4.7 Преобразователи на основе Баркгаузена

Эффект Баркгаузена заключается в скачкообразном изменении кривой намагничивания вблизи крутого подъема, это возникает из–за неоднородности структуры ферромагнитного образца. Скачки возникают в результате перемагничивания областей спонтанного намагничивания. Частота скачков пропорциональна частоте вращения. При скачках Баркгаузена в измерительной катушке возникают импульсы ЭДС. Таким образом, перемагничивание образца сопровождается появлением в измерительной обмотке сигнала, имеющего характер случайного процесса [1].

Преобразователи можно разделить на две группы:

а) преобразователи с пространственным перемагничиванием ферромагнетика;

б) преобразователи с перемагничиванием ферромагнетика, изменяющимся во времени магнитным полем.

На вращающемся валу закреплен ротор 1 из ферромагнитного материала (рис. 4.10). На статоре 2 укреплены магниты 3, под каждым магнитом помещены измерительные катушки 4. Измерительные катушки располагаются в области максимального градиента магнитного поля и соединяются последовательно, выходной сигнал увеличивается.

Достоинства: высокая точность и чувствительность. Недостатки: неточность изготовления.

Рис. 4.10. Тахометр, основанный на эффекте Баркгаузена

Преобразователи используются также для измерения толщины гальванических покрытий и содержания в них ферромагнетика.

4.8 Радиоволновые преобразователи

Принцип работы радиоволновых преобразователей основан на зависимости волновой картины в распределенных электромагнитных системах от параметров окружающей среды. Распределенными называются электромагнитные системы (катушки, проводники, лампы), размеры которых сравнимы с длиной протекающих в них высокочастотных колебаний. Провода и другие электрические элементы, вдоль которых распространяются электромагнитные волны, называются длинными линиями. При создании радиоволновых преобразователей используются отрезки длинных линий и волноводы.

Характерными особенностями распространения электромагнитных волн (ЭМВ) рассматриваемого диапазона являются:

а) сильное излучение волн в окружающее пространство, приводящее к потере энергии и возникновению нежелательных связей между элементами схем. Поэтому нередко вместо открытых проводов применяют полые металлические провода (волноводы, коаксиальные провода), внутри которых распространяются ЭМВ;

б) в рассматриваемом диапазоне волн ток протекает в очень тонком поверхностном слое проводника (скин–эффект) [12];

в) электромагнитная энергия распространяется вне провода, который только задает направление или ограничивает пространство, в котором распространяется ЭМВ;

г) для ЭМВ сантиметрового и миллиметрового диапазонов становятся справедливы законы геометрической оптики [12].

Принцип устройства радиоволновых преобразователей основан на том, что распределенные параметры отрезков длинных линий меняются при изменении характеристик среды, окружающей линию. В качестве выходных характеристик отрезка преобразователя можно применять входное сопротивление при заданной частоте возбуждения линии, положения и узлов напряжения или тока, резонансные частоты [14] и др.

В волновых преобразователях используются явления отражения, прохождения, преломления, поглощения, поляризации и преобразования радиоволнового излучения, а также изменение резонансных свойств колебательных систем.

Рис. 4.11. Схемы методов измерения параметров веществ:

а) резонансный метод; б) волновой метод; в) амплитудно-фазовый метод

В резонансном методе (рис. 4.11, а) исследуемое вещество 2 помещается в резонатор 1, связанный с волноводом 4 посредством отверстий 3. В волновом методе (рис. 4.11,б) исследуемый образец 2 помещается непосредственно в волновод 1. ЭМВ пронизывает образец и отражается от стенки 3. В амплитудно-фазовом методе измерения (рис. 4.11, в) исследуемое изделие 2 помещается между излучающим 1 и приемным рупо-ром 3.

Электромагнитные радиоволновые преобразователи применяются для измерения уровня и количества жидких и сыпучих тел, а также для определения электромагнитных параметров. Они также находят применение при измерении размеров тел, малых расстояний (микронного уровня), для распознания внутренней структуры тел и др.