«2

Piic. 8-51

риал сердечников работает в режиме, соответствующем рис. 8-48, в. Магнитная проницаемость обоих сердечников изменяется одинаково и, как видно из рис. 8-48, в, два раза за период возрастает до максимального значения.

Если феррозонд поместить в постоянное магнитное поле с индукцией B.V, то условно можно считать, что в это поле дважды за период

вносится концентратор по-А ля и возникающие импуль-

сы индукции наводят ЭДС

в измерительной обмотке.

На рис. 8-52 показаны кривые, поясняющие работу четногармонического феррозонда. Из рисунка видно, что ,1д периодически изменяется от максимального (при im < Я„ас) ДО

минимального (при Нуп > > „ас) значения. Проницаемость сердечников меняется с удвоенной частотой, в результате чего в измерительной обмотке возникает ЭДС удвоенной частоты, пропорциональная индукции Вх и скорости изменения р.. При изменении полярности Вх выходная ЭДС изменяет фазу на 180°.

Обычно в качестве информативного параметра используется амплитуда второй гармоники выходной ЭДС.

Наиболее широкое применение получили феррозонды с продольным возбуждением с разомкнутой (рис. 8-51, а) или замкнутой (рис. 8-51, б) магнитной

цепью. tini,i>2.B

На рис. 8-53 показана структурная схема измерительной цепи феррозон-дового тесламетра. Феррозонд ФЗ питается от генератора переменного тока Г с частотой / = 500 -т- 5000 Гц. Для снижения уровня четных гармонике токе возбуждения между генератором и феррозондом включен фильтр нижних частот Ф, имеющий наибольшее затухание на частоте второй гармоники. Для выделения сигнала второй гармоники используется избирательный усилитель Ус, настроенный на частоту 2/, и фазочувствительный выпрямитель ФЧВ, на выходе которого включен показывающий или регистрирующий прибор. В тесламетрах на низкие пределы измерения (10 нТл) коэффициент

Рнс. 8-52

усиления по второй гармонике составляет 10**, а ослабление первой и третьей гармоник в избирательном усилителе должно быть не менее 60 дБ. Для расширения диапазона измерений и улучшения метрологических характеристик (уменьшение нелинейности и инерционности и др.) в тесламетре используется цепь обратной связи, сигнал с которой подается на обмотку обратной связи феррозонда и создает магнитное поле с индукцией В, компенсирующее измеряемое.

Основной проблемой при построении высокочувствительных тесла-метров является снижение наводок и шума. Для этой цели применяются хорошо защищенные от наводок измерительные цепи, обладающие высокой избирательностью, датчики "- феррозондов специальным образом симметри-рукугся, чтобы исключить ЭДС взаимоиндуктивности между первичной и вторичной обмотками. Источниками шумов феррозондов являются несимметрия петли ги- Рис. 8-53 стерезиса и магнитный

шум Баркгаузена (см. § 8-1 и 8-12). Феррозонд представляет собой один из наиболее чувствительных магнитоизмерительных преобразователей. Нижний предел измерения в лучших преобразователях составляет 0,05--0,1 нТл. Верхний предел измерения ограничен нарушением линейности функции преобразования и обычно не превышает 5-10"* Тл. Для измерений более сильных полей применяется метод уравновешивания, при котором феррозонд используется в качестве преобразователя неравновесия.

Феррозонды применяются для измерения магнитной индукции слабых постоянных и медленно изменяющихся (с частотой не более 100 Гц) магнитных полей, для измерения углов между какими-либо осями объекта и вектором магнитной индукции, для обнаружения ферромагнитных объектов, для измерения магнитной восприимчивости и магнитного момента слабомагнитных веществ. Благодаря высокой чувствительности, простоте конструкции, малым габаритам и высокой надежности феррозондовые преобразователи широко используются в качестве портативных авиационных и ракетных тесламетров, градиентометров и угломеров при исследовании магнитного поля Земли, космического пространства, в магнитных системах навигации и ориентации, в магнитной дефектоскопии и при поиске полезных ископаемых.

8-12. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА БАРКГАУЗЕНА

Неоднородность структуры ферромагнитного образца обусловлена, немагнитными включениями или локальными механическими включениями и вызывает скачки намагниченности при изменении внешнего магнитного поля или наличии меха-

нических ооздействий. Схематическое изображение доменных границ и некоторого вилючения показано на рнс. 8-54, а. Граница между двумя доменами с протавополож-ным направлениьм векторов намагниченности под воздействием внешнего магнитного поля сначала обратимо изменяет свое положение (рис. 8-54, б), а затем скачком переходит в новое положение (рис. 8-54, в). Заштрихованная часть представляет собой область, скачком изменившую свою намагниченность.

Экспериментальные исследования скачков Баркгаузена (СБ) показали, что в железном образце средний объем перемагничивающейся области лежит в диапазоне 2-10-2-2-10- ммз.

Рис. 8-54

Вклад СБ в общее изменение намагниченности по данным различных авторов составляет 30-50%. Длительность СБ лежит в диапазоне 0,1-1 мс. При скачках Баркгаузена в измерительной катушке возникают импульсы ЭДС. Таким образом, перемагничивание образца сопровождается понвлением в измерительной обмотке сигнала, имеющего характер случайного процесса.

Очень важной дли проектирования преобразователей на основе эффекта Баркгаузена является зависи.мость этого эффекта от скорости перемагничивания. С увеличением скорости перемагничивания от 0,01 до 0,24 А/(мс) число а<ачков падает примерно на 45%. Этот факт указывает на возможность слияния нескольких скачков, что приводит к зависимости характеристик преобразования от скорости или

частоты перемагничивания.

В зависимости от скорости перемагничивания измерительные преобразователи с использованием эффекта Баркгаузена могут быть разбиты на две группы: с пространственным перемагничи-ваиием ферромагнетика и с перемагничиванием ферромагнетика изменяющимся во времени магнитным полем.

Принцип действия преобразователя с пространственным перемагничиванием ферромагнетика показан на рис. 8-55, а. Мимо постоянного магнита 1 движется со скоростью Vx ферромагнитный образец 2. Участок образца, находящийся вблизи магнита, намагничен, и границы этого участка смещаются со скоростью Vx. В проходной или накладной измерительной катушке 3, установленной неподвижно, индуктируются импульсы ЭДС, вызываемые скачками Баркгаузена (см. рис. 8-3). Индуктируемая ЭДС представляет собой стационарный случайный процесс (рис. 8-55, б). В качестве информативных параметров этого процесса используются средняя частота выбросов, превышающих заданный уровень, или дисперсия, которые зависят от скорости перемагничивания, т. е. от скорости движения образца. Сигнал измерительной обмотки 3 (рис. 8-55, а) усиливается и подается на полосовыи фильтр Ф,

Рис. 8-55