Ferromagnit probni o'lchash texnologiyasi. Fluxgate magnetometer Birinchi va ikkinchi garmonik magnitometrlar

Biz sizning e'tiboringizga havola etayotgan differensial magnitometr katta temir buyumlarni qidirish uchun juda foydali bo'lishi mumkin. Bunday qurilma bilan xazina izlash deyarli mumkin emas, lekin sayoz cho'kib ketgan tanklar, kemalar va boshqa turdagi harbiy texnikalarni qidirishda ajralmas hisoblanadi.

Differensial magnitometrning ishlash printsipi juda oddiy. Har qanday ferromagnit ob'ekt Yerning tabiiy magnit maydonini buzadi. Bu narsalarga temir, quyma temir va po'latdan yasalgan narsalar kiradi. Magnit maydonning buzilishi, shuningdek, ko'pincha sodir bo'ladigan ob'ektlarning o'z magnitlanishidan sezilarli darajada ta'sir qilishi mumkin. Magnit maydon kuchining fon qiymatidan og'ishini qayd qilib, o'lchash moslamasi yonida ferromagnit materialdan yasalgan ob'ekt bor degan xulosaga kelishimiz mumkin.

Nishondan uzoqda joylashgan Yer magnit maydonining buzilishi unchalik katta emas va u bir muncha masofa bilan ajratilgan ikkita datchikning signallari farqi bilan baholanadi. Shuning uchun qurilma differentsial deb ataladi. Har bir sensor magnit maydon kuchiga mutanosib signalni o'lchaydi. Eng ko'p qo'llaniladigan ferromagnit sensorlar va protonlarning magnitik presessiyasiga asoslangan sensorlar. Ko'rib chiqilayotgan qurilma birinchi turdagi sensorlardan foydalanadi.

Ferromagnit sensorning asosi (shuningdek, fluxgate deb ataladi) ferromagnit materialdan yasalgan yadroli bobindir. Bunday material uchun odatiy magnitlanish egri chizig'i maktab fizikasi kursidan yaxshi ma'lum va Yerning magnit maydonining ta'sirini hisobga olgan holda, shaklda ko'rsatilgan quyidagi shaklga ega. 29.

Guruch. 29. Magnitlanish egri chizig'i

Bobin o'zgaruvchan sinusoidal tashuvchi signal bilan qo'zg'atiladi. Shakldan ko'rinib turibdiki. 29, g'altakning ferromagnit yadrosining magnitlanish egri chizig'ining Yerning tashqi magnit maydoni bilan siljishi, maydon induksiyasi va bobindagi tegishli kuchlanish assimetrik tarzda buzila boshlaganiga olib keladi. Boshqacha qilib aytganda, tashuvchi chastotasining sinusoidal oqimi bo'lgan sensor kuchlanishi sinusoiddan yarim to'lqinlarning ko'proq "tekislangan" tepalari bilan farq qiladi. Va bu buzilishlar assimetrik bo'ladi. Tilda spektral tahlil bu amplitudasi magnit maydonining (Yer maydoni) egilish kuchiga mutanosib bo'lgan hatto harmonikalar bobini chiqish kuchlanishining spektrida paydo bo'lishini anglatadi. Aynan mana shu garmonikalar ham "qo'lga olinishi" kerak.

Guruch. 30. Differensial ferromagnit sensori

Ikki marta tashuvchi chastotali mos yozuvlar signali bilan ishlaydigan, tabiiy ravishda bu maqsad uchun o'zini taklif qiladigan sinxron detektor haqida gapirishdan oldin, keling, ferromagnit sensorning murakkab versiyasining dizaynini ko'rib chiqaylik. U ikkita yadro va uchta sariqdan iborat (30-rasm). Asosiysi, bu differentsial sensordir. Biroq, soddaligi uchun, bundan keyin matnda biz uni differentsial deb nomlamaymiz, chunki magnitometrning o'zi allaqachon differentsialdir (©).

Dizayn ikkita bir xil ferromagnit yadrolardan iborat bo'lib, bir-biriga parallel ravishda joylashtirilgan bir xil bobinlar mavjud. Malumot chastotasining hayajonli elektr signaliga nisbatan ular teskari oqim bilan ulanadi. Uchinchi lasan bir-biriga o'ralgan dastlabki ikkita yadro bobinining tepasida o'ralgan yaradir. Tashqi yo'naltiruvchi magnit maydon bo'lmasa, birinchi va ikkinchi o'rashlarning elektr signallari nosimmetrikdir va ideal holda, uchinchi o'rashda chiqish signali bo'lmaydigan tarzda harakat qiladi, chunki u orqali magnit oqimlari to'liq qoplanadi. .

Tashqi moyillik magnit maydoni mavjud bo'lganda, rasm o'zgaradi. Birinchidan, mos keladigan yarim to'lqinning eng yuqori nuqtasida bir yoki boshqa yadro Yer magnit maydonining qo'shimcha ta'siri tufayli odatdagidan ko'ra chuqurroq to'yinganlikka "uchib ketadi". Natijada, uchinchi o'rashning chiqishida ikki chastotali mos kelmaslik signali paydo bo'ladi. U erda asosiy harmonik signallar ideal tarzda to'liq kompensatsiya qilinadi.

Ko'rib chiqilayotgan sensorning qulayligi shundaki, uning bobinlari sezgirlikni oshirish uchun tebranish davrlariga kiritilishi mumkin. Birinchi va ikkinchisi tashuvchi chastotasiga sozlangan tebranish pallasida (yoki sxemalarda). Uchinchisi - ikkinchi harmonikaga sozlangan tebranish davriga.

Ta'riflangan sensor aniq radiatsiya naqshiga ega. Datchikning uzunlamasına o'qi tashqi doimiy magnit maydonning kuch chiziqlari bo'ylab joylashganida uning chiqish signali maksimal bo'ladi. Uzunlamasına o'q kuch chiziqlariga perpendikulyar bo'lganda, chiqish signali nolga teng.

Ko'rib chiqilayotgan turdagi sensor, ayniqsa sinxron detektor bilan birgalikda, elektron kompas sifatida muvaffaqiyatli ishlashi mumkin. Rektifikatsiyadan so'ng uning chiqish signali Yerning magnit maydonining kuchlanish vektorining sensor o'qiga proyeksiyasiga proportsionaldir. Sinxron aniqlash bu proyeksiyaning belgisini aniqlash imkonini beradi. Ammo belgisiz ham - sensorni minimal signalga ko'ra yo'naltirish orqali biz g'arbga yoki sharqqa yo'nalishni olamiz. Maksimal yo'naltirilgan holda, biz Yerning magnit maydon chizig'ining yo'nalishini olamiz. O'rta kengliklarda (masalan, Moskvada) u qiyshayib ketadi va shimolga qarab erga "yopishadi". Magnit og'ish burchagi hududning geografik kengligini taxminiy baholash uchun ishlatilishi mumkin.

Differensial ferromagnit magnitometrlarning afzalliklari va kamchiliklari mavjud. Afzalliklar qurilmaning soddaligini o'z ichiga oladi, bu to'g'ridan-to'g'ri kuchaytiruvchi radio qabul qiluvchidan ko'ra murakkab emas. Kamchiliklar sensorlarni ishlab chiqarishning mashaqqatliligini o'z ichiga oladi - aniqlikka qo'shimcha ravishda, tegishli o'rashlarning burilish sonining mutlaqo aniq mosligi talab qilinadi. Bir yoki ikki burilish xatosi mumkin bo'lgan sezgirlikni sezilarli darajada kamaytirishi mumkin. Yana bir kamchilik - bu qurilmaning "kompas" tabiati, ya'ni ikkita intervalgacha sensordan signallarni olib tashlash orqali Yer maydonini to'liq qoplashning mumkin emasligi. Amalda, bu sensor uzunlamasına perpendikulyar o'q atrofida aylantirilganda noto'g'ri signallarga olib keladi.

Amaliy dizayn

Differensial ferromagnit magnitometrning amaliy konstruktsiyasi prototip versiyasida ovozni ko'rsatish uchun maxsus elektron qismsiz, faqat shkalaning o'rtasida nol bo'lgan mikroampermetr yordamida amalga oshirildi va sinovdan o'tkazildi. Ovozni ko'rsatish sxemasi "uzatish-qabul qilish" tamoyiliga asoslangan metall detektorning tavsifidan olinishi mumkin. Qurilma quyidagi parametrlarga ega.

Asosiy texnik xususiyatlar
Ta'minot kuchlanishi 15... 18 V
Oqim iste'moli 50 mA dan oshmaydi
Aniqlash chuqurligi:
qurol 2 m
qurol barrel 4 m
tank 6 m

Blok diagrammasi

Guruch. 31. Differensial ferromagnit magnitometrning blok diagrammasi

Blok diagrammasi rasmda ko'rsatilgan. 31. Kvars-stabillashtirilgan asosiy osilator signal konditsioneri uchun soat pulslarini ishlab chiqaradi.

Uning chiqishlaridan birida birinchi harmonikaning kvadrat to'lqini mavjud bo'lib, u quvvat kuchaytirgichiga boradi, u 1 va 2 datchiklarning nurlanish bobinlarini qo'zg'atadi. Boshqa chiqish 90 ° ga ega mos yozuvlar qo'sh taktli chastotaning kvadrat to'lqinini hosil qiladi. sinxron detektor uchun siljish. Datchiklarning chiqish (uchinchi) sariqlaridan farqli signal qabul qiluvchi kuchaytirgichda kuchaytiriladi va sinxron detektor tomonidan rektifikatsiya qilinadi. Rektifikatsiya qilingan doimiy signal mikroampermetr yoki oldingi boblarda tasvirlangan ovozli ko'rsatkich qurilmalari bilan yozilishi mumkin.

Sxematik diagramma

Sxematik diagramma differentsial ferromagnit magnitometr shaklda ko'rsatilgan. 32 - 1-qism; asosiy osilator, signal konditsioneri, quvvat kuchaytirgichi va radiatsiya bobinlari, rasm. 33 - 2-qism: qabul qiluvchi bobinlar, qabul qiluvchi kuchaytirgich, sinxron detektor, indikator va quvvat manbai.

Guruch. 32. Asosiy elektr diagrammasi- I qism

MASTER GENERATOR (32-rasm)

Asosiy osilator D1.1-D1.3 invertorlarida yig'ilgan. Jeneratör chastotasi 215 Hz = 32 kHz ("soat kvarts") rezonans chastotasi bilan kvarts yoki piezokeramik rezonator Q tomonidan barqarorlashtiriladi. R1C1 sxemasi generatorning yuqori harmoniklarda qo'zg'alishini oldini oladi. Rezistor R2 orqali OOS sxemasi yopiladi va rezonator Q orqali PIC sxemasi yopiladi. Jeneratör oddiy, past oqim iste'moliga ega, 3 ... 15 V kuchlanish kuchlanishida ishonchli ishlaydi va sozlash elementlari yoki haddan tashqari yuqori qarshilik rezistorlarini o'z ichiga olmaydi. Jeneratorning chiqish chastotasi taxminan 32 kHz.

SIGNAL SOBIQI (32-rasm)

Signal konditsioneri ikkilik hisoblagich D2 va D-flip-flop D3.1 da yig'iladi. Ikkilik hisoblagichning turi muhim emas, uning asosiy vazifasi soat chastotasini 2, 4 va 8 ga bo'lish, shuning uchun mos ravishda 16, 8 va 4 kHz chastotali meanderlarni olishdir. Emissiya bobinlarini qo'zg'atish uchun tashuvchi chastotasi 4 kHz. D-flip-flop D3.1 da ta'sir qiluvchi 16 va 8 kHz chastotali signallar uning chiqishida 8 kHz tashuvchi chastotasiga nisbatan ikki baravar ko'paygan kvadrat to'lqin hosil qiladi, 8 chiqish signaliga nisbatan 90 ° ga siljiydi. kHz ikkilik hisoblagich. Bu o'zgarish uchun zarur normal ishlash sinxron detektor, chunki bir xil siljish sensor chiqishida foydali ikki chastotali mos kelmaslik signaliga ega. Ikkita D-flip-flop mikrosxemasining ikkinchi yarmi - D3.2 sxemada ishlatilmaydi, lekin uning ishlatilmagan kirishlari diagrammada ko'rsatilgan normal ishlash uchun mantiqiy 1 yoki mantiqiy 0 ga ulangan bo'lishi kerak.

Quvvat kuchaytirgich (32-rasm)

Quvvat kuchaytirgichi bir qarashda unchalik ko'rinmaydi va faqat kuchli D1.4 va D1.5 invertorlarini ifodalaydi, ular antifazada sensor va C2 ​​kondansatkichlarining ketma-ket parallel ulangan nurlanish bobinlaridan iborat tebranish davrini aylantiradi. Kondensatorning nominal yonidagi yulduzcha uning qiymati taxminan ko'rsatilganligini va uni o'rnatish vaqtida tanlash kerakligini anglatadi. Foydalanilmayotgan inverter D1.6, kirishini ulanmagan holda qoldirmaslik uchun D1.5 signalini o'zgartiradi, lekin amalda "bo'sh" ishlaydi. R3 va R4 rezistorlari inverterlarning chiqish oqimini cheklaydi qabul qilinadigan daraja va tebranish davri bilan birgalikda ular yuqori sifatli tarmoqli o'tkazuvchan filtrni hosil qiladi, buning natijasida sensorning chiqaradigan sariqlarida kuchlanish va oqim shakli sinusoidal bilan deyarli mos keladi.

Guruch. 33. Elektr sxemasi - II qism. Qabul qiluvchi kuchaytirgich

QABUL QILGAN KUCHAYATGAN (33-rasm)

Qabul qiluvchi kuchaytirgich sensorning qabul qiluvchi sariqlaridan keladigan farq signalini kuchaytiradi, ular SZ kondansatörü bilan birgalikda 8 kHz er-xotin chastotaga sozlangan tebranish sxemasini hosil qiladi. R5 sozlash rezistori tufayli qabul qiluvchi sariqlarning signallari ma'lum og'irlik koeffitsientlari bilan chiqariladi, ular R5 rezistorining slayderini siljitish orqali o'zgartirilishi mumkin. Bu sensorning qabul qiluvchi o'rashlarining bir xil bo'lmagan parametrlari uchun kompensatsiyaga erishadi va uning "kompasini" minimallashtiradi. Qabul qiluvchi kuchaytirgich ikki bosqichli. U D4.2 va D6.1 op-amplarida parallel kuchlanishli qayta aloqa bilan yig'iladi. Kondansatör C4 daromadni kamaytiradi yuqori chastotalar, shu bilan elektr tarmoqlari va boshqa manbalardan yuqori chastotali shovqinlar bilan kuchaytirish yo'lining ortiqcha yuklanishini oldini oladi. Op-amp tuzatish sxemalari standartdir.

SINXRON detektor (33-rasm)

Sinxron detektor standart sxema bo'yicha op-amp D6.2 yordamida amalga oshiriladi. Analog kalitlar sifatida D5 CMOS 8 dan 1 ta multipleksor-demultiplekser chipidan foydalaniladi (32-rasm). Uning raqamli manzil signali K1 va K2 nuqtalarini umumiy avtobusga muqobil almashtirishni ta'minlab, faqat eng kam ahamiyatli bitga o'tkaziladi. Rektifikatsiya qilingan signal C8 kondansatörü tomonidan filtrlanadi va R14C11 va R13C9 davrlari orqali filtrlanmagan RF komponentlarini bir vaqtning o'zida qo'shimcha zaiflashtirish bilan D6.2 op amp tomonidan kuchaytiriladi. Amaldagi tur uchun op-amp tuzatish davri standart hisoblanadi.

INDICATOR (33-rasm)

Ko'rsatkich shkalaning o'rtasida nolga teng bo'lgan mikroampermetrdir. Ko'rsatkich qismi yuqorida tavsiflangan boshqa turdagi metall detektorlarning sxemasidan muvaffaqiyatli foydalanishi mumkin. Xususan, elektron chastota o'lchagich printsipiga asoslangan metall detektorning dizayni indikator sifatida ishlatilishi mumkin. Bunday holda, uning LC generatori RC generatori bilan almashtiriladi va o'lchanadi chiqish kuchlanishi rezistiv bo'luvchi orqali u taymerning chastota o'rnatish pallasiga beriladi. Bu haqda ko'proq Yuriy Kolokolovning veb-saytida o'qishingiz mumkin.

D7 chipi unipolyar ta'minot kuchlanishini barqarorlashtiradi. D4.1 op amp an'anaviy bipolyar op amp sxemasidan foydalanishga imkon beruvchi sun'iy o'rta nuqta quvvat manbai yaratadi. C18-C21 keramik blokirovka qiluvchi kondansatkichlar D1, D2, D3, D5 raqamli mikrosxemalarning korpuslariga yaqin joyda o'rnatiladi.

Qismlarning turlari va dizayni

Amaldagi mikrosxemalarning turlari jadvalda ko'rsatilgan. 6.

Jadval 6. Amaldagi chiplarning turlari

K561 seriyali mikrosxemalar o'rniga K1561 seriyali mikrosxemalardan foydalanish mumkin. Siz K176 seriyasining ba'zi mikrosxemalaridan yoki 40XX va 40XXX seriyalarining xorijiy analoglaridan foydalanishga harakat qilishingiz mumkin.

K157 seriyali ikkilamchi operatsion kuchaytirgichlar (op-amp) o'xshash parametrlarga ega har qanday op-amplar bilan almashtirilishi mumkin. umumiy maqsad(pinout va tuzatish davrlarida tegishli o'zgarishlar bilan).

Differensial magnitometr pallasida ishlatiladigan rezistorlar uchun maxsus talablar yo'q. Ular faqat bardoshli va miniatyura dizayniga ega bo'lishi va o'rnatish oson bo'lishi kerak. Nominal quvvat sarfi 0,125...0,25 Vt.

Qulaylik uchun R5, R16 potansiyometrlari afzal ko'p burilishli puxta sozlash qurilma. R5 potansiyometrining dastasi plastmassadan yasalgan bo'lishi kerak va etarli uzunlikda bo'lishi kerak, shunda sozlash paytida operator qo'lining tegishi shovqin tufayli indikator ko'rsatkichlarining o'zgarishiga olib kelmaydi. Kondansatör C16 - har qanday kichik o'lchamdagi elektrolitik.

C2* va SZ* tebranish davrlarining kondansatkichlari parallel ulangan bir nechta (5-10 dona) kondansatörlardan iborat. O'chirishni rezonansga sozlash kondensatorlar sonini va ularning reytingini tanlash orqali amalga oshiriladi. Tavsiya etilgan turdagi kondansatörler K10-43, K71-7 yoki xorijiy termostabil analoglari. Siz an'anaviy keramika yoki metall plyonkali kondansatkichlardan foydalanishga harakat qilishingiz mumkin, ammo harorat o'zgarib tursa, qurilmani tez-tez sozlashingiz kerak bo'ladi.

Mikroampermetr - shkalaning o'rtasida nolga teng bo'lgan 100 mkA oqim uchun har qanday turdagi. Kichik o'lchamli mikroampermetrlar, masalan, M4247 turi qulay. Siz deyarli har qanday mikroampermetrdan, hatto milliammetrdan ham - har qanday o'lchov chegarasi bilan foydalanishingiz mumkin. Buning uchun siz R15-R17 rezistorlarining qiymatlarini mos ravishda sozlashingiz kerak. Kvarts rezonatori Q - har qanday kichik o'lchamli soat kvartsi (shunga o'xshashlar portativ elektron o'yinlarda ham qo'llaniladi).

S1 kaliti - har qanday turdagi, kichik o'lchamli.

Guruch. 34. Sensor-antenna dizayni

Sensor bobinlari diametri 8 mm bo'lgan (CB va DV diapazonlarida radio qabul qiluvchilarning magnit antennalarida qo'llaniladi) va uzunligi taxminan 10 sm bo'lgan dumaloq ferrit yadrolarida ishlab chiqariladi diametri 0,31 mm, ikki qatlamli lak-ipak izolyatsiyasida teng va mahkam o'ralgan. Barcha o'rashlar ustiga ekran plyonkasi qatlami biriktirilgan. Qisqa tutashgan burilish shakllanishiga yo'l qo'ymaslik uchun ekranning qirralari bir-biridan izolyatsiya qilingan. Ekran chiqishi qalaylangan mis sim bilan amalga oshiriladi. Alyuminiy folga ekrani bo'lsa, bu terminal butun uzunligi bo'ylab ekranga joylashtiriladi va elektr lenta bilan mahkam o'raladi. Mis yoki guruch plyonkasidan tayyorlangan ekran bo'lsa, terminal lehimlanadi.

Ferrit yadrolarining uchlari floroplastik markazlashtiruvchi disklarga o'rnatiladi, buning natijasida sensorning har ikki yarmi tekstolitdan yasalgan plastik quvur ichida joylashgan bo'lib, u sxematik tarzda shaklda ko'rsatilganidek, korpus bo'lib xizmat qiladi. 34. Quvurning uzunligi taxminan 60 sm ni tashkil qiladi, datchikning yarmining har biri trubaning oxirida joylashgan bo'lib, qo'shimcha ravishda silikon plomba bilan o'rnatiladi, bu esa sariq va ularning yadrolari atrofidagi bo'shliqni to'ldiradi. To'ldirish quvur korpusidagi maxsus teshiklar orqali amalga oshiriladi. Ftoroplastik yuvish vositalari bilan birgalikda bunday plomba mo'rt ferrit novdalarining mahkamlanishiga kerakli egiluvchanlikni beradi, bu esa tasodifiy ta'sirlar paytida yorilishning oldini oladi.

Qurilmani sozlash

1. O'rnatish to'g'ri ekanligiga ishonch hosil qiling.

2. 100 mA dan oshmasligi kerak bo'lgan oqim iste'molini tekshiring.

3. Asosiy osilator va impuls signalini yaratishning boshqa elementlarining to'g'ri ishlashini tekshiring.

4. Sensorning tebranish sxemasini o'rnating. Emissiya - 4 kHz chastotada, qabul qilish - 8 kHz.

5. Kuchaytirish yo'li va sinxron detektor to'g'ri ishlayotganligiga ishonch hosil qiling.

Qurilma bilan ishlash

Qurilmani sozlash va ishlatish tartibi quyidagicha. Biz qidiruv saytiga chiqamiz, qurilmani yoqamiz va sensor antennasini aylantirishni boshlaymiz. Shimol-janub yo'nalishi bo'ylab o'tadigan vertikal tekislikda eng yaxshisidir. Agar qurilma sensori novda ustida bo'lsa, siz uni aylantira olmaysiz, lekin uni novda imkon qadar burang. Ko'rsatkich ignasi og'adi (kompas effekti). R5 o'zgaruvchan rezistoridan foydalanib, biz ushbu og'ishlarning amplitudasini minimallashtirishga harakat qilamiz. Bunday holda, mikroampermetr ko'rsatkichlarining o'rta nuqtasi "harakatlanadi" va uni nolni o'rnatish uchun mo'ljallangan boshqa o'zgaruvchan qarshilik R16 bilan ham sozlash kerak bo'ladi. "Kompas" effekti minimal bo'lganda, qurilma muvozanatli hisoblanadi.

Kichik ob'ektlar uchun differentsial magnitometr yordamida qidirish usuli an'anaviy metall detektor bilan ishlash usulidan farq qilmaydi. Ob'ekt yaqinida o'q istalgan yo'nalishda og'ishi mumkin. Katta ob'ektlar uchun indikator ignasi katta maydonda turli yo'nalishlarda og'adi.

uchun yaqinda magnit maydonni o'lchash tamoyillarida sezilarli o'zgarishlar bo'lmadi. Magnit suratga olish sohasida magnit-rezonans fenomeniga asoslangan usullar, atomlarning optik yo'nalishi va boshqalar o'rnatilgan bo'lib, ular tog' jinslarining magnit xususiyatlarini va quduqlarda kuzatuvlar, astatik magnitometrlar va jinslarni aniqlash uchun ishlatiladi. generatorlar qoldiq magnitlanishni o'lchash uchun ishlatiladi. Keling, magnitometr kabi qurilma haqida batafsilroq to'xtalib o'tamiz.

Magnetometr- magnit maydonning xarakteristikalarini va moddalarning (magnit materiallar) magnit xususiyatlarini o'lchash uchun qurilma. Aniqlanayotgan qiymatga qarab o'lchash uchun asboblar ajratiladi: maydon kuchi (oerstedmetrlar), maydon yo'nalishi (inclinators va declinators), maydon gradienti (gradientometrlar), magnit induksiya (teslametrlar), magnit oqim (vebermetrlar yoki fluxmetrlar), majburlash kuchi (koersimetrlar) , magnit o'tkazuvchanligi (mu-metr), magnit sezuvchanlik (kappa-metr), magnit moment.

Tor ma'noda magnitometrlar magnit maydonning kuchini, yo'nalishini va gradientini o'lchash uchun asboblardir.

Magnitometrning eng muhim parametri uning sezgirligidir. Shu bilan birga, ushbu parametrni rasmiylashtirish va uni barcha magnitometrlar uchun bir xil qilish deyarli mumkin emas va faqat magnitometrlar ishlash printsipi bo'yicha emas, balki konvertorlarning dizayni va signalni qayta ishlash funktsiyasida ham farqlanadi. Magnitometrlar uchun sezgirlik odatda qurilma ro'yxatdan o'tkazishga qodir bo'lgan maydonning magnit induksiyasining kattaligi bilan belgilanadi. Odatda, sezgirlik nanotesla (nT) 1nT = (1E-9) T da o'lchanadi.

Yer maydoni taxminan 35000nT (35µT). Bu o'rtacha qiymat - dunyoning turli qismlarida u 35000nT (35µT) - 60000nT (60µT) oralig'ida o'zgarib turadi. Shunday qilib, ferromagnit ob'ektlarni qidirish vazifasi Yerning tabiiy maydoni fonida ferromagnit ob'ektlarning buzilishlari natijasida yuzaga keladigan maydonning ko'payishini aniqlashdir.

Yerning magnit maydonidagi minimal o'zgarishlarni yoki ferromagnit ob'ektlar tomonidan kiritilgan buzilishlarni qayd etish imkonini beradigan magnitometrik asboblarning bir nechta jismoniy printsiplari va turlari mavjud. Zamonaviy magnitometrlar ishlash printsipiga va hal qilinayotgan muammolar sinfiga qarab 0,01nT dan 1nT gacha sezgirlikka ega.

Maydon xarakteristikalarining mutlaq qiymatlarini va maydon yoki vaqtdagi nisbiy o'zgarishlarni o'lchash uchun magnitometrlar mavjud. Ikkinchisi magnit variometrlar deb ataladi. Magnetometrlar, shuningdek, ish sharoitlariga ko'ra va nihoyat, ularning ishlashiga asoslangan fizik hodisalarga muvofiq tasniflanadi.

Turli xil ishlash printsiplariga asoslangan magnitometrlarning bir nechta turlari mavjud, masalan: fluxgate, magnetoinductive, Hall effekti, magnitorezistiv, kvant (Proton).

Fluxgate magnit maydon konvertorlari haqida batafsil to'xtalib o'tamiz, ularning ishlash printsipini, dizayn va o'lchash texnologiyasini ko'rib chiqamiz.

Temir-nikel qotishmalari - permalloylarda yuqori magnit o'tkazuvchanlik xususiyatlarining ochilishi fluxgate yoki oqimni sezuvchi magnitometrlarning yaratilishiga olib keldi, ularning ishlashi sensorlar permalloy yadrolarining magnit o'tkazuvchanligi reaktsiyasining ta'siriga asoslangan. o'zgaruvchan tok bilan quvvatlanganda Yerning doimiy magnit maydonining ta'siri.

Fluxgate magnit maydon o'zgartirgichi yoki fluxgate doimiy va sekin o'zgaruvchan magnit maydonlarni va ularning gradientlarini o'lchash va ko'rsatish uchun mo'ljallangan. Flyuksgeytning harakati turli chastotali ikkita magnit maydon ta'sirida ferromagnitning magnit holatining o'zgarishiga asoslangan. Amaldagi kuchlanishning kattaligiga qarab, fluxgate tepalik tipidagi va ikkinchi harmonik printsiplarda ishlashi mumkin. Ikkinchi garmonik printsip bo'yicha ishlaydigan qurilmalar ko'proq qo'llanila boshlandi(3).

Ferromagnit zondlar quyidagilar bilan tavsiflanadi:

Yuqori sezuvchanlik - quvvat komponenti o'zgarganda qurilma qayd etishi mumkin bo'lgan o'lchangan maydon elementidagi minimal o'zgarish, sezgirlik eng yaxshi qurilmalar 1 nT, burchak kattaligi uchun - 01 sek;

Aniq (0,1%) kalibrlash imkoniyati;

Past harorat koeffitsienti, 0,01 nT/deg dan kam. Tselsiy bo'yicha -20 dan +50 darajagacha bo'lgan harorat oralig'ida. Selsiy;

O'z shovqinining past darajasi;

Kichik o'lchamli (10-20 sm) va vazni (o'lchov birligi bilan 1-2 kg);

Kam quvvat sarfi (2).

Shaklda. 1-rasmda fluxgates uchun ba'zi dizayn variantlari sxematik ko'rsatilgan.

Eng oddiy versiyada fluxgate ferromagnit yadrodan va uning ustida joylashgan ikkita sariqdan iborat: o'zgaruvchan tok bilan ishlaydigan qo'zg'atuvchi bobin va o'lchash (signal) bobini. Fluxgate yadrosi magnit o'tkazuvchanligi yuqori bo'lgan materiallardan tayyorlangan. 1 dan 300 kHz gacha bo'lgan chastotali o'zgaruvchan kuchlanish maxsus generatordan (qurilmaning parametrlari darajasiga va maqsadiga qarab) qo'zg'atuvchi bobinga beriladi. O'lchangan magnit maydon bo'lmasa, qo'zg'alish bobinidagi oqim tomonidan yaratilgan o'zgaruvchan magnit maydon H ta'siri ostida yadro nosimmetrik tsiklda qayta magnitlanadi. Nosimmetrik egri chiziq bo'ylab yadroning magnitlanishining teskari o'zgarishi natijasida kelib chiqadigan magnit maydonning o'zgarishi harmonik qonunga muvofiq o'zgarib turadigan signal bobinidagi emfni keltirib chiqaradi. Agar bir vaqtning o'zida o'lchangan doimiy yoki sekin o'zgaruvchan magnit maydon Ho yadroga ta'sir etsa, magnitlanishning teskari egri chizig'i uning o'lchamini va shaklini o'zgartiradi va assimetrik bo'ladi. Bunday holda, signal lasanidagi EMFning kattaligi va harmonik tarkibi o'zgaradi. Xususan, hatto EMF ning harmonik komponentlari ham paydo bo'ladi, ularning kattaligi o'lchangan maydonning kuchiga mutanosib va ​​nosimmetrik magnitlanishning teskari aylanish jarayonida yo'q.

Fluxgates quyidagilarga bo'linadi:

bitta elementli tayoq (a)

ochiq yadroli differensial (b)

yopiq (halqa) yadroli differentsial (c).

Differensial fluxgate (rasm b, c), qoida tariqasida, g'alati harmonik komponentlar amalda kompensatsiyalanadigan tarzda bog'langan o'rashlari bo'lgan ikkita yadrodan iborat. Bu o'lchash uskunasini soddalashtiradi va fluxgate sezgirligini oshiradi. Fluxgate problari magnit maydonlarga juda yuqori sezuvchanlik bilan ajralib turadi. Ular 10-4-10-5 A / m (~ 10-10-10-11 T) gacha bo'lgan kuchli magnit maydonlarni yozishga qodir.

Zamonaviy fluxgate dizaynlari ixchamdir. Mahalliy G73 magnitometrlari jihozlangan fluxgate hajmi 1 sm 3 dan kam va G74 magnitometri uchun uch komponentli fluxgate tomoni 15 mm bo'lgan kubga to'g'ri keladi.

Misol sifatida rasmda. 2-rasmda miniatyura fluxgate rodning dizayni va o'lchamlari ko'rsatilgan.

Fluxgate dizayni juda oddiy va hech qanday maxsus tushuntirishni talab qilmaydi. Uning yadrosi permalloydan qilingan. Uning uzunligi bo'ylab o'zgarib turadigan, o'lchash sargisi va qo'zg'atuvchi o'rash o'ralgan yadroning markaziy qismida taxminan 10 marta kamayib boruvchi kesmaga ega. Ushbu dizayn nisbatan qisqa uzunlikdagi (30 mm), yuqori magnit o'tkazuvchanligi (1,5x105) va yadroning markaziy qismidagi to'yinganlik maydonining past qiymatini ta'minlaydi, bu esa yadroning faza va vaqt sezgirligini oshirishga olib keladi. fluxgate. Shu sababli, fluxgatening o'lchov o'rashidagi chiqish impulslarining shakli ham yaxshilanadi, bu esa vaqt-puls signalini ishlab chiqarish pallasida xatolarni kamaytirishga imkon beradi. Standart konstruksiyadagi fluxgate konvertorlarining o'lchov diapazoni ±50… ±100 A/m (±0,06… ±0,126 mT) novda yadroli fluxgatelar uchun 0,1 Gts gacha bo'lgan chastota diapazonidagi magnit shovqin zichligi 30 - 40 mA. / m (m x Hz1/2) qo'zg'alish maydoniga qarab, ikkinchisining ortishi bilan kamayadi. 0,5 Gts gacha bo'lgan chastota diapazonida shovqin zichligi 3 - 3,5 baravar yuqori. Halqali fluksgaytlarni eksperimental o'rganish shuni ko'rsatdiki, ularning shovqin darajasi novda yadroli fluksgaytlarga qaraganda bir daraja pastroqdir (3).

Fluxgate datchiklari yordamida MF vektorini aniqlash uchun qurilmalar

Fluxgate magnit maydon konvertorlaridan foydalanadigan qurilmalarning ishlash tamoyillari ko'plab texnik nashrlarda muhokama qilinadi. Shuning uchun, misol sifatida biz juda ko'p narsani beramiz qisqacha tavsiflar bir nechta bunday qurilmalarning ishlash tamoyillari.

Avtomobil navigatorida ishlatiladigan eng oddiy fluxgate yo'nalishi sensori dizayni rasmda ko'rsatilgan. 3

Guruch. Avtomobil navigatorining 3 MF sensori: a - maqsadning azimutini hisoblash usuli; b - sensor qurilmasi: b - serverga nisbatan avtomobil yo'nalishi; c - shimolga nisbatan belgilangan joyga borish; r - nisbiy azimut (manzil azimuti)

Guruch. 4 Fluxgate navigatorining ishlash printsipi

Guruch. 5 Fluxgate sensorining chiqish kuchlanishining diagrammasi: a - Hx > 0 da; b - Nx uchun, y > 0

Navigator sensori (3-rasm) magnit o'tkazuvchanligi yuqori bo'lgan materialdan yasalgan halqa bo'lib, uning ustiga qo'zg'atuvchi o'rash o'ralgan va ikkita o'lchov o'rash (3) bir-biriga perpendikulyar.

Ferromagnit zondning ishlash printsipi

Sensorning ishlash printsipi quyidagicha: agar qo'zg'atuvchi o'rashga o'zgaruvchan kuchlanish qo'llanilsa, yadrodagi magnit oqim o'zgaradi va elektromagnit induksiyaning paydo bo'lishi tufayli "induktsiyalangan" kuchlanish paydo bo'ladi. o'lchash o'rashlari. Tashqi magnit maydon bo'lmasa, o'lchash o'rashlarida kuchlanish ham bo'lmaydi, chunki bu holda magnit oqimning o'zgarishi yadroning S1, S2 nuqtalarida bir-birini qoplaydigan qarama-qarshi qutbli kuchlanishlarning paydo bo'lishiga olib keladi. . Agar intensivligi H bo'lgan magnit maydon X o'lchov o'rashiga perpendikulyar qo'llanilsa, u qo'zg'atuvchi magnit maydonga qo'shiladi va magnit oqimdagi o'zgarishlar assimetrik bo'ladi (5-rasmga qarang). Natijada, chiqish kuchlanishi magnit oqimlaridagi farq lotiniga mutanosib ko'rinadi.

Agar tashqi magnit maydon H I burchak ostida qo'llanilsa, u holda X va Y o'lchov o'rashlarida mos ravishda quyidagilarga teng kuchlanish paydo bo'ladi:

Yadroning ma'lum geometrik o'lchamlari uchun demagnetizatsiya koeffitsienti shunchalik kichik bo'lishi mumkinki, yadro tashqi magnit maydonga joylashtirilganda magnitsizlanish maydoni deyarli bo'lmaydi. Yadrodagi umumiy magnit maydon tashqi maydonga teng bo'ladi. Agar yadro maydon bo'ylab joylashgan bo'lsa, u maydonning to'liq qiymatini, burchak ostida esa tegishli komponentni idrok etadi. Yadro maydonga perpendikulyar joylashtirilsa, tashqi maydon unga ta'sir qilmaydi. Yuqoridagi shartlar fluxgatening keskin radiatsiyaviy naqshini ta'minlashga imkon beradi, bu esa magnit maydon komponentlarini va ularning mos keladigan burchaklarini o'lchash uchun mos keladi. Fluksgeytlar nazariyasi V.K.ning rivojlanishiga asoslanadi. Arkadievning chekli o'lchamdagi ferromagnit jismlarning magnitlanishi haqidagi ta'limoti.

Fluxgatening umumiy ishlash printsipi magnit kuchaytirgichning ishlash printsipiga o'xshaydi, uning boshqaruvi elektr zanjiri ochiq magnit kontur bilan almashtiriladi (3).

Ferromagnit zond texnologiyasi

Eng oddiy fluxgate magnitometri fluxgate sensorini o'zgaruvchan tok bilan ta'minlaydigan generatordan iborat bo'lib, u erdan signal filtr xujayrasiga, kuchaytirish-konversiya kanaliga va yozuvchiga kiradi. Sensor, shuningdek, dastlabki kompensatsiya qurilmasidan kompensatsiya oqimini oladi. Fluxgate sensorlarining soni qurilmaning maqsadi va dizayni bilan belgilanadi.

Strukturaviy ravishda, fluxgate sensori bilan bir xil paketda joylashgan bo'lishi mumkin elektron sxema yoki elektron blokga kabel orqali ulangan alohida blokni tashkil qiladi. Yuzaki va quduqli magnitometrlardagi Fluxgate datchiklari o'z-o'zidan tekislanadi. Shu maqsadda gimballar yoki eksantrik qurilmalar qo'llaniladi. Magnit gradiyometrlarda datchiklar aylanadigan novda ustiga o'rnatiladi.

Masalan, trubasiga ikkinchi garmonik sxema bo'yicha ishlaydigan fluxgate sensori o'rnatilgan magnit qismlari bo'lmagan geodezik teodolit va elektron blok - magnitafonni olaylik. O'lchovlar nol usuli yordamida, fluxgate o'qi er maydonining magnit induksiya vektoriga perpendikulyar bo'lganda, o'lchangan lasan oqimi I = 0 chiqishida amalga oshiriladi. Elektron blok shu tariqa magnit induksiya vektori T ga perpendikulyar bo'lgan sensor o'qi holatida nol oqimni o'rnatadi: quvur va sensor gorizontal holatda bo'lganda, magnit meridianning yo'nalishi o'rnatiladi va vertikalda moyillik aniqlanadi. magnit meridian tekisligi.

Datchik teodolit trubasiga maxsus aravachada biriktirilgan bo'lib, bu sensorning burchaklarini teodolitning optik o'qiga nisbatan moslashtirish imkonini beradi.

Ferromagnit sensorning o'qi, printsipial jihatdan, teodolitning optik o'qi bilan mos kela olmaydi. Sensorning teleskopdagi holati quyidagilar bilan tavsiflanadi:

Fluxgate geometrik markazining quvurning optik markazidan vertikal aylanish tekisligida optik o'q bo'ylab va gorizontal tekislikda siljishining kattaligi;

Gorizontal va vertikal tekisliklardagi burchaklar, bu burchaklarni fluxgate o'qi quvurning optik o'qi (2) bilan hosil qiladi.

Keling, M-17 kabi boshqa mahalliy magnitometrda o'lchash texnologiyasini ko'rib chiqaylik.

Vertikal komponentni o'lchash uchun fluxgate gimbal suspenziyasiga joylashtirilgan maxsus mayatnik tomonidan vertikal ravishda yo'naltiriladi. Ikkinchisi tebranishlarni tez o'chirish uchun damping qurilmasi bilan jihozlangan. Fluxgate o'lchov birligiga ulangan. U o'z ichiga oladi ovoz generatori, pastki diapazonli kalit, magnit maydon kompensatsiyasi kaliti, o'lchash indikatori qurilmasi.

Mahalliy antenna magnitometrlari fluxgate printsipi bo'yicha ishlab chiqarilgan - AEM-49, AM-13, AMM-13, AST-46, AMF-21 va boshqalar. Aeromagnitometrlarda maxsus kardan qurilmalari va ikkita qo'shimcha o'zaro perpendikulyar fluxgate yordamida o'lchash fluxgate o'rnatilgan. Yerning magnit maydon kuch maydonlarining to'liq vektori bo'ylab. U maxsus gondolga joylashtiriladi va samolyot orqasida 40 - 50 m uzunlikdagi kabel orqali tortiladi. elektron kuchaytirgich, to'g'rilaydi va avtomatik kompensatsiya moslamasi va maxsus magnitafonga tushadi. Lentada maydon kuchiga qo'shimcha ravishda parvoz balandligi, vaqt belgilari, diqqatga sazovor joylar belgilari yoki sinxron aerofotosuratlar qayd etiladi. Aeromagnetometrlar engil samolyotlar yoki vertolyotlarga o'rnatiladi. Havo magnitometrlari bilan o'lchash xatolari 20 nT dan oshmaydi.

Fluxgate qurilmalari magnit maydonning har qanday komponentidagi nisbiy o'zgarishlarni o'lchaydi. Magnitometrlarning sezgirligi fluxgate turiga bog'liq va bir necha nT dan 200 nT gacha o'lchanadi.

Magnit razvedka zondlari tadqiqotning turli sohalarida, ham yer qobig'ida, ham kosmik tadqiqotlarda keng qo'llaniladi.

Fluxgate zondlari yerni oʻrganish qurilmalarida (zond gimbalga, teodolit teleskopiga oʻrnatiladi), quduq magnitometriyasida burgʻulash teshiklari yoʻnalishini, togʻ jinslarining magnit taʼsirchanligini va quduq oʻqi boʻylab ichki maydon komponentlarini nazorat qilish uchun ishlatiladi. havodagi geofizik stansiyalarda, sunʼiy Yer yoʻldoshlarini avtomatik yoʻnaltirishda, xalqaro kosmik stansiyalarda, shuningdek, sirt nuqsonlarini aniqlash uchun magnit nuqsonlarni aniqlashda, prokatlangan va payvandlangan quvurlar sifatini nazorat qilishda, temir yoʻllarni diagnostika qilishda va boshqalarda. (1).

Foydalanilgan adabiyotlar ro'yxati

magnitometrli fluxgate probi

1 Gershanok L.A. Magnit qidiruvi: Darslik / Perm: Perm davlat universiteti, 2006. 364 b.

2. Ladyshkin A.V., Popova A.A., Semakov N.N. va boshqalar fluxgate teodolitlari bilan vektor magnit o'lchovlari: Uslubiy qo'llanma / Novosibirsk: Novosibirsk davlat universiteti, 2005, 89 p.

3. Geofizik tadqiqot usullari // magnit-qidiruv // ferromagnit magnitometrlar / Internetdan olingan materiallar

Shunga o'xshash hujjatlar

Magnit suyuqlik misolida o'zgaruvchan va doimiy magnit maydondagi moddalarning magnit xususiyatlarini o'lchash texnikasi. Namuna bo'lgan idish undan tezda chiqarilganda o'lchov bo'lagining burilishlari orqali o'tadigan magnit oqimning o'zgarishini o'rganish.

laboratoriya ishi, 2009-08-26 qo'shilgan


Sekin o'zgaruvchan tashqi magnit maydon rejimida o'lchovlar. O'lchov moslamasining elementlarini asoslash va hisoblash. Yopiq magnit konturda magnitlanishning o'zgarishi. Magnit induksiyani o'lchash tizimiga qo'yiladigan talablar. Magnitizatsiya va boshqaruv bloki.

kurs ishi, 29.03.2015 qo'shilgan


Magnit maydonning namoyon bo'lishi, uni tavsiflovchi parametrlar. Ferromagnit (yumshoq va qattiq magnit) materiallarning xususiyatlari. Magnit zanjirlar uchun Kirxgof va Om qonunlari DC, ularni hisoblash printsipi, elektr zanjirlari bilan o'xshashligi.

test, 10/10/2010 qo'shilgan


Magnit sezuvchanlikni o'lchash uchun induktiv-chastota usulining mohiyati va Etalon-1B o'rnatishning ishlash printsipi. Rivojlanish dasturiy ta'minot sezuvchanlik egri chiziqlarini avtomatik qayd qilish uchun. Hall effektli magnit maydon sensorini kalibrlash.

kurs ishi, 2015-06-18 qo'shilgan


Magnit maydonning xususiyatlari va unda sodir bo'ladigan hodisalar. Oqimlarning o'zaro ta'siri, to'g'ridan-to'g'ri oqim maydoni va dumaloq oqim. Magnit maydonlarning superpozitsiyasi. Magnit maydon kuchlanish vektorining aylanishi. Magnit maydonlarning harakatlanuvchi oqim va zaryadlarga ta'siri.

kurs ishi, 2014 yil 12-02-da qo'shilgan


Tegning magnit maydonining mavjudligi va yo'nalishini aniqlash. Doimiy tashqi magnit maydonlarning ta'sirini qoplaydigan doimiy magnit maydonni yaratish. Qurilmaning zaryadlash-zaryadlash blokining sxematik diagrammasi. Saqlash sig'imini tushirishni aniqlash.

laboratoriya ishi, qo'shilgan 06/18/2015


Yerning geomagnit maydoni. Magnit anomaliyalarning sabablari. Yerning kuchlanish vektorining yo'nalishi. Texnogen va antropogen maydonlar. Havo elektr uzatish liniyalari yaqinidagi magnit maydonning taqsimlanishi. Magnit maydonlarning o'simlik va hayvonot dunyosiga ta'siri.

kurs ishi, 2012-09-19 qo'shilgan


Kontseptsiya va funktsional xususiyatlar magnit starterlar o'zgaruvchan tok, ularning maqsadi va ahamiyati. Boshlang'ichlarning dizayni va ishlash printsipi, ularning navlari: qaytariladigan va qaytarilmaydigan. Magnit starterlarning asosiy seriyasi, xarakteristikalari: PME, PMA, PM12.

referat, 27.10.2013 qo'shilgan


Magnit oqimni kvantlash. O'ta o'tkazuvchanlikning termodinamik nazariyasi. Jozefson effekti o'ta o'tkazuvchan kvant hodisasi sifatida. Supero'tkazuvchi kvant shovqin detektorlari, ularning qo'llanilishi. Zaif magnit maydonlarni o'lchash uchun qurilma.

test, 02/09/2012 qo'shilgan


Harakatlanuvchi elektr zaryadlari natijasida hosil bo'lgan magnit maydonning mohiyatini o'rganish. Magnit chiziqlarning xususiyatlari - magnit kuchlar ta'sirida hosil bo'lgan konturlar. Magnit induksiya belgilari - magnit maydonni tavsiflovchi qiymat.

Rossiya Federatsiyasi Sovet Sotsialistik Respublikasi Ittifoqi seshanba qaram, sertifikatlar taqdim 23 L 111.1971689631126-25 l. 6 01 33/00 b 01 3/08 Ixtirolar va kashfiyotlar bo'yicha SSS Vazirlar Kengashining ariza-davlat qo'mitasining birlashishi bilan Nashrlar ustuvorligi 10,711.193, Axborotnoma 838 (088 va nashr etilgan yozuvlar 2 b. HP. 1 Mualliflar. ixtiro G. Semevo Ariza beruvchi ROZOND MAGNETOMETER ) bir mos keladigan yurak magnit maydoni Ixtiro magnit o'lchovlari uchun asboblarga tegishli bo'lib, ular haqidagi ma'lumotni raqamli shaklda taqdim etish bilan birga magnit maydon parametrlarini o'lchash uchun mo'ljallangan kirish o'rash va ijobiy o'rash fikr-mulohaza, bu o'rashlar ulangan kirishlarga keng polosali kuchaytirgich, keng polosali kuchaytirgichning chiqishiga ulangan raqamli chastota o'lchagich. O'rashlari bo'lgan ferromagnit yadro va keng polosali kuchaytirgich o'z-o'zidan tebranuvchi osilatorni hosil qiladi, o'z-o'zidan tebranish chastotasi ferromagnit yadroli o'rashning induktivligi bilan belgilanadi, bu yadroning o'tkazuvchanligi funktsiyasidir. o'z navbatida, tashqi o'lchangan magnit maydon kuchining funktsiyasidir. O'lchangan maydonning ta'siri ostida indüktans ortishi bilan, o'z-o'zidan tebranish chastotasi o'zgaradi va raqamli chiqishga ega chastota o'lchagichning o'qishlariga ko'ra, o'lchangan magnit maydon kuchi ma'lum bo'lgan noqulaylik bilan baholanadi magnitometr yadro o'lchangan magnit maydonlarga ta'sir qilganda (musbat va salbiy VP magnit maydon kuchlari har xil kattalikda), histerezis diagrammasi B doirasida boshlang'ich ish nuqtasida siljish sodir bo'ladi (mos ravishda dastlabki o'tkazuvchanlikning nomi). yadrosi o'lchovlarning aniqligiga olib keladi, chunki chastota o'lchagichning turli ko'rsatkichlari bir xil intensivlik qiymatiga to'g'ri keladi. magnitometrning qo'shimcha o'rash va unipolyar impuls generatori bilan jihozlanganligi, unga ferromagnit yadroda joylashgan qo'shimcha o'rash 15 taklif qilingan magnitometrning sxemasi o'ralgan holda ko'rsatilgan : kirish 2, qo'shimcha 20 3 va o'rash 4 ijobiy fikr: keng polosali kuchaytirgich 5, kirishlari 2 va 3 o'rashlari ulangan, raqamli chastota o'lchagich b, keng polosali kuchaytirgichning chiqishiga ulangan va bir qutbli generator 25 7 impulslar, uning chiqishi qo'shimcha o'rash bilan bog'langan ferromagnit yadro 1 bilan 2 o'z-o'zidan tebranadigan generatorning tebranish pallasida , keng polosali kuchaytirgich 5 va 393704 musbat teskari aloqa o'rash orqali hosil bo'ladi. -1, o'z-o'zidan tebranuvchi osilatorning chastotasi raqamli chastota o'lchagich bilan o'lchanadi b boshlang'ich ish nuqtasini barqarorlashtirish uchun generatordan 7 bir qutbli impulslar vaqti-vaqti bilan qo'shimcha o'rash 8 orqali o'tib, impulsli magnit maydon kuchini yaratadi. , yadroning texnik to'yinganlik qiymatidan oshib ketgan 1. Yadroning davriy magnitlanishi tufayli dastlabki ish nuqtasi vaqti-vaqti bilan bir xilga keltiriladi. boshlang'ich holati, yadro 1ning cheklovchi histerezis halqasi bo'ylab magnit induksiyaning qoldiq qiymatiga mos keladi. 15 7-generatordan impulslarning takrorlanish davri chastota o'lchagich b ning hisoblash davomiyligidan oshadi, shuning uchun impulslarning harakati o'lchov natijasiga ta'sir qilmaydi. Shunday qilib, qo'shimcha o'rash 3 va bir qutbli impuls generatorini 7 joriy etish, uning chiqishi ushbu o'rashga ulangan, dastlabki ish nuqtasini barqarorlashtirish hisobiga magnit maydon kuchini o'lchashning aniqligini oshiradi. Ixtiro mavzusi: ferromagnit yadro, kirish o'rash, qayta aloqa o'rash, keng polosali kuchaytirgich va raqamli chiqishga ega chastota o'lchagichni o'z ichiga olgan fluxgate magnitometri magnit maydon kuchini o'lchashning aniqligini oshirish uchun, unga bir kutupli impuls generatori ferromagnit yadroga o'rnatilgan qo'shimcha o'rashga ulangan bir qutbli impuls generatori kiritilgan, SSSR Vazirlar Kengashining kashfiyotlar va kashfiyotlar qo'mitasining 755-raqami, Raushskaya qirg'og'i, 4/5. , yozuv V. Semenov Techred A. Kamyshnikova tomonidan tuzilgan San'at davlat ishlarining 879-nashri Moskva, Zh, Typografni, Sapunova prospekti rektorlari: L. Tsarkov va E. Blumin

Taklif

V. G. Semenov

IPC / teglar

Havola kodi

Fluxgate magnitometri

Shunga o'xshash patentlar

Uch kanal uchun mo'ljallangan. Yorug'lik displeyida kanallar soniga teng miqdorda 17-ko'rsatuvchi LEDlar joylashtirilgan. Stator sargisi orqali oqim o'tganda, zener diodining 4 chiqishida 30 40 45 50 og'ish bilan mutanosib bo'lgan se 5 ment (ko'prik) 5 paydo bo'ladi "Qabul qilinishi mumkin emas". Berilgan qiymatning 55 10 15 riyali yarim to'lqinli impulslari (4-zener diodi bilan aniqlanadi) bu kuchlanish ma'lum bir asosiy qiymatdan izolyatsiya novdasining haroratga sezgir o'lchash kuchiga beriladi. Masalan, 12-14 tiristorlar ko'rinishida ishlab chiqarilgan daraja cheklovchilarining har biri ma'lum bir chegaraga o'tish kuchlanishiga sozlangan, u yoki boshqa chegaraga yetganda, cheklovchi ...

Ikki o'lchovli o'rash. ketma-ket va hisoblagichga ulangan. yadroga eng yaqin bo'lgan birinchi qatlam bilan o'ralgan, birinchisi yadroning bir bo'yinturug'ida, ikkinchisi - yadro tayoqchasida, yuklardagi kuchlanishni o'lchash uchun o'lchov o'rash ikkinchi, erkin, bo'yinturug'ida joylashgan. asosiy formulaning cheklovchi va farqlovchi qismlarida kiritilgan xususiyatlar to'plami bizga belgilangan maqsadga erishishga imkon beradi. Ma'lum bo'lgan echimlar orasida ushbu xususiyatlar to'plami topilmadi, buning asosida biz taklif qilingan qurilma sezilarli farqlarga ega degan xulosaga kelishimiz mumkin 1-rasmda quvvatni o'lchash usulini amalga oshirish uchun elektr davri ko'rsatilgan. transformator yuklariga beriladi; Jin 2...

Usul transformatorning yuqori voltli o'rashining bir fazasi bo'ylab bir qutbli to'lqinning kelishini takrorlashda o'lchashni soddalashtirishdan iborat, bunga o'rganilayotgan generatorni transformatorning past kuchlanishli o'rashidan va bipolyar impulslardan ajratish orqali erishiladi. qarama-qarshi qutblar belgilangan generatorning stator o'rash ikki fazasi qo'llaniladi va o'rash bir va ikki fazalarida bir haddan tashqari kuchlanish to'lqin ta'sir qachon generator rotor o'rash bo'yicha induktsiya 25 kuchlanish yuqori kuchlanish transformator T sxema bo'yicha ulangan, Mironov akaz 849,3 TsNI Tiraj 755 Vazirlar Kengashi va Otkrytiyushskaya qirg'og'i, 45 Izd 406 tasvirlar ishlari uchun davlat k Moskva, Zh, R PodpisnoSSSR IG Chop etish,. ikkita xulosaga ko'ra ...

Ushbu turdagi magnitometrlarda magnit sezgir element permalloydan (temir-nikel qotishmasi - yumshoq magnit ferromagnit) ikkita yupqa va uzun novdadan iborat bo'lgan fluxgate bo'lib, uning ustiga birlamchi hayajonli o'rash teskari yo'nalishda o'ralgan. . Bundan tashqari, ikkala yadro ham birlamchi o'rash bilan birga ikkilamchi (o'lchov) o'rash bilan qoplangan (4.4a-rasm). Yumshoq magnitli ferromagnitlar ular uchun histerezis halqasi shunchalik tor bo'lganligi bilan ajralib turadiki, uni bitta egri chiziq deb hisoblash mumkin (4.4-b-rasm). Fluxgatening ishlash printsipi quyidagicha. Tashqi manbadan foydalanib, birlamchi (hayajonli) o'rash orqali ko'pincha 400 Gts chastotali oqim o'tkaziladi. Agar tashqi magnit maydon bo'lmasa, yadrolarning dastlabki magnitlanishi nolga teng. Har bir yarim siklda chastota oqimi o'tkazilganda, yadrolardagi induksion impulslar teskari yo'nalishga yo'naltiriladi va bir-birini kompensatsiya qiladi (4.4-b-rasm). Shuning uchun, vaqtning har bir momentida yadrolarga eng yaqin bo'shliqdagi umumiy induksiya nolga teng va signal o'lchov o'rashida induktsiya qilinmaydi, ya'ni. ham nolga teng. Har bir yarim tsiklda tashqi T maydoni paydo bo'lganda (uni o'lchash kerak), bu maydon yadrolardan birining induksiyasiga to'g'ri keladi va boshqa yadroning induksiyasi teskari yo'nalishda yo'naltiriladi, bu siljishga teng. yadrolarning induksiyasida. Yadrolar yaqinidagi kosmosdagi umumiy (jami B) induksiya, qo'shib, 2 chastotasi bilan o'zgarib turadigan o'zgaruvchan magnit oqimni hosil qiladi (4.2-rasm. b). Ushbu oqim o'lchov o'rashida 2 chastotali va o'rashlardagi induksiyaning "siljishi" ga mutanosib bo'lgan amplitudali elektr signalini keltirib chiqaradi - tashqi magnitlanish maydoni T.

Ushbu maydonni o'lchash uchun siz faqat filtr (F) yordamida 2 (800 Gts) chastotali signalni tanlashingiz, uni kuchaytirgich (U) bilan kuchaytirishingiz, fazaga sezgir detektor bilan maydonning (faza) belgisini aniqlashingiz kerak. (PSD) va uning amplitudasini metr (I) bilan o'lchang. Bunday holda, signal amplitudasini o'lchaydigan qurilma magnit maydon kuchi yoki induksiya birliklarida sozlanishi mumkin. Bunday fluxgate "ikkinchi harmonik turdagi fluxgate" deb ataladi. Magnit tekshiruvlar uchun bunday fluxgatening foydali xususiyati shundaki, u zondning o'qi bo'ylab yo'naltirilgan magnit maydon kuchining komponentini o'lchashi mumkin. Ya'ni, agar T maydoni yadrolarga perpendikulyar yo'naltirilgan bo'lsa, unda o'rashlarda induksiyaning "siljishi" bo'lmaydi va

Guruch. 4.4. Ikkinchi garmonik turdagi fluxgate magnitometrining ishlash printsipi.

ikkilamchi o'rashda hech qanday signal bo'lmaydi. Bu xususiyat, usulning afzalliklaridan biri bo'lgan magnit maydon induksiyasining komponent o'lchovlari (ya'ni, eksa bo'ylab uchta komponentni o'lchash) deb ataladigan o'lchovlarni amalga oshirishga imkon beradi. Usulning nochorligi qurilmaning nol ofsetining mavjudligi bo'lib, u hatto 1 nT qurilmaning yuqori sezuvchanlik chegarasida ham yuqori aniqlikdagi o'lchovlarni amalga oshirishga imkon bermaydi. Fluxgatening boshqa nomlari ham bor: magnit to'yinganlik probi, magnit modulyatsiya sensori (MMD). Chet el adabiyotida flux - sana (oqim darvozasi) - oqim o'tish deb ataladi. 30-yillardan 80-yillarning oxirigacha foydalanilgan havo magnitometrlari (AMF-21, AMM-13 va boshqalar) va yerga asoslangan magnitometrlar (M-17, M-29) bu tamoyilga asoslanadi. Hozirgi vaqtda bu printsip bo'yicha quduq magnitometrlari (TSMK-30, KSP-38 va boshqalar) qo'llaniladi.

Proton magnitometrlari.

Proton magnitometri birinchi marta 1953 yilda M. Packard va R. Varian (AQSh), SSSRda 1957 yilda A. J. Rotshteyn va V. S. Tsirel. Ushbu magnitometrlar protonlarning - vodorod atomining yadrolarining erkin yadroviy presessiyasi printsipiga asoslanadi. Proton harakatlanuvchi, aylanadigan zaryadlangan zarracha sifatida ma'lum bir burchak momentiga (spin) ega. r va magnit momenti protonning magnit maydoni zarrachaning aylanish o'qi bo'ylab yo'naltirilgan shtrix magnitining maydoniga o'xshaydi. Proton, xuddi magnit kabi, magnit o'qini Yerning magnit maydoni yo'nalishi bo'yicha (kompasning magnit ignasi kabi) o'rnatishga intiladi va giroskopning (yuqorida) xususiyati bunga to'sqinlik qiladi. Shuning uchun protonning aylanish o'qi (va magnit momenti) tashqi magnit maydon vektori yo'nalishi bo'yicha konusning sirtlarini tasvirlay boshlaydi. T VN. (4.5-rasm, a). Bu harakat presessiya deb ataladi. Pretsessiya proton tizimiga tashqi kuchlar ta'sir qilmasdan sodir bo'lsa, erkin deyiladi.

Guruch. 4.5. Yadro-proton magnitometrlarining ishlash printsipi.

Magnit maydonda protonlarning erkin presessiya chastotasi intensivlik vektorining kattaligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional ekanligi nazariy jihatdan aniqlangan va eksperimental tasdiqlangan. T VN. tashqi magnit maydon va u bilan Larmor tengligi deb ataladigan oddiy munosabat bilan bog'langan: f=( Qayerda = p/- protonning giromagnit nisbati, ya'ni. uning mexanik momenti p ning magnit momentiga nisbati. Doimiy qiymat juda yuqori aniqlik bilan (10 -6 tartibdagi nisbiy xatolik) aniqlanganligi va hech qanday tashqi omillarga (harorat, bosim va boshqalar) bog'liq bo'lmaganligi sababli, bu usul bilan o'lchash natijalari juda yuqori aniqlik bilan tavsiflanadi. va barqarorlik.

Turli protonlarning magnit momentlari antiparallel yo'naltirilgan, shuning uchun normal holatda zarrachalarning termal to'qnashuvi tufayli alohida protonlarning magnit momentlari tasodifiy yo'naltirilgan va ularning umumiy magnit momenti nolga yaqin. Shuning uchun ishchi moddani qutblash, ya'ni elementar zarrachalar - protonlarning magnit momentlarini yo'naltirish uchun maxsus usullar qo'llaniladi. Magnit maydonni o'lchash uchun eng oddiy atom yadrolari - protonlardan foydalanish eng qulaydir, chunki ular suyuqliklarda eng keskin va eng kuchli rezonans beradi. Magnit o'lchov o'tkazgichi (MIT) - proton o'z ichiga olgan suyuqlik (odatda tozalangan kerosin) bo'lgan idish, sim bilan lasanga joylashtirilgan (4.5-rasm, b). Agar MIP o'rashidan kuchli elektr toki o'tkazilsa, g'altakning o'qi yo'nalishi bo'yicha taxminan 100 Oe quvvatga ega bo'lgan NC magnit maydoni hosil bo'lsa (kalit K quvvat manbaiga ulangan), keyin NC maydonining ta'siri ostida , ishchi moddaning magnit qutblanishi sodir bo'ladi - uning tarkibidagi ko'plab protonlar oqimning keskin o'chirilishidan so'ng magnit momentlarning yo'nalishini H k magnit maydon kuchiga ega bo'ladi (kalit K chastota o'lchagichga ulanadi ), protonlar tashqi magnit maydon kuch vektori atrofida izchil ravishda o'ta boshlaydi T, E.M.F ni bir xil o'rash lasanida induktsiya qilish. pretsessiya chastotasi bilan. Bir necha soniyadan so'ng, zarrachalarning termal to'qnashuvi va proton presessiyasining kofazasining yo'qolishi tufayli pretsessiya o'chadi, ammo bu vaqt signalni aylantirish va uni aniqlash uchun etarli. chastota Qurilmaning chastotali chiqishi o'lchov natijalarini raqamli shaklda yozib olish imkoniyatini beradi. Proton magnitometrlarida erkin pretsessiya signalining chastotasini o'lchashning asosiy usuli - bu maxsus kvarts osilatorining mos yozuvlar chastotasi davrlari bilan aniqlangan, belgilangan vaqt oralig'ida pretsessiya davrlari (signallari) sonini hisoblash usuli. O'qishlarni yozib olish amalga oshirilishi mumkin turli qurilmalar: analog yozuvchisi (yoki foto osiloskop); raqamli bosib chiqarish qurilmasi; raqamli punch yoki magnit magnitafon va boshqalar. d. Ba'zida qulaylik uchun ular yadroviy presessiya signalining chastotasini emas, balki pretsessiya signallarining chastotasi va maxsus kvarts osilatorining mos yozuvlar chastotasi o'rtasida hosil bo'lgan urish chastotasini (presessiya chastotasiga yaqin) qayd etadilar. f b = f c – f sq g Ushbu usul chastota o'lchovlarida katta aniqlikni ta'minlaydi, lekin ularni avtomatlashtirish uchun juda mos kelmaydi. Siz buning teskarisini qilishingiz mumkin: yadroviy presessiya signallarining belgilangan soni uchun mos yozuvlar chastotasi davrlarining sonini taqdim eting. Bunday holda, oldingi holatda bo'lgani kabi, magnit induksiya birliklarida to'g'ridan-to'g'ri o'qishga imkon bermaydigan maydon induksiyasiga teskari proportsional bo'lgan raqamli natija olinadi. Lekin ichida bu usul To'g'ridan-to'g'ri o'qish uchun zarur bo'lgan chastotali multiplikatorga ehtiyoj yo'q. Yadro-proton magnitometrlarining so'nggi modifikatsiyalarida dinamik polarizatsiya usuli qo'llaniladi. Usulda yadrolarning dinamik qutblanishi ishlatilgan Overhauser effekti, Bu shundan iboratki, yadro spinlarining elektron spinlari bilan kuchli o'zaro ta'siri bo'lgan ba'zi moddalarda boshqa, masalan, elektronning qutblanishi tufayli bitta spin tizimining, masalan, yadroning qo'shimcha qutblanishini yaratish mumkin. Ishchi modda radiochastota maydoni (taxminan 56 MGts) yordamida elektron rezonans chastotasida qo'zg'atiladi va energiyaning protonlarga o'tishi ichki o'zaro ta'sirlar tufayli sodir bo'ladi. Ushbu hodisa yuzaga kelishi mumkin bo'lgan moddalar sinfi mavjud. Bularga ammiakdagi natriy eritmalari, gidrazin turkumidagi bir qator erkin barqaror radikallarning organik suyuqliklardagi eritmalari (xususan, difenil-pikrilgidrosil), shuningdek, erkin radikal disulfonat piroksilaminning (Fremi tuzi) suvli va benzolli eritmalari kiradi. ba'zi boshqa radikallar. Sanab o‘tilgan yechimlar kuchsiz magnit maydonlarida, jumladan, Yer magnit maydonida dinamik qutblanishni kuzatish imkonini beradi. Dinamik polarizatsiya usuli o'lchov davrining davomiyligini qisqartirish, shuningdek, polarizatsiya jarayoni bilan bir vaqtda o'lchovlarni amalga oshirish imkonini beradi. Usulning kamchiliklari orasida ishlaydigan moddalarning ayrim turlarining mo'rtligi kiradi, bu esa ishlab chiqarishda magnit tekshiruvlar paytida noqulaylik tug'diradi. Mahalliy MMP-203M proton magnitometrlari va MMV-215 aeromagiitometrlari yadrolarni dinamik qutblanish usuli yordamida qurilgan. Kanadaning Geotech kompaniyasi ushbu printsip bo'yicha har bir datchik uchun 0,01 nT va gradient o'lchovlari uchun 0,025 nT/m sezgirlik bilan vertikal havo magnitometr-gradiometri GRAD-1 ni ishlab chiqdi. Proton magnitometrlari yuqori aniqlikka (1 nT), barqaror ishlashga, yuqori mahsuldorlikka ega, tekislashni talab qilmaydi va o'lchash vaqtida qurilmaning optimal yo'nalishidan og'ishlarga ozgina sezgir. Hozirgi vaqtda bular er osti tadqiqotlari (MMP-203M, MINIMAG), aeromagnit (MMS-213, MMS-214) va gidromagnit (APM-3, MPM-3) o'lchashlar, shuningdek, quduq magnit o'lchovlarini o'tkazishda eng ko'p qo'llaniladigan qurilmalardir. (MSP -2).Dala proton magnitometrlari MMP-203, MMP-203M, MINIMAG konstruktiv jihatdan ikkita alohida blok - magnit o'lchash o'tkazgich (datchik) va o'lchash konsoli shaklida qilingan. Proton (yadro) magnitometrining sensori odatda protonlar (suv va spirt aralashmasi, kerosin, Fremi tuzi eritmasi va boshqalar) bo'lgan suyuqlik bilan organik shishadan yasalgan silindrsimon idishdir. Kema kutilgan signal chastotasi bilan rezonansga sozlangan ko'p burilishli lasanga joylashtiriladi. Ushbu lasan ham qo'zg'atish (polarizatsiya) uchun, ham ma'lum bir chastotali EMF ko'rinishidagi signalni yozish uchun ishlatiladi (bobinning bu funktsiyalari vaqt ichida ajratiladi).

Kvant magnitometrlari.

O'rnatilgan sanoat (geologik va geofizik) terminologiyasiga ko'ra, optik nasos printsipi asosida ishlaydigan magnitometrlar kvant deb ataladi, ammo xalqaro terminologiyaga ko'ra kvant magnitometrlari guruhi ancha kengroqdir. Optik nasos printsipiga asoslangan magnitometrlar ishchi moddaning (juft) atomlarining magnit momentlarining o'zaro ta'siriga asoslangan. ishqoriy metallar- Na, K, Rb, Cz yoki inert gazlar He, Ar, Kr va boshqalar) tashqi magnit maydonga ega (Zeeman effekti). Zeeman effektining mohiyati shundan iboratki, magnit maydonda joylashgan suyuq, gazsimon va bug'simon moddalar atomlarining energiya darajalari bir necha kichik darajalarga bo'linadi. Elektronning bir pastki sathdan ikkinchi darajaga o'tishida emissiya yoki yutilish chastotasi f (Gts da) quyidagicha aniqlanadi: f. = ( b/h) T VN,(3.23) qayerda B- Bor magnitoni (elektron magnit momenti); h- Plank konstantasi (energiya kvanti bilan proportsionallik koeffitsienti siklik chastotasi uning radiatsiyasi), T VN-tashqi magnit maydonning kuchi. (3.23) formuladan ko'rinib turibdiki, agar elektronning bir pastki sathdan ikkinchi darajaga o'tishida nurlanish chastotasi f ni o'lchasak, maydon qiymatini aniqlashimiz mumkin. T VN. Ammo alohida atomlarning bir Zeeman darajasidan ikkinchisiga o'tishini kuzatish deyarli mumkin emas. Ko'p atomlarning muvofiqlashtirilgan qo'zg'alishiga va keyinchalik ularning barchasini birdaniga qo'zg'almas holatga o'tishiga erishish kerak. Bunga optik nasos printsipi yordamida erishiladi. Sxematik ravishda, atomlarning optik pompalanishi yoki optik yo'nalishi quyidagicha (4.6-rasm, tashqi magnit maydon ta'siri ostida). T VN, Zeeman effektiga muvofiq, atomlarning energiya darajalari A, B, C pastki darajalariga bo'linadi (4.6a-rasm). Shuning uchun, B pastki darajadagi ustun populyatsiyasi ishchi moddani spektral chiziq bo'lmagan nur bilan nurlantirish orqali ta'minlanadi B. Keyin kvant fizikasi qonunlariga ko'ra, B dan C ga o'tish taqiqlanadi (mumkin emas), A dan C ga mumkin, C dan A ga va B ga teng ehtimol. Asta-sekin (4.6-rasm b - d) atomlar B holatga o'tadi. Yorug'likning yutilishi tugaydi, modda magnit qutblanadi (atomlarning magnit momentlarining teng qutblanishi). Quyoshning spektral chizig'ini filtrlash monoxromatik yorug'likning dairesel polarizatsiyasi orqali erishiladi. Optik nasos paytida signalni aniqlash uzatiladigan yorug'lik intensivligining o'zgarishi bilan amalga oshiriladi. Qo'shimcha radiochastota magnit maydoniga ta'sir qilganda (bu aholini tenglashtirishni kuchaytiradi) ishlaydigan moddaning shaffofligi pasayadi, bu elektr signali shaklida fotosel tomonidan qayd etiladi.

Minimal yorug'lik radio maydonining chastotasi (f P) rezonansli o'tishning dairesel chastotasiga to'g'ri kelganda kuzatiladi. = 2 = *T VN, (3.24) bu yerda elektronning giromagnit nisbati. Optik nasos usuli ham, yadroviy presessiya usuli ham bir xil formulaga asoslanganligini payqash oson, ammo ishchi moddaning qutblanish usullari boshqacha. Aynan shuning uchun yadro-proton va kvant magnitometrlari chet elda

Guruch. 4.6. Optik nasos printsipini tushuntirish

Ular "yadro magnitometrlari" umumiy nomi ostida birlashtiriladi, optik nasos printsipiga asoslangan magnitometrlarning sezgirlik chegarasi o'lchash davriga qarab 1 - 0,01 nT ni tashkil qiladi. Ularning o'qishlari proton magnitometrlariga qaraganda kamroq barqaror, ammo ular yaxshi chastotali javobga ega va zaif va kuchli gradient maydonlarida ishlashi mumkin. MM-305, KAM-28, piyodalar uchun M-33, MMP-303, MM-60 kvant antenna magnitometrlari optik nasos printsipi asosida qurilgan MMP-203M magnitometri bilan ishlash.