ecosnos.ru |
Главная Микромагнитоэлектроника: направление технологии 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 [ 109 ] 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 6.7.3. Полупромышленные образцы магнитометров, реализованные с иснользованием феррозондов В качестве примера рассмотрим основные технические характеристики трех магнитометров (ИБММФ-01, МФ-03 MAGIC и МФ-04 MAGIC ), разработанных сотрудником ИЗМИРАНа В. В. Любимовьпл и предназначенных для диагностики магнитных бурь [18]. Основные параметры указанных приборов приведены в табл. 6.6, а на рис. 6.84-6.86 показан их внепший вид. Все приборы снабжены вьшосньп*а1 датчиками магнитного поля Земли (ДМПЗ), построенньпии на базе однокомпонентного феррозондового преобразователя, и позволяют производить диагностику и оценивать интенсивность магнитной бури по величине магнитного склонения D - самой простой в реализации и самой информативной из составляющих магнитного поля Земли. Таблица 6.6. Основные параметры приборов ИБММФ-01, МФ-03 MAGIC и МФ-04 MAGIC
При противофазном включении измерительных обмоток ФЗ и ФЗ, импульсы имеют длительность отрицательных полуволн больше, чем положительных, а импульсы Е, наоборот - длительность положительных больше, чем отрицательных. Поэтому на выходе дифференциального усилителя ДУ появляется разностный импульсный сигнал Е^ (рис. 6.83), длительность которого At = Tj - Т, пропорциональна измеряемому полю Н^. Импульсы Е^ поступают на схему стробирования СС, пропускаюшую от генератора ГСП высокочастотные импульсы AN в течение интервалов времени At. При подсчете числа импульсов AN цифровым счетчиком получается цифровой эквивалент напряженности измеряемого магнитного поля Н^. Для получения аналогового выхода в схеме магнитометра используется усилитель постоянного тока УПТ с фильтром нижних частот, выделяюпрш постоянную составляюшую U выходных импульсов, пропорциональную напряженности измеряемого поля. Благодаря использованию феррозондов с сердечниками переменного сечения [22] удается снизить погрешности формирования импульсного сигнала. На рис. 6.83 показана для сравнения форма импульсов U, и U на входе ОУ 1, соогветствуюшдх сердечнику переменного и постоянного сечений соответственно. Феррозонд с переменным сечением сердечника имеет крутизну нарастания фронта импульсов U2 при переходе через ноль выше, чем феррозонд с постоянным сечением сердечника. Для импульсов U2 характерно наличие нелинейного ступенчатого изменения фронта при переходе через нуль, что может приводить к неопределенности моментов срабатывания компараторов ОУ 1 и 0У2. Рассмотренная структурная схема магнитометра при треугольной форме волны возбуждения обладает относительно высокой стабильностью нулевого уровня и обеспечивает при использовании феррозондов диапазон измерения такого магнитометра до 100 А/м (~125 мкТл) при нелинейности характеристики преобразования менее 0,1%. Так как магнитометр не содержит частотно-избирательных элементов, то его предельное быстродействие характеризуется числом измерений в секунду, равным удвоенной частоте возбуждения феррозонда, в данном случае 4000 Гц. В магнитометре может использоваться режим синусоидального поля возбуждения, но при этом нелинейность характеристики преобразования превысит 2,5% [22]. Координатная чувствительность феррозондовых магнитометров формируется при помопщ специальных концентраторов магнитного поля и специфических конструкций самих феррозондов. Направление на источник магнитного поля определяется по отношению сигналов двух преобразователей, измеряюшдх компоненты X и Y магнитного поля. Эти приборы (табл. 6.60 позволяют проводить работы в любых местах и районах земного шара без проведения дополнительной настройки и регулировки их схемы. Они работают в реальном масштабе времени и за 1,5-2 ч предупреждают о начале магнитной бури. Индикатор магнитной бури МФ-01 предназначен для установки в медицинских учреждениях. Основным отличием этого прибора является то, что конструкция его достаточно проста, а его световой индикатор позволяет визуализировать только мгновенные значения интенсивности магнитной бури в данной измерительной точке и требует постоянного присутствия оператора или установки его индикаторной части в помещении, где круглосуточно находится дежурный медицинский персонал [18]. Рис. 6.84. Внешний вид индикатора магнитной бури ИБММФ-01 Однокомпонентный малогабаритный переносной феррозондовый магнитометр МФ-03 MAGIC представляет собой более сложную модель и предусматривает кроме цифровой индикации результатов измерений вывод информации на аналоговые самопишущие приборы. Для регистрации результатов измерений вариаций магнитного поля, уровня электромагнитных шумов и импульсных помех использовались ленточные самопишущие потенциометры типа КСП-4, Н-39, Н399 и другие [18]. Рис. 6.85. Внешний вид диагностического магнитометра МФ-03 MAGIC Аналоговый самописец Рис. 6.86. Внешний вид индикатора магнитных бурь МФ-04 МА01С Индикатор магнитных бурь МФ-04 MAGIK не требует постоянного присутствия дежурного персонала, так как вся информация о вариациях МПЗ, осредненных на часовом измерительном интервале, фиксируется на индикаторном табло в течение суток, последовательно сдвигаясь (обновляясь) в текущем времени. Одной из сложных проблем при использовании указанных приборов в условиях промьппленного города или конкретного объекта, содержащего массу источников электромагнитных излучений, является поиск оптимального места для размещения выносных датчиков МПЗ. Такие места, как правило, определяются экспериментальным путем. в табл. 6.7 представлены техногенные характеристики и дана оценка максимального уровня помех по магнитному полю - по D-составляющей вектора магнитного поля Земли - некоторых точек наблюдения. Наблюдения проводились при помощи приборов серии МФ [18]. Таблица 6.7. Техногенные характержтики магнитного поля по D-составляющей вектора магнитного поля Земли в некоторых точках наблюдения
Сокращения: ЖД- жилые дома; ЖЛД- железная дорога; Тр - троллейбусная линия; ПП-промышленное предприятие; ПБУ-предприятие службы быта; ЛЭП-линия электропередачи. На рис. 6.87 показана типичная картина, получаемая при использовании магнитометра типа МФ-03. На данном рисунке приведены две характеристики МНЗ, полученные в одно и то же время на двух различных объектах контроля [18]. Объект контроля №2 Объект контроля №1 9 12 15 18 21 24 3 9 12 15 18 21 24 3 Рис. 6.87. Характер изменения напряженности магнитного поля Земли при использовании ИБМ типа МФ-03 |