RU2564383C1 - Variable magnetic field sensor - Google Patents
Variable magnetic field sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2564383C1 RU2564383C1 RU2014116175/28A RU2014116175A RU2564383C1 RU 2564383 C1 RU2564383 C1 RU 2564383C1 RU 2014116175/28 A RU2014116175/28 A RU 2014116175/28A RU 2014116175 A RU2014116175 A RU 2014116175A RU 2564383 C1 RU2564383 C1 RU 2564383C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- conductor
- magnetic field
- control conductor
- magnetosensitive
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области приборостроения, в частности к датчикам и преобразователям физических величин, и может быть использовано в приборах контроля и измерения переменного магнитного поля.The invention relates to the field of instrumentation, in particular to sensors and converters of physical quantities, and can be used in instruments for monitoring and measuring an alternating magnetic field.
Известна конструкция датчика, содержащего, по меньшей мере, один контур (петлю) из сверхпроводящего материала и расположенного рядом магниторезистивного элемента (Патент на изобретение США №8405390, G01R 33/05, G01R 33/02, опубл. 26.03.2013 г.). Устройство содержит также нагревательный элемент.A known design of the sensor, containing at least one circuit (loop) of a superconducting material and adjacent magnetoresistive element (US patent No. 8405390, G01R 33/05, G01R 33/02, publ. 03/26/2013). The device also contains a heating element.
Получению требуемого технического результата препятствует необходимость выполнения контура их сверхпроводящего материала и использование нагревательного элемента.Obtaining the desired technical result is hindered by the need to perform a circuit of their superconducting material and the use of a heating element.
Известно устройство для измерения магнитного поля по заявке США №20060226827, G01R 15/18, опубл. 12.10.2006 г. Указанное устройство является наиболее близким к заявляемому изобретению. С существенными признаками заявляемого изобретения совпадают следующие признаки: наличие, по меньшей мере, одного магниточувствительного датчика, управляющий проводник которого подключен своими концами к внешнему проводнику с образованием замкнутого контура, причем в магниточувствительном датчике магниточувствительный элемент и управляющий проводник разделены изоляционным слоем.A device for measuring a magnetic field is known according to the application of US No. 20060226827, G01R 15/18, publ. 10/12/2006, The specified device is the closest to the claimed invention. The following features coincide with the essential features of the claimed invention: the presence of at least one magnetosensitive sensor, the control conductor of which is connected at its ends to an external conductor with the formation of a closed loop, and in the magnetosensitive sensor, the magnetosensitive element and the control conductor are separated by an insulating layer.
Получению требуемого технического результата препятствуют ограничение площади замкнутого контура, определяющего чувствительность устройства; пониженная помехозащищенность устройства к электрическим наводкам; ограниченные функциональные возможности по проведению измерений во время перемещения устройства, т.к. изменения индукции приводят к искажению принятого сигнала за счет мультипликативных преобразований в магниточувствительном датчике.Obtaining the required technical result is hindered by limiting the area of the closed loop, which determines the sensitivity of the device; reduced noise immunity of the device to electrical interference; limited functionality for taking measurements while moving the device, as changes in induction lead to distortion of the received signal due to multiplicative transformations in the magnetically sensitive sensor.
Задачей изобретения является создание магниторезистивного датчика измерения переменного магнитного поля.The objective of the invention is to provide a magnetoresistive sensor for measuring an alternating magnetic field.
Технический результат заключается в обеспечении:The technical result is to ensure:
- стабильности измерения переменного магнитного поля при перемещении самого датчика в постоянных и низкочастотных магнитных полях Земли, окружающих намагниченных предметов и электромагнитных источников;- the stability of the measurement of an alternating magnetic field when moving the sensor itself in the constant and low-frequency magnetic fields of the Earth, surrounding magnetized objects and electromagnetic sources;
- повышения помехозащищенности датчика от электрических помех (например, электропотенциалов высокого уровня);- increase the noise immunity of the sensor from electrical noise (for example, high-level electric potentials);
- повышения чувствительности датчика;- increase the sensitivity of the sensor;
- возможности перестройки по частоте принимаемого узкополосного переменного магнитного сигнала.- the possibility of tuning the frequency of the received narrowband alternating magnetic signal.
Для достижения вышеуказанного технического результата датчик переменного магнитного поля содержит, по меньшей мере, один магниточувствительный датчик, в котором магниточувствительный элемент отделен от управляющего проводника изоляционным слоем, а управляющий проводник подключен своими концами к внешнему проводнику с образованием замкнутого контура, который заземлен, магниточувствительный датчик размещен внутри оболочки из магнитомягкого материала с изоляцией от нее диэлектрическим слоем.To achieve the above technical result, the variable magnetic field sensor contains at least one magnetically sensitive sensor, in which the magnetically sensitive element is separated from the control conductor by an insulating layer, and the control conductor is connected at its ends to an external conductor with the formation of a closed loop that is grounded, the magnetosensitive sensor is placed inside the shell of soft magnetic material with insulation from it with a dielectric layer.
В частных случаях выполнения изобретения замкнутый контур, образованный управляющим проводником магниточувствительного датчика, соединенного своими концами с внешним проводником, заземлен в точке, расположенной на половине своей длины.In particular cases of the invention, a closed loop formed by the control conductor of a magnetically sensitive sensor connected at its ends to an external conductor is grounded at a point located half its length.
В частных случаях выполнения изобретения внешний проводник выполнен с сужением в местах подключения к управляющему проводнику магниточувствительного датчика.In particular cases of the invention, the outer conductor is made narrowing at the points of connection of the magnetically sensitive sensor to the control conductor.
В частных случаях выполнения изобретения толщина изоляционного слоя между управляющим проводником и магниточувствительным элементом более чем в два раза меньше, чем толщина диэлектрического слоя между управляющим проводником и оболочкой.In particular cases of the invention, the thickness of the insulating layer between the control conductor and the magnetically sensitive element is more than two times less than the thickness of the dielectric layer between the control conductor and the sheath.
В частных случаях выполнения изобретения внутри замкнутого контура размещен концентратор магнитного поля с размещенной на нем многовитковой катушкой, соединенной с переменным конденсатором.In particular cases of the invention, a magnetic field concentrator is placed inside a closed loop with a multi-turn coil placed on it, connected to a variable capacitor.
В частных случаях выполнения изобретения концентратор магнитного поля выполнен в виде ферритового стержня.In particular cases of the invention, the magnetic field concentrator is made in the form of a ferrite rod.
В частных случаях выполнения изобретения концентратор магнитного поля выполнен пленочным.In particular cases of the invention, the magnetic field concentrator is made of film.
В частных случаях выполнения изобретения концентратор магнитного поля выполнен с сужением, расположенным в месте размещения в замкнутом контуре.In particular cases of the invention, the magnetic field concentrator is made with a constriction located at a location in a closed loop.
От наиболее близкого аналога предлагаемое изобретение отличается следующими признаками: заземлением контура, образованного внешним и подключенным к нему управляющим проводником, и размещением магниточувствительного датчика внутри оболочки из магнитомягкого материала с изоляцией от нее диэлектрическим материалом.The present invention differs from the closest analogue by the following features: grounding of the circuit formed by the external and connected to it by the control conductor, and the placement of the magnetosensitive sensor inside the shell of magnetically soft material with insulation from it with a dielectric material.
Между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь.Between the totality of essential features and the achieved technical result, there is a causal relationship.
Электрическое «заземление» замкнутого контура закорачивает паразитные токи, возбуждаемые наведенными электрическими потенциалами, что исключает их протекание через участок замкнутого контура - проводник управления магниточувствительного датчика, и тем самым исключает регистрацию им помехового сигнала.The electrical “grounding” of the closed loop shorts the stray currents excited by the induced electric potentials, which excludes their flow through the closed loop section, the control conductor of the magnetically sensitive sensor, and thereby excludes the registration of an interference signal.
Размещение магниточувствительного датчика внутри оболочки из магнитомягкого материала с изоляцией от нее диэлектрическим слоем экранирует датчик от регистрации непосредственно магниточувствительным элементом внешних постоянных и переменных полей. Регистрируется магнитное поле только от тока, протекающего через управляющий проводник. Для исключения гальванических замыканий в управляющем проводнике и магниточувствительном элементе проводящим материалом магнитномягкой оболочки, между ней и магниточувствительным датчиком расположены изоляционные слои из диэлектрического материала.Placing the magnetosensitive sensor inside the shell of magnetically soft material with insulation from it with a dielectric layer shields the sensor from registering directly the magnetically sensitive element of external constant and variable fields. The magnetic field is recorded only from the current flowing through the control conductor. To eliminate galvanic short circuits in the control conductor and the magnetically sensitive element by the conductive material of the soft magnetic shell, insulating layers of dielectric material are located between it and the magnetically sensitive sensor.
Электрическое «заземление» замкнутого контура, по существу, представляет собой гальваническую связь выбранного участка замкнутого контура с магнитной оболочкой магниточувствительного датчика и одним из его выводов, имеющих нулевой потенциал.The electrical "grounding" of the closed loop, in essence, is a galvanic connection of a selected portion of the closed loop with the magnetic shell of the magnetically sensitive sensor and one of its terminals having zero potential.
Размещение ферромагнитного концентратора внутри замкнутого контура приводит к увеличению (концентрации) переменного магнитного потока, проходящего через замкнутый контур. Поток еще больше концентрируется в сужении концентратора, что приводит к повышенному уровню возбуждения переменного тока в замкнутом контуре. Размещение на концентраторе многовитковой катушки, соединенной с переменным конденсатором (резонансного контура) позволяет настраиваться на частоту принимаемого сигнала переменного магнитного поля.Placing a ferromagnetic concentrator inside a closed loop results in an increase (concentration) of the alternating magnetic flux passing through the closed loop. The flow is even more concentrated in the narrowing of the hub, which leads to an increased level of excitation of alternating current in a closed loop. Placing a multi-turn coil connected to a variable capacitor (resonant circuit) on the hub allows you to tune to the frequency of the received signal of an alternating magnetic field.
Изобретение поясняется чертежом, гдеThe invention is illustrated in the drawing, where
на фиг. 1 представлена схема датчика переменного магнитного поля;in FIG. 1 is a diagram of a variable magnetic field sensor;
на фиг. 2 представлена схема (разрез) размещения магниточувствительного элемента с управляющим проводником внутри оболочки.in FIG. 2 shows a diagram (section) of the arrangement of a magnetically sensitive element with a control conductor inside the shell.
Датчик переменного магнитного поля содержит, по меньшей мере, один магниточувствительный датчик 1, управляющий проводник 2 которого подключен своими концами к внешнему проводнику 3 с образованием замкнутого контура 4. Замкнутый контур 4, образованный управляющим проводником 2 и подключенный к нему внешним проводником 3, имеет «заземление» в точке 5. В магниточувствительном датчике 1 (фиг. 2) магниточувствительный элемент 6 и управляющий проводник 2 разделены изолирующим слоем 7. Магниточувствительный датчик 1 размещен внутри оболочки из магнитомягкого материала 8 с изоляцией от нее диэлектрическим слоем 9.The variable magnetic field sensor contains at least one magnetically sensitive sensor 1, the
Толщина изоляционного слоя 7 между управляющим проводником и магниточувствительным элементом более чем в два раза меньше, чем толщина диэлектрического слоя 9 между управляющим проводником и оболочкой.The thickness of the
Замкнутый контур, образованный управляющим проводником магниточувствительного датчика 2, соединенным своими концами с внешним проводником 3, имеет «заземление» 5, представляющее собой гальваническое соединение с помощью, например, проводника, участка на внешнем проводнике 3, оболочки из магнитомягкого материала 8 и электрического вывода магниточувствительного элемента датчика 1, имеющего нулевой электрический потенциал.The closed loop formed by the control conductor of the
Внутри замкнутого контура может быть размещен концентратор магнитного поля 10, который имеет сужение 11 в области пролегания внешнего проводника 3. На концентраторе 10 размещена многовитковая катушка 12, соединенная с переменным конденсатором 13.Inside the closed loop, a magnetic field concentrator 10 can be placed, which has a narrowing 11 in the region of the outer conductor 3. The multi-turn coil 12 is placed on the hub 10, connected to a variable capacitor 13.
Концентратор магнитного поля 10 может быть выполнен в виде ферритового стержня или пленочным.The magnetic field concentrator 10 may be made in the form of a ferrite rod or film.
Внешний проводник 3 может быть выполнен с сужением в местах подключения к управляющему проводнику 2 магниточувствительного датчика 1.The external conductor 3 can be made narrowing at the points of connection to the
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
При изменении во времени магнитного потока, пронизывающего контур, образованный управляющим проводником магниточувствительного датчика 2, соединенным своими концами с внешним проводником 3, в указанном контуре возникает электрический кольцевой ток. Переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. Если в переменном магнитном поле находится замкнутый проводник, то вихревое электрическое поле приводит в движение заряженные частицы этого проводника - так возникает индукционный ток. Индукционный ток возбуждается в замкнутом контуре по правилу Ленца и всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток. Заземление при данных условиях не оказывает воздействия на работу датчика. При использовании в датчике концентратора сигнал от переменного магнитного поля концентрируется (усиливается), во-первых, в концентраторе магнитного поля 10 и, во-вторых, в его суженом участке 11. Посредством колебательного контура, состоящего из катушки 12 и перестраиваемого конденсатора 13, проводится резонансная настройка на частоту колебаний переменного магнитного сигнала. В результате, в данном колебательном контуре возбуждается переменный ток, который благодаря концентратору 10 трансформируется во внешний проводник 3 и управляющий проводник 2. Данный ток, благодаря соотношению витков катушки 12 и внешнего проводника 3, а также сужению 11, усиливается и регистрируется, благодаря возникающему вокруг управляющего проводника 2 магнитному полю. При этом указанное магнитное поле проходит без потерь через изолирующий слой 7.When the magnetic flux penetrating the circuit formed by the control conductor of the
При воздействии на датчик переменных электрических полей в отсутствии переменных магнитных полей в контуре, образованном управляющим проводником магниточувствительного датчика 2, соединенным своими концами с внешним проводником 3, кольцевой ток отсутствует. В этом случае контур можно рассматривать как проводник, помещенный в переменное электрическое поле, в котором возникает электростатическая индукция, что вызывает перераспределение заряда на поверхности внешнего проводника 3. При этом наличие заземления, расположенного на половине длины внешнего проводника 3, приводит к тому, что электрические заряды движутся в сторону заземления по линиям внешнего контура 3 от места соединения управляющего проводника 2 с внешним контуром 3 к точке заземления 5, аналогично протеканию зарядов в молниеотводов. Таким образом, заземление предотвращает протекание токов через управляющий проводник 2 магниторезистивного датчика 1 и их регистрацию.When exposed to alternating electric fields in the sensor in the absence of alternating magnetic fields in the circuit formed by the control conductor of the magnetically
При воздействии на датчик одновременно переменного магнитного и переменного электрического полей через управляющий проводник 2 проходят индукционные токи, а токи, возникающие от электростатической индукции, не влияют на токи, протекающие в управляющем проводнике. Токи, возникающие в управляющем проводнике 2 регистрируются магниточувствительным элементом.When the sensor is exposed to both alternating magnetic and alternating electric fields, induction currents pass through the
Датчик может быть изготовлен путем использования планарной технологии на стандартном оборудовании.The sensor can be manufactured using planar technology on standard equipment.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014116175/28A RU2564383C1 (en) | 2014-04-23 | 2014-04-23 | Variable magnetic field sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014116175/28A RU2564383C1 (en) | 2014-04-23 | 2014-04-23 | Variable magnetic field sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2564383C1 true RU2564383C1 (en) | 2015-09-27 |
Family
ID=54251077
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014116175/28A RU2564383C1 (en) | 2014-04-23 | 2014-04-23 | Variable magnetic field sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2564383C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2630716C2 (en) * | 2015-08-11 | 2017-09-12 | Федеральное государственное казенное учреждение "Войсковая часть 35533" | Combined magnetoresistive sensor |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060226827A1 (en) * | 2003-01-31 | 2006-10-12 | Myriam Pannetier | Device for sensing rf field |
US8405390B2 (en) * | 2007-06-27 | 2013-03-26 | Myriam Pannetier-Lecoeur | Device based on a magneto-resistive mixed sensor without low frequency noise and associated method |
-
2014
- 2014-04-23 RU RU2014116175/28A patent/RU2564383C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060226827A1 (en) * | 2003-01-31 | 2006-10-12 | Myriam Pannetier | Device for sensing rf field |
US8405390B2 (en) * | 2007-06-27 | 2013-03-26 | Myriam Pannetier-Lecoeur | Device based on a magneto-resistive mixed sensor without low frequency noise and associated method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2630716C2 (en) * | 2015-08-11 | 2017-09-12 | Федеральное государственное казенное учреждение "Войсковая часть 35533" | Combined magnetoresistive sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gudoshnikov et al. | Highly sensitive magnetometer based on the off‐diagonal GMI effect in Co‐rich glass‐coated microwire | |
Dufay et al. | Development of a high sensitivity giant magneto-impedance magnetometer: Comparison with a commercial flux-gate | |
KR101180237B1 (en) | The live line electroscope which uses the magnetic field | |
US10545177B2 (en) | Non-contact sensor based Rogowski coil | |
RU163174U1 (en) | SMALL HIGH FREQUENCY MAGNETOMETER | |
EA201991859A1 (en) | CONFIGURATION OF SENSORS IN A MAGNET METER FOR MEDICAL PURPOSE | |
RU2735380C1 (en) | Inductive sensor | |
RU2564383C1 (en) | Variable magnetic field sensor | |
WO2011149413A1 (en) | Coil comprising a winding comprising a multi-axial cable | |
US20140055131A1 (en) | Magnetic field sensor | |
AU2014274554B2 (en) | Techniques for co-sitting a metal detector with another detector | |
US20140002069A1 (en) | Eddy current probe | |
RU175142U1 (en) | DEVICE FOR STUDYING ELECTROMAGNETIC FIELD | |
RU72788U1 (en) | MAGNETIC FIELD MEASUREMENT DEVICE | |
RU2630716C2 (en) | Combined magnetoresistive sensor | |
KR101456986B1 (en) | Inductive Shunt Type Microwave Pulse Current Sensor | |
RU2797293C1 (en) | Device for measuring current, voltage in the transmission line | |
RU2483332C1 (en) | Device to measure components of current density vector in conducting media | |
KR102656037B1 (en) | Magnetic-field detecting apparatus | |
Coillot et al. | Magnetic noise contribution of the ferromagnetic core of induction magnetometers | |
RU168302U1 (en) | Broadband Thermostable Magnetic Field Induction Meter | |
RU2075757C1 (en) | Sensor of induced magnetic fields (variants) | |
RU2298802C2 (en) | Transformer | |
RU2015107806A (en) | METHOD FOR INDUCTION LOGGING FROM CASED WELLS AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
Bhattacharya et al. | Design and fabrication of few devices for dynamic measurement of magneto-electric effect |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160424 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20170821 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |