20426 (651765), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

где C_N - постоянная составляющая помехи. Подставив это выражение в, получим

Теперь можно написать выражение для суммарной ЭДС, появляющейся во вторичной обмотке феррозонда. Допустим, что в

Тогда

и при Н₂ = 0

Сравнивая с, нетрудно установить, что режим работы феррозонда, характеризующийся наличием постоянной составляющей в токе возбуждения, менее благоприятен. В этом случае информацию о внешнем поле Н₀ несет не только вторая, но и первая гармоника. Однако обе эти гармоники содержатся и в спектре помехи. Поэтому независимо от того, какую гармонику мы будем выделять, используя частотную фильтрацию, добиться существенного улучшения отношения сигнал/помеха в данном случае не удается. Величина помехи не остается постоянной, так как коэффициенты s_a, е_ь оказываются зависимыми от таких внешних факторов как температура окружающей среды, вибрация и т.п. Когда же постоянная составляющая в токе возбуждения отсутствует, информацию о внешнем поле несет главным образом вторая гармоника, причем спектр помехи содержит лишь первую и третью гармоники. Следовательно, выделив из общего спектра выходной ЭДС феррозонда вторую гармонику, мы можем резко улучшить соотношение сигнал/помеха.

Феррозонды с дополнительным постоянным подмагничиванием оказались пригодными лишь для измерения относительно сильных магнитных полей, а феррозонды без начального подмагничива-ния с выходом на удвоенной частоте применяются для измерения слабых магнитных полей или малых приращений поля. Типичные схемы, соответствующие использованию этих двух режимов работы феррозонда, изображены на рис. 5.

Возможность выделения той или иной гармоники позволяет говорить о соответствующих коэффициентах преобразования или чувствительностях феррозонда. В общем случае имеем:

где - чувствительность феррозонда по n-ой гармонике; - амплитуда п-й гармоники полезной ЭДС.

На начальных участках зависимость , как правило,

линейна. Поэтому для слабых полей взамен получим

Отсюда с учетом следует, что чувствительность феррозонда пропорциональна коэффициенту аппроксимации Ь, характеризующему магнитные свойства сердечников, поперечному сечению сердечников, числу витков вторичной обмотки, частоте и амплитуде вспомогательного поля. Видно также, что чувствительность по первой и второй гармоникам различна, в частности, чувствительность по первой гармонике зависит от величины дополнительного поля

Возможность работы на той или иной гармонике позволяет также говорить и о соответствующих порогах чувствительности феррозонда. Под порогом чувствительности обычно понимают то наименьшее значение измеряемой величины, которое способно вызвать заметное изменение выходного параметра прибора или устройства.

В феррозонде это наименьшее значение определяется уровнем помехи. Поэтому можно записать:

где - амплитуда n-й гармоники ЭДС помехи, - чувствительность по п-й гармонике; р_п - порог чувствительности.

Заметим, что порог чувствительности феррозонда выражается в единицах поля.

Часто пользуются также величиной

где - амплитуда суммарной ЭДС помехи.

Величина q оказывается полезной для оценки качества феррозонда. Однако ее не следует путать с величиной Р_п. Например,

при работе феррозонда на удвоенной частоте величина q характеризует лишь степень неидентичности его сердечников и обмоток. Эта величина может быть на несколько порядков больше величины Р₂.

Экспериментально чувствительность и порог чувствительности могут быть определены благодаря наложению на феррозонд поля, напряженность которого заранее известна. Это поле обычно создается с помощью калиброванных катушек или колец Гельмгольца. Контрольно-измерительный комплекс, используемый для определения указанных параметров феррозонда, показан на рис. 6.

Испытуемый феррозонд устанавливают в центре колец Гельмгольца таким образом, чтобы его продольная ось совпала с осью колец. К обмотке возбуждения подключают генератор синусоидального напряжения. При оценке чувствительности по первой гармонике в эту же обмотку подают ток смещения, создающий в объеме сердечников дополнительное постоянное поле. Выходную обмотку феррозонда подключают ко входу анализатора гармоник и ламповому милливольтметру. С помощью анализатора выделяют нужную гармонику выходного напряжения. Затем кольца вместе с закрепленным в них феррозондом ориентируют таким образом, чтобы продольная ось феррозонда оказалась перпендикулярной вектору геомагнитного поля.

О перпендикулярности судят по минимуму показаний милливольтметра анализатора и лампового милливольтметра. Показание первого соответствует величине E_nN, показание второго - E_N.

В кольца подают ток, измеряемый миллиамперметром. Если постоянная колец известна, то становится известным и поле, создаваемое в объеме феррозонда. При наличии поля милливольтметр анализатора измерит величину Ј_nS. Зная напряженность поля, создаваемую

кольцами, и располагая значениями E_nS, E_nN и £ можно оценить

чувствительность, порог чувствительности и качество изготовления феррозонда.

Особенности экспериментальной оценки указанных параметров свидетельствуют о том, что феррозонд по существу является относительным индикатором поля. Действительно, чувствительность феррозонда определяют в известном поле, созданном, например, с помощью колец Гельмгольца. Об измеренном же значении поля судят по выходной ЭДС и чувствительности феррозонда. Следовательно, измеренные значения есть результат сравнения напряженности внешнего поля с величиной того же наименования.

До сих пор мы предполагали, что внешнее поле направлено вдоль сердечников, параллельно продольной оси феррозонда. Однако это всего лишь частный случай взаимного расположения вектора внешнего поля и продольной оси феррозонда. Касаясь экспериментальной оценки чувствительности феррозонда, мы уже говорили о перпендикулярности его оси вектору геомагнитного поля. По достижении перпендикулярности наблюдался минимум выходной ЭДС феррозонда. Изменение амплитуды выходной ЭДС в зависимости от ориентации феррозонда в поле свидетельствует о присущем ему свойстве направленности.

Диаграммы направленности феррозонда в геомагнитном поле в двух различных плоскостях изображены на рис. 7. Видно, что они представляют собой правильные "восьмерки". Максимумы диаграмм соответствуют направлению продольной оси феррозонда, минимумы - направлению, перпендикулярному этой оси. Подобные диаграммы могут иметь место лишь при косинусоидальной зависи

мости амплитуды выходной ЭДС от угла между продольной осью феррозонда и вектором внешнего поля. Поэтому можно записать:

где i - единичный вектор, совпадающий с направлением продольной оси феррозонда; Н - вектор внешнего поля.

Если допустить, что Н cos а = Н где а - угол между векторами i и Н, то все приведенные ранее выражения остаются в силе, хотя и с оговоркой, что Н есть не что иное, как продольный компонент поля.

Свойство направленности феррозондов позволяет использовать их для измерения компонентов поля и углов.

Чувствительность феррозонда к углу может быть получена путем дифференцирования по :

где j - единичный вектор, совпадающий с нормалью к плоскости, образованной векторами Н и i.

Из, в частности, следует, что наибольшая чувствительность феррозонда к угловым перемещениям наблюдается

в том случае, когда векторы Н и i взаимно перпендикулярны. Это обстоятельство учитывается при построении следящих систем, в которых феррозонды используются в качестве датчиков угла рассогласования.

Подводя итог, перечислим основные, учитываемые при разработке СО, свойства феррозонда:

1. Феррозонд является датчиком активного типа, преобразующим действующую на него напряженность внешнего постоянного поля в ЭДС, кратную по частоте питающему его переменному току. Преобразование оказывается возможным благодаря нелинейности магнитных характеристик его сердечников.

2. В зависимости от выбранного режима работы феррозонда информацию о внешнем поле могут нести первая или вторая гармоники его выходной ЭДС Использование второй гармоники выходной ЭДС предпочтительнее, поскольку позволяет улучшить соотношение сигнал/помеха и создать высокочувствительные измерительные устройства.

К этому следует добавить, что феррозонд является наиболее надежным и помехоустойчивым датчиком магнитного поля. При малой потребляемой мощности он отличается высоким коэффициентом полезного действия. Феррозонд имеет незначительные габариты и массу, прост в изготовлении.

Выводы

1. По физическим принципам действия МСО можно разделить на следующие виды:

- с использованием эффекта переизлучения сигнала;

- с использованием эффекта биения частоты;

- с использованием эффекта самоиндукции;

- с использованием эффекта локального искажения магнитного поля Земли.

По уровню излучения МСО делятся на активные и пассивные. К активным МСО можно отнести СОП, СОБ, СОИН и СОИМ, к пассивным - СОМ.

3. Наиболее помехоустойчивыми, как правило, являются активные МСО.

4. Главное назначение МСО - поиск оружия. На практике наиболее часто для этого используется СОМ, как пассивное и легко камуфлируемое средство.

Характеристики

Список файлов реферата