SU789925A1 - Magnetic field intensity measuring method - Google Patents

Description

1one

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в магнитометрии при измерении напр женности слабых посто нных магнитных полей.The invention relates to a measurement technique and can be used in magnetometry in measuring the strength of weak constant magnetic fields.

Известны способы измерени  напр женности посто нного магнитного пол  с промежуточным преобразованием посто нного пол  в переменное, и с последующим измерением последнего. Подобные способы основаны на свойстве ферромагнитного вещества измен ть магнтиную проницаемость под вли нием магнитного пол  l .Methods are known for measuring the intensity of a constant magnetic field with an intermediate conversion of a constant field into an alternating field, and then measuring the latter. Such methods are based on the property of a ferromagnetic substance to change the magnetic permeability under the influence of a magnetic field l.

Изменение напр женности магнитного пол  по данному способу сводитс  к тому, что посто нное магнитное поле концентрируетс  /усиливаетс / в магнитном концентраторе, коэффициент усилени  которого измен етс  благодар  модул ции магнитной проницаемости сердечника за счет пол  возбуждени . В случае, когда напр женность пол  возбуждени  измен етс  по синусоидальному закону, а измер емое посто нное магнитное поле отсутствует, магнитна  проницаемость концентратора измен етс  синхронно с полем возбуждени , причем по причине сим етрии кривойThe change in the magnetic field strength in this method is reduced to the fact that the constant magnetic field is concentrated / amplified / in a magnetic concentrator, the gain factor of which varies due to the modulation of the magnetic permeability of the core due to the excitation field. In the case where the excitation field strength varies sinusoidally and the measured constant magnetic field is absent, the magnetic permeability of the concentrator changes synchronously with the excitation field, and due to the symmetry of the curve

XJ f Н магнитна  проницаемо.сть будет .содержать в своем составе только четные гармоники, а индукци  магнитного пол  - нечетные. Если концентратор помещен в посто нное магнитное поле, действующее одновременно с полем возбуждени , то магнитна  проницаемость концентратора , содержит кроме четных гармоникXJ f H magnetic permeability will contain only even harmonics, and magnetic field induction will be odd. If the concentrator is placed in a constant magnetic field acting simultaneously with the field of excitation, then the magnetic permeability of the concentrator contains, besides even harmonics

10 нечетные. Это вызвано асимметрией воздействи  суммарного магнитного пол . В составе магнитной индукции нар ду с нечетными гармониками будут присутствовать четные и, в основном, втора . Причем в определенном динамическом диапазоне напр женности посто нного магнитногр пол  амплитудцл четных гармоник магнитной индукции пропорциональны напр женности посто нного магнитного пол .10 odd. This is caused by the asymmetry of the effect of the total magnetic field. In the composition of the magnetic induction, along with odd harmonics, even and mainly second will be present. Moreover, in a certain dynamic range of the intensity of a constant magnetic field, the amplitudes of even harmonics of magnetic induction are proportional to the intensity of a constant magnetic field.

Поскольку четные, в частности втора  гармоника м нитной индукции Since even, in particular, the second harmonic of induction

25 по вл ютс  только при воздействии на концентратор посто нного пол , измерени  напр женности магнитного пол  производ т по второй или по сумме четных гармоник магнитной .ин30 ДУкции.25 appears only when a constant field is exposed to a hub, magnetic field strength measurements are made using the second or the sum of even harmonics of magnetic .in30 DDUs.

Недостатком данного способа  вл  етс  нестабильность нул  показаний, вызванна  наличием четных гармоник в источнике пол  возбуждени , ограничивающа  порог чувствительности и точность измерений. Дрейф нул  показаний  вл етс  следствием того, что амплитуды четных гармоник в источнике пол  возбуждени  подвержены временному дрейфу, в то врем , как данные гармоники воспринимаютс  как полезный сигнал.The disadvantage of this method is the instability of zero readings caused by the presence of even harmonics in the source of the excitation field, which limits the sensitivity threshold and the measurement accuracy. The drift of zero readings is a consequence of the fact that the amplitudes of even harmonics in the source of the field of excitation are subject to a time drift, while these harmonics are perceived as a useful signal.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  эа счет устранени  дрейфа нул  показаний.The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy to eliminate drift zero readings.

Поставленна  цель достигаетс  тем что в способе основанном на преобразовании посто нного магнитного пол  в переменное в магнитном концентраторе , проницаемость которого модулируют посредством его подмагничивани  полем возбуждени , первоначально подмагничивают концентратор исходным полем возбуждени , а затем при инверсно-включенном поле возбуждени , а за результат измерени  принимают суммарное значение замеренных уровней четных гармоник магнитной индукции.The goal is achieved by the fact that in the method based on the conversion of a constant magnetic field into an alternating magnetic concentrator, the permeability of which is modulated by its magnetisation by the field of excitation, the concentrator is initially magnetised by the initial field of excitation, and then with an inverted field of excitation, and the total value of the measured levels of even harmonics of magnetic induction.

На чертеже приведены векторные диаграммы составл ющих индукции магнитного пол .The drawing shows the vector diagrams of the components of the magnetic field induction.

В дальнейшем при описании сущност изобретени  ограничимс  детальным рассмотрением пол  возбуждени  в составе н-апр женности которого присутствуют только перва  и втора  гармоники. Выводы, сделанные дл  этого частного случа  пол  возбуждени  затем распространим на общий случай, т.е. когда в сотаве напр женности пол  возбуждени  нар ду с первой и второй гармониками присутствуют четные гармоники высшего пор . дка.Hereinafter, the description of the invention is limited by a detailed consideration of the field of excitation in the composition of which there are only the first and second harmonics. The conclusions made for this particular case of the field of excitation will then be extended to the general case, i.e. when in the sotawa tension of the excitation field, even harmonics of higher pores are present along with the first and second harmonics. dca.

При одновременном воздействии на концентартор посто нного магнитного пол  и переменного пол  возбуждени , имеющего в своем составе первую и вторую гармонику, индукци  магнитного пол  содержит следующие составл ющие: полезный сигнал, измен ющийс  с удвоенной частотой первой гармоники напр женности пол  возбуждени . Амплитуда этого сигнала при неизменной амплитуде первой гар{лоники пол  возбуждени  пропорциональна напр женности посто нного магнитного пол , а его фаза определ етс  полностью фазой первой гармоники пол  возбуждени  и направлением измер емого посто нного магнит ного пол . Изменение фазы первой гармоники пол  возбуждени  на угол . М / приводит к измененио фазы полезного сигнала на угол Ч, 2 Ч , так как полезный сигнал измен етс  синхронно с удвоенной частотой первой гармоники. Изменение знакаWhile simultaneously acting on a concentrator of a constant magnetic field and an alternating field of excitation, having in its composition the first and second harmonics, the induction of the magnetic field contains the following components: a useful signal varying with the double frequency of the first harmonic of the excitation field intensity. The amplitude of this signal with a constant amplitude of the first harmonic of the field of excitation is proportional to the intensity of a constant magnetic field, and its phase is determined entirely by the phase of the first harmonic of the field of excitation and the direction of the measured constant magnetic field. The change in the phase of the first harmonic field excitation angle. M / leads to a change in the phase of the useful signal by an angle Ч, 2 Ч, since the useful signal changes synchronously with the double frequency of the first harmonic. Change sign

направлени  измер емого посто нного магнитного пол  приводит к сдвигу фазы полезного сигнала на 180° паразитный сигнал, также измен ющийс . с удвоенной частотой первой гармоники напр женности пол  возбуждени . Ам литyдa зтого сигнала пропорциональна амплитуде второй гармоники пол  возбуждени , а Фаза паразитного сигнала полностью опередл етс  фазой второй гармоники. Поскольку частота паразитного сигнала равна чатоте второй гармоники пол  возбуждени  и эти сигналы измен ютс  во времени синхронно, то сдвиг фазы второй гармоники пол  возбуждени -на угол Ч ,the direction of the measured constant magnetic field leads to a phase shift of the useful signal by 180 °, the parasitic signal also changing. with the doubled frequency of the first harmonic of the excitation field. The amplitude of this signal is proportional to the amplitude of the second harmonic of the field of excitation, and the phase of the parasitic signal is completely determined by the phase of the second harmonic. Since the frequency of the spurious signal is equal to the second harmonic field of the excitation field, and these signals vary in time synchronously, the phase shift of the second harmonic of the excitation field is at an angle H,

5приведет к такому же свдигу фазы паразитного сигнала 2 Ч-f 5 will lead to the same svdigu phase of the parasitic signal 2 ch-f

Угол сдвига фазы полезного и паразитного сигналов может быть в пределах от О до 360 , так как он обусловлен начальным сдвигом фаз между первой и второй гармониками пол  возбуждени  и различием эффектов, которые участвуют в по влении этих сигналов.The phase angle of the useful and parasitic signals can be in the range from 0 to 360, since it is caused by the initial phase shift between the first and second harmonics of the excitation field and the difference in effects that are involved in the appearance of these signals.

Рассмотрим векторные диаграммы полезного и паразитного сигналов. На черетеже слева изображена векторна  диаграмма, соответствующа  исходному полю возбуждени , справа диаграмма , соответствующа  инверсно-вклю ченному полю возбуждени , т.е. полю, спектральные составл ющие котроогоConsider the vector diagram of the useful and parasitic signals. The figure on the left shows the vector diagram corresponding to the initial field of excitation, on the right the diagram corresponding to the inversion-switched on field of excitation, i.e. field, the spectral components of which

I. . . 1Л .,. - л О Г1 О m I. . 1L.,. - l O G1 O m

имеют сдвиг фаз % равный 180 относительно составл ющих в исходном поле.have a phase shift of% equal to 180 relative to the components in the original field.

Векторные диаграммы составл ющих напр женности пол  возбуждени  и индукции магнитного пол  разнесены по вертикали.Обозначени  векторов: 0 Н Н„ - перва  и втора  гармоникиThe vector diagrams of the components of the excitation field intensity and the magnetic field induction are separated vertically. Vector notation: 0 Н Н Н - first and second harmonics

напр женности исходного пол  позбуждени ;the intensity of the original excitation field;

н н и n and

перва  и втора  гармоники напр женности инверсно-вклю5 ченного пол  возбуждени . В (+ ) полезный и паразитныйthe first and second harmonics of the intensity of the inversely switched on excitation field. B (+) useful and parasitic

сигналы при исходном ,поле возбуждени  соотзетственно jsignals at the initial, excitation field according to j

() полезный и паразитный сигналы при инверсновключенном поле возбуждени  соответственно ;() useful and spurious signals with an inversely activated field, respectively;

- суммарный вектор индукции- total induction vector

при исходном поле возбуждени , with the original field of excitation,

В суммарный вектор индукцииIn total induction vector

при инверсно-включенном поле возбуждени . with inverted field excitation.

В соответствии с изложенным на диаграммепри исходном поле возбуждени , вектор полезного сигнала сдвинут в пространстве относительно паразитного сигнала на произвольно выбранный угол %. Результат измерени  напр женности измер емогоIn accordance with the diagram in the initial field of excitation, the vector of the useful signal is shifted in space relative to the parasitic signal by an arbitrarily selected angle%. The result of measuring the intensity of the measured

Claims (1)

Формула изобретенияClaim Способ измерения напряженностиThe method of measuring tension 20 постоянного магнитного поля путем его преобразования в перменное в магнитном концентраторе, магнитную проницаемость которого модулируют посредством его подмагничивания20 of a constant magnetic field by converting it to a variable in a magnetic concentrator, the magnetic permeability of which is modulated by means of its magnetization 25 полем возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительнсоти и точности, первоначально подмагничивают концентратор исходным полем возбуждения, а затем при инверсно-включенном поле возбуждения, а за результат измерения принимают суммарное значение замеренных уровней четных гармоник магнитной индукции.25 excitation field, characterized in that, in order to increase the sensitivity and accuracy, the concentrator is initially magnetized with the initial excitation field, and then with the inverted excitation field, and the total value of the measured levels of even harmonics of the magnetic induction is taken as the measurement result.