§ 26.4. Магнитные модуляторы с выходным импульсным сигналом

Наряду с магнитными модуляторами, имеющими выходной пере­менный ток основной или удвоенной частоты, применяются моду­ляторы с выходным импульсным сигналом. Под импульсом обычно понимается электрический сигнал в виде тока или напряжения, ко­торый в течение некоторого промежутка времени остается неизмен­ным по полярности, но изменяется по величине. Затем до поступле­ния очередного импульса ток и напряжение равны нулю. Форма импульса может быть самой разнообразной: прямоугольной, треуго­льной, трапецеидальной и т. п.

В модуляторах с выходным импульсным сигналом промежуток времени между импульсами значительно превышает их длитель­ность. Амплитуда импульса определяется величиной управляющего сигнала на входе модулятора, полярность импульса — полярностью управляющего сигнала. Питание модулятора с импульсным выход­ным сигналом осуществляется либо достаточно большим по значе­нию переменным током, либо периодическими импульсами посто­янного тока.

В первом случае значения переменного тока выбирают таким, чтобы сердечники усилителя в течение большей части полупериода находились в состоянии насыщения. Тогда индукция в каждом сер­дечнике, будет меняться дважды за период на 7,B_S: один раз — от -В, до +5j, другой раз — от +B_S до -B_s (напомним, что В, — индукция насыщения). Эти изменения будут происходить за весьма малый промежуток времени (т. е. будет большая скорость dB/dt), поэтому импульсы ЭДС, индуцируемые в выходной обмотке, достигают большой величины.

Когда сигнал на входе отсутствует, импульсы ЭДС е\ и е₂, инду­цируемые в выходной обмотке при изменении индукции соответст­венно в первом и втором сердечниках, равны и противоположны по направлению. Следовательно, результирующая ЭДС в выходной об­мотке равна нулю (рис. 26.4, а).

При подаче управляющего сигнала на вход моменты насыщения каждого сердечника в соседние полупериоды изменяются _:в проти­воположные направления (рис. 26.4, б). Поэтому на выходе модуля­тора появляются импульсы, величина которых пропорциональна входному сигналу, а полярность определяется направлением тока управления /_у (рис. 26.4, в, г). Частота импульса будет вдвое превы­шать частоту питающего переменного тока, поскольку за один пе­риод его изменения индукция изменяется дважды.

При питании магнитных модуляторов однополярными импуль­сами необходимы дополнительные элементы, обеспечивающие иск­лючение импульсйв обратной полярности. Магнитные модуляторы с импульсным выходным сигналом имеют более высокий коэффици­ент усиления (k_a= WViO⁵), чем модуляторы с выходным перемен­ным Синусоидальным током.

Особенно большое усиление обеспечивается при импульсном питании модулятора, однако при этом ухудшается чувствительность.

§ 26,5. Магнитомодуляционные датчики магнитных величин

В рази. II были рассмотрены электрические датчики неэлектриче-сМих⁽'величинГ'яЙ1олъз^ем^1е в шстемах"автоматй4аг."'В' этом 'пара¹ графе' Аагется~1фа1йсн^:ё сведения о датчиках, 'Используемых'"для изме­рения внешних магнитных полей. Эти элементы автоматики удоб-' нее изучать не в специальном разделе, Посвященном датчикам, а в главе, посвященной магнитным модуляторам,' поскольку магнито-модуляционный датчик {называемый также феррозондом) представ­ляет собой, по существу, Магнитный модулятор с выходные ntpfe-

менным током удвоенной частоты. Особенность его и отличие от рассмотренных выше магнитных модуляторов в том, что он имеет разомкнутый магнитный сердечник в виде пермаллоевой трубки или пластинки. ;

Применение разомкнутого сердечника позволяет измерять ма­лые напряженности внешнего магнитного поля (до КГ⁴ А/м), даже значительно меньшие, чем напряженность магнитного поля Земли. Магнитомодуляционные датчики широко используются в навигаци­онных приборах, металлоискателях, приборах для геомагнитной разведки, поиска полезных ископаемых, бесконтактных путевых пе­реключателях, магнитных дефектоскопах и других устройствах.

Форма сердечников для магнитомодуляционных датчиков опре­деляется назначением этих датчиков. Прямые (стержневые) сердеч­ники применяются в датчиках, измеряющих практически равномер­ные поля. Простейшая схема такого датчика показана на рис. 26.5. Напряжение питания с частотой/подается на обмотки возбуждения ш„, намотанные порознь на двух параллельных стержнях и включен­ные встречно. Выходное напряжение t/_BMX снимается с выходной об­мотки ш_вых, охватывающей оба стержня. Постоянное подмагничива-ние стержней определяется напряженностью внешнего магнитного поля Н_у. Выходное напряжение изменяется с частотой 2/, а его амп­литуда пропорциональна Н_у.

Для измерения неоднородного магнитного поля используется сердечник с малым воздушным зазором 6 (рис. 26.6), куда проника­ет измеряемое поле. Две половины обмотки возбуждения w_b вклю­чены встречно. Выходное напряже­ние U_Bbn, снимаемое с обмотки ш_вых, имеет двойную частоту.

Расчет магнитомодуляционного датчика проводится аналогично расчету магнитного модулятора. Если в магнитном модуляторе на­пряженность подмагничивающего поля определяется током в обмотке управления (Я_у = I_yw_y/l), то в маг-нитомодуляционном датчике эта же величина определяется внешним магнитным полем с напряженно­стью Н_у.

Магнитомодуляционный датчик в принципе можно использовать как магнитный модулятор, если размес-

тить на сердечнике обмотку управления w_r Однако коэффициент усиления при этом значительно снижается из-за того, что магнитная цепь разомкнута.

Все же иногда разомкнутые сер­дечники применяют и для модулято­ров, например когда требуется пре­образовать слабый сигнал от источ­ника тока с большим внутренним сопротивлением. В этом случае нуж­на обмотка управления с очень боль­шим числом витков, а ее значитель­но проще изготовить именно на ра­зомкнутом сердечнике.