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

31 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

11190. Закон сохранения момента импульса. Работа и кинетическая энергия при вращательном движении 230 KB
  Закон сохранения момента импульса. Закон сохранения момента импульса. Гироскоп. Работа и кинетическая энергия при вращательном движении. Закон сохранения момента импульса. Согласно основному уравнению дина...
11191. Элементы механики жидкостей. 311.5 KB
  Лекция 6. Элементы механики жидкостей. План лекции Давление в жидкости и газе. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли. Вязкость внутреннее трение. Ламинарный и турбулентный режимы течения жидкостей. Давление в жидкости и газе. Молекул
11192. Управление брендом в сфере высшего образования 2.02 MB
  Проанализировать основные тенденции на рынке высшего образования, с целью выявления тех аспектов, на которых может строиться бренд вуза; Проанализировать существующую брендовую политику НИУ ВШЭ – Нижний Новгород и выявить проблемные зоны; Провести конкурентный анализ брендовой политики вузов в Нижнем
11193. Формирование системы продвижения турпродукта дестинации оздоровительного туризма (на примере турфирмы ООО «Ривьера-Сочи») 1.36 MB
  Анализ теоретических данных о механизмах, методах и элементах системы продвижения туристского продукта; исследование тенденций туристского онлайн- рынка; оценка web-сайта предприятия туристской индустрии с точки зрения системы продвижения турпродукта; анализ системы продвижения компании «Ривьера-Сочи»; создание предложения по продвижению туристского продукта дестинации оздоровительного;
11194. Система местного самоуправления в Республике Беларусь 537.5 KB
  Данное пособие включает в себя теоретическую часть, в которой рассматриваются проблемные вопросы местного самоуправления, и эмпирическую, в которой изучаются основные направления практической деятельности органов местного самоуправления посткоммунистических и западных стран. Основное место в пособии отводится изучению теории и практике местного самоуправления в современной Беларуси.
11195. Система доказательства трудового стажа 132 KB
  Подтверждение трудового стажа является насущной проблемой большинства россиян. В жизни случается множество таких ситуаций, когда подтвердить трудовой стаж бывает очень затруднительно. Например, трудовая книжка утеряна. Такое обстоятельство влечет за собой неприятности, например, назначение пенсии меньшей, чем та, на какую граждане правомерно рассчитывали.
11196. Основы термодинамики. Применение І закона термодинамики и изопроцессам 364.5 KB
  Лекция 11 Основы термодинамики. План лекции Применение закона термодинамики и изопроцессам. Адиабатный процесс. Тепловые двигатели их КПД. Цикл Карно. Понятие об энтропии. Второе начало термодинамики. Применение  закона термодинамики и изоп...
11197. Электростатическое поле. Теорема Гаусса для потока вектора и ее применение для расчета полей протяженных зарядов в вакууме 501.5 KB
  Электростатическое поле План лекции Электрические заряды их свойства и классификация. Закон Кулона. Напряженность электростатического поля. Принцип суперпозиции электрических полей. Поток вектора. Теорема Гаусса для потока вектора...
11198. Рекомендательная система на основе узорных структур 223.61 KB
  Программа, которая обрабатывает начальные данные и преобразовывает их в глобальные матрицы, с которыми работают все остальные программы. Программа, которая запускает методы с различными параметрами и сравнивает полученные результаты в терминах точности и полноты. Программа, реализующая алгоритм рекомендаций на основе узорных структур. Программа, которая реализовывала алгоритм Slope One. программа для вычисления точности и полноты.