повышение чувствительности с одновременным повышением надежности к динамическим перегрузкам датчика магнитометра. Для решения данной задачи датчик магнитометра содержит чувствительный элемент, выполненный в виде соединенного с основанием стержня, с жестко закрепленным на нем магнитным элементом, оптическую систему, состоящую из оптически соединенных источника светового излучения, зеркала, укрепленного на магнитном элементе чувствительного элемента, и приемника светового излучения. При этом блок управления электрически соединен с источником и приемником светового излучения. Нижний конец стержня чувствительного элемента шарнирно соединен с основанием. Датчик магнитометра снабжен актюатором, который выполнен в виде пьезоэлектродвигателя линейных перемещений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для регистрации ультранизкочастотных (УНЧ) вариаций электромагнитных полей (в частности, для определения местоположения ионосферных и литосферных источников УНЧ магнитных возмущений).
Известен датчик магнитометра, содержащий разомкнутый магнитный сердечник, две обмотки возбуждения и выходную обмотку. Сердечник выполнен в виде пермаллоевой трубки, обмотки возбуждения намотаны раздельно на двух параллельных стержнях сердечника и включены встречно, выходная обмотка охватывает оба стержня. Постоянное подмагничивание стержней определяется напряженностью внешнего магнитного поля, Амплитуда сигнала, снимаемого с выходной обмотки, пропорциональна величине действующего поля [Келим Ю.М. Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики: Учеб. пособие для средн. проф. учеб. заведений. - М.: Высш. шк., 2004]. Недостатком этого датчика являются низкая помехозащищенность и потеря чувствительности на низких частотах.
Известен датчик магнитометра, содержащий основание, подвес, выполненный в виде невесомого стержня, и магнитный элемент. Подвес совершает свободные колебания относительно точки подвеса. Под действием электромагнитных полей изменяются амплитуда и частота колебаний подвеса, которые пропорциональны величине действующего магнитного поля [Скубов Д.Ю., Ходжаев К.Ш. Нелинейная электромеханика. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003]. Этот датчик обладает недостаточно высокой чувствительностью при регистрации УНЧ вариаций электромагнитных полей.
Известен датчик магнитометра, выбранный в качестве прототипа, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде невесомого стержня (нити), оба конца которого жестко защемлены в пластинах основания, с жестко закрепленным на стержне магнитным элементом, оптическую систему, состоящую из оптически соединенных источника светового излучения, зеркала, жестко закрепленного на магнитном элементе, и приемника светового излучения, блок управления, выход и вход которого электрически соединены с источником и приемником светового излучения соответственно [Кротевич Н.Ф. Магнитные микровариационные измерения и аппаратура для магнитотеллургических исследований. - Новосибирск: Изд-во «Наука», Сибирское отд-ние, 1972]. Луч от источника светового излучения, падающий на зеркало, отражается и попадает на поверхность приемника светового излучения, изменение тока на выводах которого прямо пропорционально вариациям магнитного поля. Под действием магнитных полей магнитный элемент отклоняется от исходного положения. Зеркало меняет свое положение в пространстве, отраженный от него луч попадает на другой участок поверхности приемника светового излучения, вырабатывается другое значение тока.
Этот датчик магнитометра обладает недостаточно высокой чувствительностью, а также недостаточной надежностью к динамическим перегрузкам. При ударных перегрузках возникает локальное разрушение стержня (разрыв) и конструкция становится неработоспособной.
Изобретение решает задачу повышения чувствительности с одновременным повышением надежности к динамическим перегрузкам датчика магнитометра.
Задача решена следующим образом. Датчик магнитометра содержит чувствительный элемент, выполненный в виде соединенного с основанием стержня, с жестко закрепленным на нем магнитным элементом, оптическую систему, состоящую из оптически соединенных источника светового излучения, зеркала, укрепленного на магнитном элементе чувствительного элемента, и приемника светового излучения, блок управления, электрически соединенный с источником и приемником светового излучения. Датчик магнитометра дополнительно снабжен актюатором, жестко соединенным с основанием и электрически соединенным с выходом блока управления актюатором, вход которого электрически соединен с выходом блока управления, нижний конец стержня чувствительного элемента шарнирно соединен с основанием, основание установлено на упругих опорах.
По схеме крепления нижним концом стержня чувствительный элемент представляет собой так называемый перевернутый маятник, состояние которого в верхнем положении неустойчиво. Под действием сколь угодно малого внешнего воздействия перевернутый маятник стремится занять нижнее, устойчивое положение.
Датчик обладает повышенной чувствительностью к внешним воздействиям за счет использования неустойчивости состояния чувствительного элемента в верхнем положении. Устойчивое состояние чувствительного элемента в верхнем положении обеспечивается организацией вынужденных вертикальных колебаний основания, с которым он шарнирно соединен. Колебания основания обеспечивает жестко соединенный с ним актюатор, который осуществляет линейные перемещения (вибрации) вдоль вертикальной оси. Таким образом, актюатор обеспечивает вибрационную стабилизацию верхнего положения чувствительного элемента. Малейшее изменение величины электромагнитного поля (вариация) ведет к изменению устойчивого положения стержня чувствительного элемента, которое отличается от исходного на угол, пропорциональный этой вариации.
При этом датчик магнитометра отличается большей надежностью к динамическим перегрузкам, поскольку стержень чувствительного элемента только одним концом соединен с основанием, в отличие от прототипа, в котором стержень зажат обоими концами в пластинах основания в предельно напряженном состоянии. Предельно напряженное состояние осуществляется растягивающими осевыми силами для получения максимально возможной для прототипа чувствительности. В предлагаемом датчике магнитометра стержень чувствительного элемента нагружен только сжимающим усилием (весом чувствительного элемента), что обеспечивает большую надежность к динамическим перегрузкам, поскольку предел прочности на сжатие больше предела прочности на растяжение.
На чертеже представлена схема датчика магнитометра.
Датчик магнитометра содержит чувствительный элемент, оптическую систему, блок управления, актюатор и блок управления актюатором.
Чувствительный элемент датчика магнитометра выполнен в виде стержня 1, нижний конец которого шарнирно соединен с основанием 2, на стержне 1 жестко закреплен магнитный элемент 3, который может быть закреплен на любом участке длины стержня 1. Основание 2 установлено на упругих опорах 4. Основание 2 жестко соединено с актюатором 5. Актюатор 5 электрически соединен с выходом блока управления актюатором 6, вход которого соединен с выходом В1 блока управления 7. Оптическая система состоит из оптически соединенных источника светового излучения 8, зеркала 9, жестко закрепленного на магнитном элементе 3, и приемника светового излучения 10. Источник светового излучения 8 электрически соединен с выходом В2 блока управления 7. Приемник светового излучения 10 электрически соединен с входом В3 блока управления 7. Стержень 1 первоначально отклонен от вертикальной оси и опирается на кромки шарнирного паза основания 2.
Устройство работает следующим образом. При подаче питания на блок управления 7 с выходов В1 и В2 на вход блока управления актюатором 6 и источник светового излучения 8 соответственно поступают управляющие сигналы, в результате чего источник светового излучения 8 начинает излучать световой поток, модулированный с частотой f0, с выхода блока управления актюатором 6 на актюатор 5 поступает управляющий сигнал, в результате чего последний начинает осуществлять гармонические колебания в вертикальном направлении с той же частотой. Основание 2, установленное на упругих опорах 4 и жестко соединенное с актюатором 5, совершает вертикальные вибрации с той же частотой. Под действием вертикальных вибраций основания 2 шарнирно соединенный с ним нижним концом стержень 1 чувствительного элемента с жестко закрепленным на нем магнитным элементом 3, первоначально отклоненный от вертикальной оси и опирающийся на кромки шарнирного паза основания 2, принимает верхнее вертикальное положение. Модулированная интенсивность луча источника светового излучения 8 с частотой f0, попадающего на зеркало 9, жестко закрепленного на магнитном элементе 3, отражается и попадает на поверхность приемника светового излучения 10, на выводах которого вырабатывается значение тока, соответствующее этому положению чувствительного элемента, и которое поступает на вход В3 блока управления 10.
Под действием электромагнитных полей стержень 1 вместе с магнитным элементом 3 отклоняется от прежнего устойчивого положения равновесия, которым является верхнее вертикальное положение, и занимает новое. При этом также меняет свое положение зеркало 9, а луч, отраженный от него, попадает на другой участок поверхности приемника светового излучения 10, на вход ВЗ поступает другое значение вырабатываемого тока. По этим отклонениям можно судить о вариациях электромагнитных полей.
В качестве конкретного примера выполнения предлагается датчик магнитометра, стержень чувствительного элемента которого выполняется жестким, с диаметром, обеспечивающим повышенную прочность и чувствительность. В данном случае две конкурирующие величины - прочность и чувствительность - дают возможность выбрать оптимальный диаметр стержня, значение которого находится при решении экстремальной задачи. Например, предлагается стержень чувствительного элемента, изготавливаемый из бериллиевой бронзы и имеющий отношение диаметра стержня к его длине 0,02.
Магнитный элемент выполняется в виде постоянного (статического) магнита либо в виде двух постоянных магнитов, симметрично расположенных относительно стержня. Магнитный элемент жестко крепится на свободном конце стержня чувствительного элемента. Основание выполняется в виде платформы с шарнирным пазом. Упругие опоры выполняются в виде цилиндрических винтовых пружин либо плоских пружин.
Приемник светового излучения выполняется в виде лазера либо лазерного диода, либо светодиода, либо лампы накаливания. Актюатор выполняется в виде пьезоэлектродвигателя линейных перемещений. Блок управления актюатором выполняется стандартным [Смирнов А.Б. Мехатроника и робототехника. Системы микроперемещений с пьезоэлектрическими приводами: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003]. Приемник светового излучения выполняется в виде фотодиода либо ПЗС-матрицы.
Блок управления выполняется так же, как и блок управления прототипа [Кротевич Н.Ф. Магнитные микровариационные измерения и аппаратура для магнитотеллургических исследований. - Новосибирск: Изд-во «Наука», Сибирское отд-ние, 1972].
Таким образом, датчик магнитометра обладает повышенной чувствительностью с одновременно повышенной надежностью к динамическим перегрузкам.
Повышенная чувствительность обеспечивается схемой крепления чувствительного элемента, состояние которого в верхнем вертикальном неустойчиво без организации вынужденных вертикальных колебаний. Перевод чувствительного элемента из неустойчивого в устойчивое состояние равновесия осуществляется путем организации вынужденных колебаний основания, которые обеспечивает актюатор.
Повышенная надежность к динамическим перегрузкам обеспечивается также схемой крепления чувствительного элемента. Стержень односторонне шарнирно соединен с основанием и не находится в предельно напряженном состоянии.

Claims (2)

1. Датчик магнитометра, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде соединенного с основанием стержня с жестко закрепленным на нем магнитным элементом, оптическую систему, состоящую из оптически соединенных источника светового излучения, зеркала, укрепленного на магнитном элементе чувствительного элемента и приемника светового излучения, блока управления, электрически соединенного с источником и приемником светового излучения, отличающийся тем, что нижний конец стержня чувствительного элемента шарнирно соединен с основанием, основание установлено на упругих опорах, датчик магнитометра снабжен актюатором, жестко соединенным с основанием и электрически соединенным с выходом блока управления актюатором, вход которого электрически соединен с выходом блока управления.
2. Датчик магнитометра по п.1, отличающийся тем, что актюатор выполнен в виде пьезоэлектродвигателя линейных перемещений.
RU2005111814/28A 2005-04-20 2005-04-20 Датчик магнитометра RU2287837C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005111814/28A RU2287837C1 (ru) 2005-04-20 2005-04-20 Датчик магнитометра

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005111814/28A RU2287837C1 (ru) 2005-04-20 2005-04-20 Датчик магнитометра

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2287837C1 true RU2287837C1 (ru) 2006-11-20

Family

ID=37502441

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005111814/28A RU2287837C1 (ru) 2005-04-20 2005-04-20 Датчик магнитометра

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2287837C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU176399U1 (ru) * 2017-06-07 2018-01-17 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) Датчик магнитометра
RU2784201C1 (ru) * 2021-09-15 2022-11-23 Общество с ограниченной ответственностью "ГЕОСКАН" Способ измерений магнитного поля земли и квантовый магнитометр для реализации такого способа
WO2023043336A1 (ru) * 2021-09-15 2023-03-23 Общество с ограниченной ответственностью "ГЕОСКАН" Способ измерений магнитного поля земли и квантовый магнитометр

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Кротевич Н.Ф. Магнитные микровариационные измерения и аппаратура для магнитотеллургических исследований. - Новосибирск: Наука, Сибирское отд-ние, 1972, с.243. *
Справочник геофизика "Магниторазведка"./ Под ред. В.Е.Никитского и Ю.С.Глебовского. - М.: Недра, 1980, с.98. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU176399U1 (ru) * 2017-06-07 2018-01-17 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) Датчик магнитометра
RU2784201C1 (ru) * 2021-09-15 2022-11-23 Общество с ограниченной ответственностью "ГЕОСКАН" Способ измерений магнитного поля земли и квантовый магнитометр для реализации такого способа
WO2023043336A1 (ru) * 2021-09-15 2023-03-23 Общество с ограниченной ответственностью "ГЕОСКАН" Способ измерений магнитного поля земли и квантовый магнитометр

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9702992B2 (en) Closed loop control techniques for displacement sensors with optical readout
US3626364A (en) Three-axis seismometer
US1863415A (en) Magnetometer
RU2287837C1 (ru) Датчик магнитометра
US6161433A (en) Fiber optic geophone
JPH06323897A (ja) 振動・衝撃検知用センサ
US11835406B2 (en) Optical fiber sensing device having a symmetric optical fiber arrangement
RU176399U1 (ru) Датчик магнитометра
US3303705A (en) Attitude compensated electromechanical oscillator
US3052127A (en) Sensing apparatus
RU79342U1 (ru) Устройство для измерения гравитационной постоянной
Kopytenko et al. Torsion magnetic variometer with kevlar-hanger-based sensor
RU2386151C1 (ru) Сейсмометр
RU2309419C2 (ru) Устройство для измерения параметров магнитного поля
US3412324A (en) Optical magnetometer based on the principle of frustrated total internal reflection of light
RU140988U1 (ru) Устройство для измерения параметров вибрации
SU847090A1 (ru) Микробарограф
RU182627U1 (ru) Устройство для измерения ускорений
RU79343U1 (ru) Универсальное устройство для измерения гравитационной постоянной
RU2045080C1 (ru) Сейсмоприемник
Sergushin et al. The torsion magnetic variometer with kevlar-hanger-based sensor
US3307410A (en) Accelerometer
SU1087785A1 (ru) Магнитоэлектрический динамометр
SU1436079A1 (ru) Сейсмоприемник
SU1700484A1 (ru) Устройство дл измерени ускорений

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140421