RU72788U1 - Устройство для измерения магнитного поля - Google Patents
Устройство для измерения магнитного поля Download PDFInfo
- Publication number
- RU72788U1 RU72788U1 RU2007125198/22U RU2007125198U RU72788U1 RU 72788 U1 RU72788 U1 RU 72788U1 RU 2007125198/22 U RU2007125198/22 U RU 2007125198/22U RU 2007125198 U RU2007125198 U RU 2007125198U RU 72788 U1 RU72788 U1 RU 72788U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic field
- cylinder
- magnetic
- ring
- transducer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области магнитных измерений и может быть использована для снижения влияния высокочастотных и импульсных непреднамеренных промышленных магнитных помех на работу устройств для измерения магнитного поля при сохранении их чувствительности к медленным изменениям магнитного поля.
Предлагаемое устройство для измерения магнитного поля, содержит первичный преобразователь магнитного поля, электронную систему обработки сигнала, индикатор сигнала, и отличается тем, что первичный преобразователь магнитного поля помещен внутрь проводящего немагнитного цилиндра (или кольца), при этом центр цилиндра (или кольца) совпадает с центром магниточувствительного элемента преобразователя магнитного поля, а ось симметрии цилиндра (или кольца) совпадает с направлением магниточувствительной оси первичного преобразователя магнитного поля. Цилиндр (или кольцо) изготавливается из проводящего немагнитного материала малого сопротивления с такими геометрическими размерами, которые обеспечивают небольшое отношение сопротивления к индуктивности кольца или цилиндра.
На примере магнитоэлектронного датчика магнитного поля экспериментально показано, что уменьшение флуктуаций магнитного поля при применении устройства подавления магнитных помех происходит более чем в 2 раза.
Description
Полезная модель относится к области магнитных измерений и может быть использована для снижения влияния высокочастотных и импульсных непреднамеренных промышленных магнитных помех на работу устройств для измерения магнитного поля при сохранении их чувствительности к медленным изменениям магнитного поля.
Известны различные устройства для измерения магнитных полей [1-4]. Все они содержат первичный магниточувствительный преобразователь (магниторезистивный, феррозондовый, магниторезонансный), электронные устройства обработки и отображения сигнала. Работа устройств основана на преобразовании измеряемой компоненты магнитного поля в электрический сигнал с последующей его обработкой. Недостатком этих устройств является то, что они чувствительны к любым изменениям внешнего магнитного поля, включая преднамеренные и непреднамеренные магнитные помехи естественного или искусственного происхождения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому и выбранным в качестве прототипа является устройство для измерения магнитных полей [5]. Оно содержит последовательно соединенные феррозонд, первый интегрирующий дискретизатор, конденсатор, первый
масштабный преобразователь, второй интегрирующий дискретизатор, усилитель переменного напряжения, фазочувствительный демодулятор, второй масштабный преобразователь и третий интегрирующий дискретизатор, выход которого соединен с компенсационной обмоткой феррозонда. Реализацией весового интегрирования в канале преобразования осуществляется подавление внутренних ферромодуляционных и внешних низкочастотных и высокочастотных помех.
Недостатком данного устройства является то, что оно требует сложной электронной системы формирования сигнала, направляемого в компенсационную обмотку феррозонда.
Задача заявляемого решения - снижение влияния на работу устройства для измерения магнитных полей высокочастотных и импульсных промышленных помех при сохранении чувствительности к медленно меняющимся магнитным полям.
Предлагаемое устройство для измерения магнитных полей отличается от выбранного прототипа тем, что первичный магниточувствительный преобразователь помещен внутрь проводящего немагнитного цилиндра (или кольца). Предлагаемое устройство для измерения магнитных полей представляет собой первичный преобразователь магнитного поля, электронную систему обработки сигнала, индикатор сигнала, а также установленный таким образом проводящий немагнитный цилиндр (или кольцо), что центр цилиндра (или кольца) совпадает с центром магниточувствительного элемента преобразователя магнитного поля, а ось
симметрии цилиндра (или кольца) совпадает с направлением магниточувствительной оси первичного преобразователя магнитного поля.
Цилиндр (или кольцо) изготавливается из проводящего немагнитного материала малого сопротивления с такими геометрическими размерами, которые обеспечивают небольшое отношение сопротивления к индуктивности кольца или цилиндра. На Фиг.1 показан первичный преобразователь с установленным цилиндром (кольцом), где 1 - первичный преобразователь магнитного поля, 2 - выход на электронную систему обработки, 3 - экранирующий цилиндр.
Принцип подавления помех основан на явлении электромагнитной индукции. В результате быстрых изменений внешнего магнитного поля (промышленной помехи) в цилиндре (или кольце) возникает ЭДС индукции и индукционный ток I, который по правилу Ленца будет иметь такое направление, что порождаемый им магнитный поток будет стремиться скомпенсировать действие внешнего быстро изменяющегося магнитного поля Bвнеш. Величина этого индукционного тока
где εинд - ЭДС индукции, I - индукционный ток в цилиндре (кольце), L - индуктивность цилиндра (кольца), Фвнеш - внешний магнитный поток через площадь, ограниченную цилиндром (кольцом), , где D - диаметр цилиндра (кольца), R=pl/S - сопротивление цилиндра (кольца), ρ - удельное сопротивление, соответствующее материалу цилиндра (кольца),
l=π·d - периметр цилиндра (кольца), S=d·h - площадь поперечного сечения цилиндра (кольца), перпендикулярная направлению индукционного тока.
Соотношение (1) сводится к линейному неоднородному дифференциальному уравнению
Общим решением однородного уравнения (2) является .
Чтобы найти частное решение неоднородного уравнения необходимо задать вид функции Bвнеш=B(t).
При гармонической помехе Bвнеш(t)=Bm cosωt и при условии, что индукционные токи однородны по всему периметру цилиндра и лежат в плоскостях, перпендикулярных оси цилиндра, это решение для индукционного тока имеет вид
Индуцированное магнитное поле в центре цилиндра (кольца)
и с учетом (3)
Тогда в центре цилиндра (кольца) суммарное магнитное поле Вдейств=Ввнеш(t)+Винд(t)=βBmsin(ωt+φ), где коэффициент подавления
С увеличением частоты внешней магнитной помехи эффективность подавления возрастает.
Использование данного пассивного устройства приводит к подавлению высокочастотных помех в той или иной степени, а устройство измерения магнитного поля в результате регистрирует только медленные изменения магнитного поля. Причем такой способ подавления магнитных помех применим к любым устройствам измерения магнитного поля.
При проведении экспериментальных исследований использовался магнитоэлектронный датчик слабых магнитных полей, основным назначением которого является определение компонент магнитного поля Земли с точностью не хуже 10 нТл. Магнитоэлектронный датчик представляет собой генератор, имеющий в цепи обратной связи ЖИГ-резонатор, частота которого связана с магнитным полем соотношением Врез=γfрез, где γ=28 Гц/нТл. При измерениях магнитное поле преобразуется в частотный отклик.
Экспериментальные исследования действия подобного устройства проводились на установке, состоящей из датчика магнитного поля 1, алюминиевого цилиндра 2 (внешний диаметр ⌀=7,5 см, высота h=15,5 см, толщина стенки δ=0,3 см, сопротивление R=12,66·10-6 Ом), источника
преднамеренной помехи 3, генератора низких частот Г3-123 - 4, источника питания датчика GPS-3303 - 5, анализатора спектра Я4С-54 - 6 (Фиг.2).
Преднамеренная магнитная помеха создавалась рамкой размером 70×60 см2 с намотанным на нее медным проводом (число витков N=190). Частота помехи задавалась генератором низких частот в пределах от 50 до 1500 Гц. Спектр выходного сигнала датчика без экрана, определяющий девиацию частоты датчика для помехи 1000 Гц показан на Фиг.3а. При экранировании датчика указанным алюминиевым цилиндром происходило существенное (в 2,5 раза) уменьшение девиаций частоты датчика (Фиг.3б). На частотах ниже 100 Гц заметного влияния экрана не наблюдалось.
Экспериментально исследовались также компенсации импульсных непреднамеренных промышленных помех. В качестве устройства подавления помех использовался латунный цилиндр (внешний диаметр ⌀=2,9 см, высота h=2,3 см, толщина стенки δ=0,2 см, R=140,51·10-6 Ом). Установка состояла из датчика магнитных полей 1, экранирующего цилиндра 2, источника питания датчика GPS-3303 - 3, электронно-счетного частотомера Ч3-63/1 - 4 и сопряженной с ним ПЭВМ 5 (Фиг.4). При анализе результатов эксперимента предварительно проводилась специальная обработка показаний датчика, заключающаяся в удалении из ряда полученных значений частоты нестационарной составляющей, т.е. тренда. Для полученного в результате такой обработки ряда вычислялось среднеквадратичное отклонение δfср.кв.. На Фиг.5а представлен график зависимости от времени изменений магнитного поля, регистрируемых неэкранированным датчиком, значение
среднеквадратичного отклонения составляет δВср кв=9,5 нТл. На Фиг.5б представлена аналогичная зависимость для датчика, экранированного латунным цилиндром (⌀=2,9 см, h=2,3 см, R=140·10-6 Ом), δВср кв=3,49 нТл. Видно, что уменьшение флуктуации магнитного поля при применении устройства подавления магнитных помех происходит более чем в 2 раза.
Таким образом, при установке проводящего немагнитного цилиндра (или кольца) устройство измерения магнитного поля становится чувствительным только к медленным изменениям магнитного поля.
Возможным вариантом конструктивного решения является установка цилиндров (или колец) в трех взаимно перпендикулярных плоскостях как показано на Фиг.6.
Технический результат заключается в том, что при использовании немагнитных проводящих цилиндров или колец в устройствах для измерения магнитного поля снижается влияние быстропеременных и импульсных магнитных помех, причем использование сложных электронных схем не требуется.
Источники информации:
1. Магниторезистивный датчик. Россия, патент 94027656, МПК6, Н01L 43/08, Институт проблем управления РАН; Опубл. 20.05.1997 г.
2. Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство. Патент №2280917 МПК Н01L 27/14. Игнатьев А.А., Ляшенко А.В, ОАО «Тантал»; Опубл. 27.07.06 г.
3. Датчик магнитного поля. Россия, патент 22150712, МПК G01R 33/05, Соборов Г.И., Институт физики им. Л.В.Киренского СО РАН; Опубл. 10.06.2000.
4. Цифровой феррозондовый магнитометр со следящим уравновешением. Россия, патент 1318069, МПК G01R 33/02, Соборов Г.И., АО Раменское приборостроительное конструкторское бюро; Опубл. 10.08.1998.
5. Устройство для измерения магнитных полей. Россия патент 2118831, МПК G01R 33/02, Соборов Г.И., АО Раменское приборостроительное конструкторское бюро; Опубл. 10.09.1998.
Claims (1)
- Устройство для измерения магнитного поля, содержащее первичный преобразователь магнитного поля, электронную систему обработки сигнала, индикатор сигнала, отличающееся тем, что первичный преобразователь магнитного поля помещен внутрь проводящего немагнитного цилиндра или кольца, при этом центр цилиндра или кольца совпадает с центром магниточувствительного элемента преобразователя магнитного поля, а ось симметрии цилиндра или кольца совпадает с направлением магниточувствительной оси первичного преобразователя магнитного поля.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007125198/22U RU72788U1 (ru) | 2007-07-03 | 2007-07-03 | Устройство для измерения магнитного поля |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007125198/22U RU72788U1 (ru) | 2007-07-03 | 2007-07-03 | Устройство для измерения магнитного поля |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU72788U1 true RU72788U1 (ru) | 2008-04-27 |
Family
ID=39453410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007125198/22U RU72788U1 (ru) | 2007-07-03 | 2007-07-03 | Устройство для измерения магнитного поля |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU72788U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2679461C1 (ru) * | 2018-03-07 | 2019-02-11 | Общество с ограниченной ответственностью "СПИНЛАБ" | Однокомпонентный сенсор геомагнитных полей |
-
2007
- 2007-07-03 RU RU2007125198/22U patent/RU72788U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2679461C1 (ru) * | 2018-03-07 | 2019-02-11 | Общество с ограниченной ответственностью "СПИНЛАБ" | Однокомпонентный сенсор геомагнитных полей |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dufay et al. | Development of a high sensitivity giant magneto-impedance magnetometer: Comparison with a commercial flux-gate | |
| Gudoshnikov et al. | Highly sensitive magnetometer based on the off‐diagonal GMI effect in Co‐rich glass‐coated microwire | |
| Trout | Use of Helmholtz coils for magnetic measurements | |
| EP1810046B1 (en) | Sensor for measuring magnetic flux | |
| RU163174U1 (ru) | Малогабаритный высокочастотный магнитометр | |
| Prance et al. | Compact room-temperature induction magnetometer with superconducting quantum interference device level field sensitivity | |
| Ma et al. | A novel low-noise Mu-metal magnetic shield with winding shape | |
| Liu et al. | Construction of an Overhauser magnetic gradiometer and the applications in geomagnetic observation and ferromagnetic target localization | |
| Ma et al. | High performance single element MI magnetometer with peak-to-peak voltage detector by synchronized switching | |
| CN205844507U (zh) | 基于霍姆赫兹线圈的磁通门探头结构 | |
| RU2536083C1 (ru) | Датчик слабых высокочастотных магнитных полей | |
| Sasada et al. | Fundamental mode orthogonal fluxgate gradiometer | |
| Hrakova et al. | Sensitivity and noise of parallel fluxgate sensor with amorphous wire cores | |
| Wang et al. | A highly sensitive magnetometer based on the Villari effect | |
| RU72788U1 (ru) | Устройство для измерения магнитного поля | |
| US20140055131A1 (en) | Magnetic field sensor | |
| Chen et al. | Sensitivity model for residence times difference fluxgate magnetometers near zero magnetic field | |
| Khosravi et al. | Comparison of a designed scalar proton precession magnetometer with a scalar calibrated 3-axis fluxgate magnetometer | |
| Zhi et al. | Design and analysis of miniature tri-axial fluxgate magnetometer | |
| Zhao et al. | Comparative study of the sensing performance of orthogonal fluxgate sensors with different amorphous sensing elements | |
| Sokol-Kutylovskii | Magnetomodulation sensors based on amorphous ferromagnetic alloys | |
| RU2564383C1 (ru) | Датчик переменного магнитного поля | |
| CN107748813B (zh) | 非晶丝在非轴向磁场作用下的巨磁阻抗建模方法 | |
| Liu et al. | A high precision proton magnetometer based on a multi-channel frequency measurement | |
| Weiss et al. | Excess magnetic noise in orthogonal fluxgates employing discontinuous excitation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20080704 |
|
| NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20110610 |
|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20120704 |