Диссертация (1097536), страница 30

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 30)

Отметим, чтовсе чётные гармоники имеют схожую зависимость от внешнего поля. Однако вотличие от нелинейного магнитоимпеданса в аморфной проволоке с геликои-193Рис. 6.5. Зависимости амплитуд второй (а) и четвёртой гармоник (б) от внешнего поля Hdcпри 4I0 / cDHa = 1.5 и различных значениях H0.дальной анизотропией, четвёртая гармоника имеет бóльшую амплитуду, чемвторая гармоника.На Рис. 6.6 представлены зависимости относительного изменения второйи четвёртой гармоник от амплитуды продольного переменного поля H0 .

Относительное изменение амплитуды гармоники Vk определялось как разностьмежду значением максимума амплитуды гармоники и значением Vk в нулевомвнешнем поле. При малых и сравнительно больших значениях H0 относительные изменения амплитуд гармоник слабо зависят от амплитуды тока I0 . В про-194Рис. 6.6. Зависимости относительного изменения амплитуд второй (а) и четвёртой гармоник(б) от амплитуды продольного переменного поля H0 при различных значениях I0.межуточном интервале значений H0 относительные изменения амплитуд гармоник уменьшаются с увеличением амплитуды тока. Из Рис.

6.6 следует, чтовеличина V2 достигает максимума при H0  1.5Ha , а V4 имеет максимум приH0  2Ha . Следовательно, максимальная чувствительность гармоник может бытьдостигнута при не слишком больших амплитудах возбуждающих полей, и этообстоятельство представляется перспективным для использования в датчикахмагнитного поля.Таким образом, результаты проведённого анализа показывают, что одновременное воздействие на аморфную проволоку продольного переменного маг-195нитного поля и переменного тока приводит к усилению чётных гармоник в частотном спектре нелинейного магнитоимпеданса. При этом максимальную чувствительность имеет четвёртая гармоника. Предложенный метод возбужденияпроволоки может быть перспективным для приложений, однако необходимодальнейшее детальное экспериментальное исследование рассмотренного вышенелинейного эффекта.6.4.

Возникновение комбинационных гармоник в частотномспектре напряжения, снимаемого с магнитомягких проволокВ этом разделе исследовано влияние слабого продольного переменногомагнитного поля на частотный спектр напряжения, возникающего в измерительной катушке, намотанной вокруг магнитомягкого образца, по которомупротекает переменный ток. Можно ожидать, что частотный спектр сигналанапряжения может быть весьма чувствительным и к слабым переменнымвнешним магнитным полям, и что данный эффект должен наиболее ярко проявляться вблизи порога нелинейности, которым является порог перемагничивания образца. При этом в частотном спектре измеряемого сигнала могут возникать не только гармоники с частотами, кратными частотам возбуждающих полей, но и комбинационные гармоники [405].Экспериментальные исследования возникновения комбинационных гармоник были проведены в Институте теоретической и прикладной электродинамики РАН на магнитомягких образцах нескольких типов.

Первый тип образцовпредставлял собой композитные проволоки, состоявшие из ниобиевой сердцевины и пермаллоевой оболочки, изготовленные сжатием композитного стержня, его вытягиванием и последующим отжигом [41]. Диаметр проволок составлял 100 мкм, а толщина пермаллоевой оболочки равнялась 33 мкм. Вторым типом образцов являлись аморфные проволоки состава Co68Cr3Fe2Si15B12 диаметром 65 мкм, полученные модифицированным методом вытягивания из расплава[399]. Все исследованные образцы имели длину 15 мм.196По образцам пропускался переменный ток с амплитудой от 0.01 до900 мА, частота тока составляла 575 кГц. Исследуемый образец помещался впостоянное продольное магнитное поле Hdc , величина которого изменялась от–7.5 до 7.5 Э, и в переменное магнитное поле с частотой f1 = 1 MГц.

Измерительная катушка, имевшая диаметр 4 мм и 450 витков, подсоединялась к анализатору спектра HP4395A.В экспериментах исследовался частотный спектр напряжения в измерительной катушке в зависимости от амплитуды переменного тока при различныхзначениях постоянного поля и амплитуды переменного поля. Измерялись амплитуды первых комбинационных гармоник напряжения с частотами mf0  nf1 ,где m, n  4  целые числа.При малых амплитудах переменного тока в частотном спектре напряжения основными являлись гармоники с частотой тока f0 и с частотой переменного магнитного поля f1 . При более высоких амплитудах тока из-за перемагничивания образца отклик напряжения становился нелинейным.

Вклад гармоник счастотами кратными f0 возрастал, и при достаточно большой амплитуде переменного тока чётные гармоники с частотами 2f0 и 4f0 превышали основнуюгармонику с частотой f0 . Кроме того, в присутствии слабого продольного переменного поля в этом интервале амплитуд переменного тока в частотном спектре напряжения возникал не только сигнал на частоте f1 , но и комбинационныегармоники с частотами mf0  nf1 . Отметим, что амплитуды всех измеренныхкомбинационных гармоник проявляли схожую зависимость от I0 , однаконаибольшую амплитуду имела основная комбинационная гармоника с частотой2f0  f1 .На Рис. 6.7 показана зависимость амплитуды основной комбинационнойгармоники Vcom с частотой 2f0  f1 = 150 кГц от амплитуды тока I0 при фиксированном значении постоянного поля Hdc и различных амплитудах переменногополя H0 , измеренная для композитной проволоки Nb/Ni82Fe18 .

Комбинационная197Рис. 6.7. Измеренная для композитной проволоки Nb/Ni82Fe18 зависимость амплитуды основной комбинационной гармоники Vcom от амплитуды тока I0 при Hdc = 3 Э и различныхзначениях амплитуды переменного поля H0 .Рис. 6.8. Измеренная для композитной проволоки Nb/Ni82Fe18 зависимость амплитуды основной комбинационной гармоники Vcom от амплитуды тока I0 при H0 = 67.5 мЭ и различныхзначениях Hdc .гармоника была мала при амплитудах тока менее 300 мА, затем возрастала,проходила через максимум и падала практически до нуля при I0 > 800 мА. Максимум амплитуды гармоники возрастал примерно линейно с увеличением амплитуды переменного поля.

При этом амплитуда комбинационной гармоникизаметно изменялась при изменении амплитуды переменного поля на величину1982порядка 10 Э. Зависимость амплитуды основной комбинационной гармоникиVcom от I0 при фиксированной амплитуде переменного поля и различных значениях постоянного поля, измеренная для композитной проволоки Nb/Ni82Fe18 ,показана на Рис. 6.8.

При Hdc < 1 Э величина Vcom мала во всем интервале исследованных амплитуд тока. В интервале полей Hdc > 1 Э амплитуда комбинационной гармоники монотонно возрастала с увеличением Hdc , а при Hdc > 5 Эвеличина Vcom практически не зависела от величины постоянного поля.НаРис. 6.9показанаизмереннаядляаморфнойпроволокиCo68Cr3Fe2Si15B12 зависимость амплитуды основной комбинационной гармоники от амплитуды тока при фиксированной амплитуде переменного поля и различных значениях постоянного поля. Как и для композитной проволоки, величина Vcom возрастала с увеличением I0, проходила через максимум и затем падала до нуля.

Однако в данном случае амплитуда комбинационной гармоникиначинала возрастать при относительно малых значениях I0 . Кроме того, каквидно из Рис. 6.9, амплитуда комбинационной гармоники имеет принципиальноиную зависимость от величины постоянного магнитного поля: она уменьшаласьс возрастанием Hdc и обращалась в нуль при достаточно высоких значениях постоянного магнитного поля.

Величина Vcom существенно изменялась при изменении Hdc на величину порядка 0.1 Э. Зависимость Vcom от I0 при фиксированном Hdc и различных значениях H0 представлена на Рис. 6.10. Вид зависимостиVcom(I0 ) аналогичен для всех значений H0 , а максимальная величина амплитудыкомбинационной гармоники возрастала примерно линейно с увеличением H0 .Для исследованных образцов резкий рост комбинационных гармоникнаблюдался в диапазоне амплитуд переменного тока, в котором в частотномспектре напряжения доминирует гармоника с частотой 2f0 .

Гармоника с частотой 2f0 становится основной в частотном спектре напряжения в измерительнойкатушке при перемагничивании всего образца или значительной его части пе-199Рис. 6.9. Измеренная для аморфной проволоки Co68Cr3Fe2Si15B12 зависимость амплитуды основной комбинационной гармоники Vcom от амплитуды тока I0 при H0 = 75 мЭ и различныхзначениях Hdc .Рис.

6.10. Измеренная для аморфной проволоки Co68Cr3Fe2Si15B12 зависимость амплитудыосновной комбинационной гармоники Vcom от амплитуды тока I0 при Hdc = 0.1 Э и различныхзначениях H0 .ременным током. Следовательно, наблюдаемое возрастание амплитуд комбинационных гармоник связано с процессом перемагничивания. Эксперимент показал, что в этом интервале амплитуд тока основная комбинационная гармоника весьма велика и сравнима по величине с амплитудами гармоник с частотамиf0 и 2f0 .200Поведение комбинационных гармоник в спектре сигнала, снимаемого саморфной проволоки, может быть качественно описано в рамках следующеймодели.

Будем пренебрегать доменной структурой проволоки и скин-эффектом.Минимизация свободной энергии приводит к следующим уравнениям для компонент намагниченности:( M 2  M 2 )[M  H a  M (8 / cD 2 ) I 0 sin( 2 f 0t )]2  M 2 M 2 [ H dc  H 0 sin( 2 f1t )]2 ,M z2  M 2  M 2 .(6.14)Используя уравнения (6.14), для напряжения в измерительной катушкеполучаем1Vc / V0 M 2 M z [ x cos(2 f 0t ) M z   cos(2 f1t ) M  ]xdx M 3 [H dc  H 0 sin(2 f1t )]  M z3 (4I 0 / cD) x sin(2 f 0t ) ,(6.15)0где V0 = 16 NDI0 f0 / c ,  = cDH0 f1 / 4I0 f0 и x = 2 / D.32Рассчитанная зависимость амплитуды основной комбинационной гармоники Vcom от амплитуды тока при фиксированном значении Hdc и различныхамплитудах переменного поля показана на Рис.

Характеристики

Список файлов диссертации