3.4. Феррозондовые магнитометры
Открытие свойств высокой магнитной проницаемости у железо-никелевых сплавов – пермаллоев привело к созданию новых, феррозондовых магнитометров. Их называют еще потоковоспринимающими, за рубежом чаще используется название «flux – gate» – магнитометры. В основу работы датчиков положен эффект реакции магнитной проницаемости пермаллоя сердечников на действие постоянного магнитного поля Земли при питании их переменным током.
Магниточувствительный элемент имеет тонкий и достаточно длинный пермаллоевый сердечник, способный намагничиваться вдоль большой оси значительно выше, чем в поперечном направлении. Следовательно, можно считать, что большая, длинная ось является проекцией вектора внешнего магнитного поля и она должна быть в процессе измерения ориентирована в направлении измеряемой составляющей.
Основой ориентирующего и измерительного устройства является феррозонд, который представляет собой тонкий пермаллоевый сердечник с электрическими обмотками. Чаще всего в магнитометрии используется феррозонд, смонтированный на двух параллельно расположенных сердечниках, обмотки возбуждения которых соединены последовательно (рис. 3.6). Окружающая их катушка используется для измерения выходного сигнала.
Рис. 3.6. Устройство феррозонда
В зависимости от величины подаваемого напряжения феррозонд может работать по принципу пик-типа и второй гармоники. Последний вариант феррозонда имеет более широкое применение.
3.4.1. Феррозонд пик-типа
С трансформатора на катушку возбуждения подается синусоидальное напряжение, под воздействием которого возникает переменное магнитное поле, меняющее свое направление с той же частотой, что и подаваемое синусоидальное напряжение. Ток подается такой силы, чтобы сердечник намагничивался до состояния насыщения. В результате в катушках индуцируется ЭДС, возрастающая или убывающая до тех пор, пока сердечник не войдет в состояние насыщения. В этот момент индукция В постоянна, а ЭДС индукции, являющаяся производной от нее по времени, будет равна нулю, пока сердечник опять не выйдет из состояния насыщения.
Поскольку обмотки включены навстречу друг другу, изменение ЭДС в обеих катушках будет сдвинуто по фазе на 180о, то индуцированная в обеих катушках ЭДС суммируется и подается на общий выход. При отсутствии внешнего постоянного поля и при полной идентичности работы катушек суммарная ЭДС на выходе будет равна нулю.
При воздействии внешнего магнитного поля Т в одной из катушек оно складывается с полем возбуждения Н, а в другой – вычитается из него, поскольку Н имеет обратный знак. Внешнее магнитное поле создает в катушках различные моменты насыщения, ЭДС, индуцированные в них, будут сдвинуты одна относительно другой. Суммарная ЭДС на выходе представится в виде коротких знакопеременных импульсов. Чередующиеся узкие импульсы усиливаются и поступают на пиковый детектор, где формируется постоянный ток, пропорциональный амплитуде поступающих импульсов.