17.Преобразователи на основе эффекта Баркгаузена с пространственным перемагничиванием ферромагнетика.
Принцип действия преобразователя с пространственным перемагничиванием ферромагнетика показан на рис.б. Мимо постоянного магнита 1 движется со скоростью υx ферромагнитный образец 2. Участок образца, находящийся вблизи магнита, намагничен, и границы этого участка смещаются со скоростью υx. В проходной или накладной измерительной катушке 3, установленной неподвижно, индуктируются импульсы ЭДС, вызываемые скачками Баркгаузена. Индуктируемая ЭДС представляет собой стационарный случайный процесс (рис. б’).
б).
б’).
В качестве информативных параметров этого процесса используются средняя частота выбросов, превышающих заданный уровень, или дисперсия, которые зависят от скорости перемагничивания, т. е. от скорости движения образца. Сигнал измерительной обмотки 3 усиливается и подаётся на полосовой фильтр Ф, подавляющий низкочастотную и высокочастотную части спектра для выделения полезного сигнала. Амплитудный дискриминатор АД выделяет импульсы, амплитуда которых превышает заданный уровень, и сигнал поступает на частотомер Ч, показания которого пропорциональны скорости (чем больше скорость движения образца, тем меньше самих скачков Баркгаузена, но увеличивается число скачков с бόльшей амплитудой в результате слияния скачков и, как следствие, показания частотомера Ч увеличиваются).
Преобразователь тахометра, основанный на эффекте Баркгаузена, показан на рис. в.
На вращающемся валу закреплён ротор 1 из ферромагнитного материала. На статоре 2 укреплены магниты 3, под каждым магнитом помещены измерительные катушки 4. На рис. в’ показаны схематически система магнит – накладная измерительная катушка, распределение магнитного потока в ферромагнитном роторе и импульс ЭДС в катушке.
Амплитуда импульса может быть оценена как
где ω – число витков обмотки;
ΔФ – приращение магнитного потока, вызванное скачком Баркгаузена;
τ – длительность скачка.
Измерительные катушки располагаются в области максимального градиента магнитного поля и соединяются последовательно, при этом дисперсия выходного сигнала увеличивается в n раз, где n – число установленных систем (в данном случае n=8 (см. рис.в.)).
Тахометр позволяет измерять угловые скорости в диапазоне 10-3 – 10-1 рад/с (10-2 – 1 об/мин.) с погрешностью не более 1%. При более высоких скоростях происходит захват доменов, т. е. увеличение размера естественной метки, и уменьшение чувствительности преобразователя.
18.Преобразователи на основе эффекта Баркгаузена с переменным магнитным полем
Принцип действия преобразователя с ферромагнетиком, перемагничиваемым переменным магнитным полем, показан на рис. г.
Устройство 1 служит для создания циклически меняющегося во времени магнитного потока, перемагничивающего неподвижный ферромагнетик 2. В измерительной обмотке 3 наводятся импульсы ЭДС, для измерения информативных параметров которых используются те же узлы, что и на рис. б’. Характер ЭДС, наводимой в обмотке 3 показан на рис. г’. При циклическом прохождении петли гистерезиса наибольшее число скачков приходится на крутую часть гистерезисной петли, на пологой части они практически отсутствуют. Этим определяется периодически нестационарный характер магнитного шума и индуктируемой им ЭДС. Так же как и в случае стационарного процесса, математическое ожидание периодически нестационарного случайного процесса (ПНСП) постоянно и равно нулю, средняя за период перемагничивания Т частота выбросов, превышающих заданный уровень, а также усреднённая за период и текущая дисперсия являются информативными параметрами при измерении характеристик внешнего магнитного поля, а также при измерении тока и напряжения, определяющих напряжённость поля.
Пример: произвести 20 измерений амплитуды импульса 10В.
При постоянстве функции, описывающей изменения магнитного поля в течение цикла, параметр магнитного шума зависит от объёма образца и структурных свойств ферромагнетика, и эффект Баркгаузена может быть положен в основу неразрушающего контроля для измерении толщины гальванических покрытий и содержания в нём ферромагнетика.
Конструктивно преобразователь представляет собой соленоид, длина которого для обеспечения равномерности магнитного поля в 5÷10 раз превышает средний диаметр. В центре соленоида помещается измерительная обмотка, в которую вводится исследуемый образец.
Мощность магнитного шума преобразователя зависит от числа доменных областей, участвующих в перемагничивании образца при постоянном режиме перемагничивания. Число доменных областей определяется как толщиной покрытия, так и содержанием ферромагнетика в нём. Влияние толщины выражается в изменении дисперсии случайного процесса без изменения вида ПНСП. Изменение состава гальванического покрытия приводит к изменению вида петли гистерезиса (при уменьшении содержания ферромагнетика петля становится уже и прямоугольнее) и, следовательно, характера ПНСП.
Можно выбрать такое сочетание режима перемагничивания образца и регистрации информативных параметров, при котором разделяется информация о толщине покрытия и содержание в нём ферромагнетика.