2.4.2.Феррозонд для измерения низкочастотного магнитного поля
Допустим, что внешнее измеряемое поле изменяется по синусоидальному закону
,
а в
обмотке возбуждения, как и ранее
,
где , как и ранее,
частота поля возбуждения, а
- частота измеряемого поля.
Подставляя в выражение
вместо
получим
.
Тогда
.
При условии первыми тремя слагаемыми можно пренебречь. Тогда
.
Из видно, что амплитуда второй гармоники модулирована частотой измеряемого поля ., а условие, что частота поля возбуждения должна быть в несколько раз больше частоты измеряемого поля, является принципиальным условием для измерения феррозондом переменного магнитного поля.
На практике измерение переменного магнитного поля происходит чаще на фоне постоянного магнитного поля Земли (если последнее не скомпенсировано в зоне расположения датчика, например катушками Гельмгольца).
Таким образом, в общем
случае, на датчик действует внешнее
поле вида
.
Из рассмотренных примеров следует и принципиальная схема феррозонда для измерения переменного магнитного поля с компенсацией постоянной составляющей.
2.4.3.Феррозондовые градиентометры
Градиентометры предназначены для измерения неоднородностей магнитного поля. Если в обычном дифференциальном феррозонде, показанном на рис. поменять местами обмотку возбуждения и измерительную обмотку, то получим преобразователь для измерения неоднородностей магнитного поля.
Магнитное поле Земли
в пределах расстояния между двумя
сердечниками
практически
однородно, и ЭДС снимаемая с двух
последовательно и встречно включенных
обмоток равна нулю. Если вблизи феррозонда
поместить локальное ферромагнитное
тело, то однородность магнитного поля
нарушится. На сердечники будет действовать
разные постоянные поля
и
(рис.2.21).
При сложении с полем
возбуждения в сердечниках будут
действовать поля
и
.
Расстояние, между которым определяется
разность уровней магнитных полей
,
называется базой градиентометра.
Измерительные обмотки в градиентометре
включены встречно, вследствие чего в
измерительной обмотке появится ЭДС
,
где - коэффициент преобразования градиентометра, зависящий от свойств сердечника и числа витков измерительной обмотки.
Рис.2.21 Феррозондовый градиентометр
Временная диаграмма работы феррозондового градиентометра показана на рис.2.22.
Рис.2.22 Временная диаграмма работы градиентометра
Для измерения локальных неоднородностей может использоваться градиентометр на кольцевом сердечнике (рис.2.23)
Д
ля
измерения неоднородности магнитного
поля могут использоваться градиентометры
на одном сердечнике (рис.2.24).
Рис.2.23 Градиентометр на кольцевом сердечнике
Рис.2.24 Градиентометр на одном сердечнике
Для измерения локальных неоднородностей может использоваться градиентометр на кольцевом сердечнике (рис)
Структурная схема феррозонда для измерения постоянного магнитного поля показана на рис.2.25, а для измерения переменного магнитного поля – на рис.2.26.
Кроме элементов, показанных на упрощенных структурных схемах, магнитометры содержат, как правило, компенсационные и калибровочные обмотки. В современных трехкомпонентных магнитометрах, в силу малых размеров сердечников, применяется векторная компенсация внешнего поля (например, магнитного поля Земли). С помощью специальной системы обмоток компенсируется вектор магнитного поля во всем объеме, где расположены сердечники.
Рис.2.25. Структурная схема феррозонда для измерения постоянного поля.
Рис.2.26. Структурная схема феррозонда для измерения переменного поля.