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

77131. Вклад Петра Самсоновича Коссовича в развитие почвоведения 1.15 MB
  Петр Самсонович Коссович родился в Белоруссии в г. Горки 16 сентября 1862 года. Рос он в очень образованной и агрономической семье. Его отец, Самсон Семенович, был агрономом и занимал должность директора Московской земледельческой школы, был председателем Общества агроном...
77132. Інститут контрасигнації 90 KB
  Наприклад акти міністерства освіти країни повинні відповідати не лише закону про освіту але й нормативним документам президента уряду міністерства фінансів країни. Підзаконні нормативні акти що містять первинні вихідні норми які встановлюють загальні основи правового регулювання...
77133. СОВЕТСКОЕ ИСКУССТВО 1917–1920 ГОДА 137.5 KB
  Достаточно вспомнить что в 20е годы ХХ века ожили передвижнические традиции: художественная жизнь страны требовала искусства остросоциального и понятного самым широким не подготовленным эстетически массам.
77134. ИСКУССТВО 30-Х ГОДОВ 122.5 KB
  Жанр портрета должен был оставаться одним из ведущих поскольку реалистическое искусство всегда и прежде всего исследование человека его души его психологии. Конечно одна и та же тема может быть развита и раскрыта по-разному как в картинах Петрова-Водкина и Дейнеки пейзажах Рылова...
77136. ИСКУССТВО В 1941-1945 ГОДАХ 120.5 KB
  В течение войны было организовано много выставок среди них две всесоюзные Великая Отечественная война Героический фронт и тыл и 12 республиканских. В первые два года войны плакат имел драматическое даже трагическое звучание.
77137. ИСКУССТВО СЕРЕДИНЫ 40-Х КОНЦА 50-Х ГОДОВ 141.5 KB
  Художественная жизнь в эти годы необычайно активна. Местные передвижные, городские, республиканские, межреспубликанские выставки перемежаются со всесоюзными, обычно приуроченными к знаменательным датам. Например, в 1947 году всесоюзная выставка проходила в залах Третьяковской галереи.
77138. ИСКУССТВО РОСИИ 1960-Х ГОДОВ 160 KB
  На рубеже 50-60-х годов активизируется художественная жизнь страны. В 1957 году состоялся Первый Всесоюзный съезд советских художников, собравший делегатов от более чем 7000 художников и искусствоведов, на котором были подведены итоги прошедшего и определены...
77139. ИСКУССТВО РОССИИ 70 – 80-Х ГОДОВ 119 KB
  Конечно, каждое новое поколение отличается от предыдущего, и те, кто вступил на стезю искусства в 70-80-е годы, работают и видят мир иначе, чем те, кто, скажем, менял лицо советского искусства в 60-е.