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

34 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

4242. Основи етики та естетики. Курс лекцій 116.5 KB
  Предмет етики. Особливості функціонування моралі Предмет етики. Етика, мораль і моральність. Сутність та походження моралі. Особливості функціонування моралі. Етичні категорії. Основні етичні проблеми сучасності. Предмет естетики. Основні категорії...
4243. Комплексный подход к управлению производительностью (эффективностью) производства 83 KB
  Комплексный подход к управлению производительностью (эффективностью) производства Комплексный (системный ) подход к производительности и эффективности производства. Влияние факторов внешней среды на производительность. Влияние внутренних переменных ...
4244. Трансгрессии. Влияние одного гена на проявление ряда других генов 246 KB
  Трансгрессии Сущность явления состоит в том, что при скрещивании при анализе наследования количественного признака (например, окраски эндосперма) у потомков он оказывается более или менее выраженным, чем родительские формы. Например, при скре...
4245. Управление качеством. Сущность управления качеством 90 KB
  Управление качеством. Сущность управления качеством Объективные предпосылки изменения отношения к качеству и эволюция управления качеством. Экономические категории и затратный механизм качества. Качество как фактор конкурентоспособности. Проце...
4246. Аудит як форма фінансового контролю та складова адміністративно-правової інфраструктури детінізації економічних відносин в Україні 1.15 MB
  Аудит як форма фінансового контролю та складова адміністративно-правової інфраструктури детінізації економічних відносин в Україні Актуальність теми дослідження. Трансформаційний стан економічних відносин в Україні характеризується рядом кільк...
4247. Функції. Багатовимірні масиви 30.63 KB
  Тема: Функції. Багатовимірні масиви. Мета: навчитись проводити обробку багатовимірних масивів та рядків мовою програмування С. Завдання Написати функцію, що повертає номер матриці тривимірного масиву, яка містить найбільший елемент. Програма...
4248. Функції. Багатовимірні масиви. Обробка двовимірних масивів 102.75 KB
  Функції. Багатовимірні масиви. Обробка двовимірних масивів. Мета: навчитись проводити обробку одновимірних масивів та рядків мовою програмування С. Завдання Дано матрицю 9х9. Зробити її дзеркальне відображення відносно головної діагоналі. Програма...
4249. Статичні одновимірні масиви. Оператори роботи з рядками. Обробка одновимірних масивів та рядків 414.18 KB
  Оператори роботи з рядками. Обробка одновимірних масивів та рядків. Мета: навчитись проводити обробку одновимірних масивів та рядків мовою програмування С. Завдання 1. Задано рядок. Перевірити чи він складається із підряд...
4250. Статичні одновимірні масиви. Оператори роботи з рядками. Обробка одновимірних масивів та рядків. Практична робота 141.61 KB
  Статичні одновимірні масиви. Оператори роботи з рядками. Обробка одновимірних масивів та рядків. Мета: навчитись проводити обробку одновимірних масивів та рядків мовою програмування С. Завдання 1. Задано цілочисельний масив розміру N. Назвемо серією...