20912

Исследование феррозондов

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Это изменение достигается магнитным воздействием на сердечник с помощью обмоток возбуждения подключенных к источнику переменного тока. Здесь w1в и w2в – обмотки возбуждения включенные встречно wвых – выходная сигнальная обмотка. Встречное включение обмоток возбуждения расположенных симметрично относительно середины сердечника обеспечивает развязку цепей возбуждения и выхода и позволяет свести к минимуму величину выходного напряжения в отсутствие внешнего поля. При подаче в обмотки возбуждения переменного напряжения uв=uвмsint магнитная...

Русский

2013-08-01

179 KB

32 чел.

Феррозонды  3

Лабораторная работа №6

Исследование феррозондов

Цель работы – исследование феррозондов с продольным возбуждением

Оборудование, измерительные приборы и инструменты: лабораторная установка, анализатор спектра, осциллограф.

I. Основные теоретические сведения

Феррозондами называются магнитные элементы, служащие для измерения напряженности внешних магнитных полей (в основном постоянных и медленноменяющихся). Феррозондовые устройства применяют в навигационных системах, для разведки полезных ископаемых, для изучения магнитного поля Земли и космического пространства и т.д.

В качестве основных достоинств феррозондов можно отметить малый порог чувствительности (), приемлемую для практических целей погрешность, высокую надежность, простоту конструкции, малые габариты, массу и потребляемую мощность.

Феррозонд в качестве чувствительного элемента содержат ферромагнитный сердечник. Выходная э.д.с. в нем (при постоянном измеряемом поле) возникает за счет изменения во времени (периодической) магнитной проницаемости сердечника, выполненного из высококачественного магнитомягкого материала. Это изменение достигается магнитным воздействием на сердечник с помощью обмоток возбуждения, подключенных к источнику переменного тока.

Феррозонды отличаются друг от друга по режиму работы, способу наложения вспомогательного поля, схеме и конструктивному исполнению.

Наиболее простая схема феррозонда, выполненная на одном сердечнике, приведена на рис. 1,а. Здесь w и w – обмотки возбуждения, включенные встречно, wвых – выходная (сигнальная) обмотка. Сердечник феррозонда выполняется из железоникелевого сплава – пермаллоя, имеющего очень высокую магнитную проницаемость.

Встречное включение обмоток возбуждения, расположенных симметрично относительно середины сердечника, обеспечивает развязку цепей возбуждения и выхода и позволяет свести к минимуму величину выходного напряжения в отсутствие внешнего поля.

При подаче в обмотки возбуждения переменного напряжения uв=uвмsint магнитная проницаемость сердечника становится функцией времени и соответственно периодически изменяется индуктивность выходной обмотки. При этом в соответствии с законом электромагнитной индукции при наличии внешнего поля (например, магнитного поля Земли) в ней возникает электродвижущая сила, пропорциональная компоненте Н0 измеряемого поля, совпадающей с продольной осью сердечника. При этом выходной полезный сигнал, в силу нелинейности характеристики В=В(Н) сердечника, представляет из себя сумму четных (по отношению к частоте возбуждения) гармоник, амплитуда которых пропорциональна напряженности измеряемого поля:

,     (1)

где H0sin - проекция вектора напряженности измеряемого поля на ось чувствительности ФЗ (его вытянутую ось).

Амплитуды четных гармоник выходного сигнала k2n являются функциями параметров обмоток, напряжения возбуждения и характеристик ферромагнитного сердечника; при этом k2n0 при n и наибольшую амплитуду имеет вторая гармоника, крутизна которой для современных феррозондов составляет 20…30 мкВ/. Поэтому для использования феррозондов требуется избирательный усилитель, настроенный на частоту второй гармоники. После фильтрации выходной сигнал ФЗ будет

.    (2)

Выражение (1) может иметь место только при строгой идентичности первичных обмоток и сердечников. На практике спектр выходного сигнала феррозонда представляет собой сумму и четных, и нечетных гармоник. При этом нечетные гармоники не несут информации о внешнем магнитном поле, то есть являются помехой.

Недостатком ФЗ, использующего один сердечник, является довольно большая погрешность измерения, обусловленная тем, что в среднем сечении сердечника отсутствует переменное магнитное поле. Поэтому наиболее распространенной практической схемой феррозонда является схема, выполненная на двух сердечниках (рис. 1,б). В этой схеме расположенные строго параллельно сердечники имеют раздельные обмотки возбуждения, включенные встречно относительно одной общей, охватывающей оба сердечника сигнальной обмотки.

Мощность возбуждения, требуемая для работы феррозонда, составляет 50…100 мВт, а порог их чувствительности при измерении постоянных полей – единицы .

По принципу своей работы феррозонд является компонентным измерителем, то есть, он измеряет только проекцию вектора напряженности магнитного поля на ось своей чувствительности (см. также выражение 1). На рис. 2 представлена так называемая диаграмма направленности феррозонда – построенная в полярных координатах зависимость амплитуды выходного сигнала от угла между осью чувствительности ФЗ и направлением вектора напряженности измеряемого постоянного поля .

II. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка выполнена на основе индукционного компаса (ИК) курсовой системы "Гребень". ИК включает в себя индукционный датчик ИД – 6 (смонтирован на алюминиевой штанге, установленной на поворотном столе) и коррекционный механизм КМ –2 (установлен на пульте управления).

Индукционный датчик включает два взаимно перпендикулярных дифференциальных феррозонда, расположенных на горизонтированной с помощью физического маятника площадке. Для уменьшения погрешностей датчика все его элементы, кроме феррозондов, выполнены из немагнитных материалов, а маятник задемпфирован путем помещения в жидкость. При установке на летательном аппарате ось чувствительности одного ФЗ совмещается с продольной осью объекта, а ось другого – с поперечной осью.

Основными элементами коррекционного механизма являются генератор (2250 Гц) для возбуждения феррозондов индукционного датчика и избирательный усилитель, выделяющий из выходного сигнала ФЗ вторую гармонику (4500 Гц) и усиливающий ее до необходимого уровня. В его состав также входит вращающийся трансформатор, работающий в режиме построителя, исполнительный двигатель переменного тока и редуктор.

Переключатель режимов работы ВК1 определяет режим работы лабораторной установки. При его левом положении она работает в режиме автоматического компаса, при правом коррекционный механизм отключается (используется только генератор для возбуждения ФЗ) и на верхнюю панель установки на соответствующие клеммы выводятся концы выходных обмоток феррозондов и напряжение возбуждения.

III. Порядок выполнения работы

  1.  Ознакомиться с конструкцией имеющихся в лаборатории феррозондов.
  2.  С помощью осциллографа качественно изучить выходной сигнал феррозондов и его зависимость от ориентации оси чувствительности относительно магнитного поля Земли. Рассмотреть изменение сигнала при внесении в зону датчика ферромагнитных масс.
  3.  

IV. Содержание отчета

V. Контрольные вопросы

  1.  Чем определяется порог чувствительности феррозонда и как можно его уменьшить?
  2.  Можно ли построить индукционный компас на одном феррозонде?

Список рекомендуемой литературы.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76292. Сердце, cor, cardia 134.14 KB
  По пути к сердцу получает кровь из многих вен. ven cv superior идущая от головы короткая вена впадающая в правое предсердиеи собирающая венозную кровь от верхней части тела от головы шеи и верхних конечностей а также венозную кровь от лёгких и бронхов через бронхиальные вены впадающие сначала в v. hemizygos; частично собирает кровь и от стенок брюшной полости за счёт впадения в неё непарной вены.
76294. Артерии и вены сердца 115.84 KB
  A coronaria dextra – между легочным стволом и правым ушком, затем идет по венечной борозде и заходит назад. То есть, в основном, она снабжает правую половину сердца. Отдает r interventricularis posterior – это конечная ветвь, идет по одноименной борозде до самой верхушки, r marginalis dexter – вниз вдоль правого желудочка по краю.
76295. Дуга аорты, грудная часть аорты, их топография, ветви и межсистемные анастомозы 95.09 KB
  Дуга аорты грудная часть аорты их топография ветви и межсистемные анастомозы. Дуга аорты rcus orte расположена между местами отхождения плечеголовного ствола trunсus brchiocephliсus и левой подключичной артерии . На уровне IV грудного позвонка имеется сужение перешеек аорты isthmus orte. Дуга аорты являясь продолжением восходящей части аорты поворачивает влево и назад на уровне тела IV грудного позвонка переходит в нисходящую часть аорты.
76296. Наружная сонная артерия, ее топография, ветви и межсистемные анастомозы 249.62 KB
  Наружная соннаяа ртерия, a.carotis externa, сначала располагается медиальнее от внутренней сонной артерии, затем она постепенно отклоняется кпереди и латерально. Начальный отдел наружной сонной артерии прикрыт грудино-ключично-сосцевидной мышцей, потом она переходит в trigonum caroticum
76297. Артерии лица, из анастомозы 187.52 KB
  Поверхностная височная артерия снабжает кровью околоушную слюнную железу, кожу и мышцы латеральной области лица, височной, теменной и лобной областей волосистой части головы, ушную раковину и наружный слуховой проход. Она анастомозирует с лицевой, затылочной и глазной артериями.
76298. Внутренняя сонная артерия. Ветви, анастомозы 314.76 KB
  Внутренняя сонная артерия. Пройдя сонный канал артерия входит в sinus cvernosus. Пещеристая часть располагается в сонной борозде на боковой поверхности клиновидной кости где артерия проходит через sinus cvernosus твердой мозговой оболочки.
76299. Артерии головного мозга. Артериальный круг мозга 92.47 KB
  Артериальный круг мозга Кровоснабжение головного мозга осуществляется ветвями внутренних сонных артерий позвоночных артерий. communicns posterior зрительный перекрест серый бугор ножки мозга гипоталамус таламус хвостатое ядро. cerebri posterior – формируют сосудистое сплетение бокового и третьего желудочков мозга.
76300. Верхнечелюстная артерия, ее топография, ветви и анастомозы 1.51 MB
  Топография: начинается у шейки нижней челюсти, пронизывает m.pterygoideus lateralis и скрывается в fossa pterygopalatina.