Магнитный преобразователь

 

Изобретение относится к магнитометрии и приборостроению. Целью изобретения является расширение области использования преобразователя за счет обеспечения измерения акустического сигнала . Магнитный преобразователь состоит из магнитопровода 1, содержащего первый 2 и второй 3 магнитные сердечники-концентраторы , разделенные первым 4 и вторым 5 зазорами. Во втором зазоре расположен выходной электроакустический элемент 6, внешняя сторона 7 которого находится напротив акустооптического концентратора 8. Выход элемента 6 подсоединен к входу усилителя 9, к которому подключена индукционная обмотка, расположенная на магнитопроводе 1. В первом зазоре 4 расположен магниточувствительный элемент 11,9 выходной шины 12 которого снимается выходной сигнал магнитного преобразователя . Особенностью изобретения является введение в магнитный преобразователь акустоэлектрического элемента, размещаемого в акустической полости магнитопровода , а также усилителя, вход которого соединен с выходом акустоэлектрического элемента, к выходу которого подключена индукционная обмотка, находящаяся на магнитопроводе. 2 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 33/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М (гд

0 (лЭ

К) 4

- 2

8е (21) 4832746/21 (22) 29.05.90 (46) 07.06,92. Бюл. hl 21 (71) Ленинградский институт киноинженеров (72) Л.К.Сафронов, К.Г.Ершов, Т,В.Котович и

А.О. Скосы рев (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

O 1652950, кл. G 01 R 33/00, 1988. (54) МАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к магнитометрии и приборостроению. Целью изобретения является расширение области использования преобразователя за счет обеспечения измерения акустического сигнала. Магнитный. преобразователь состоит из магнитопровода 1, содержащего первый

2 и второй 3 магнитные сердечники-концентраторы, разделенные первым 4 и вторым 5

„, Я2„„1739327A1 зазорами. Во втором зазоре расположен выходной электроакустический элемент 6, внешняя сторона 7 которого находится напротив акустооптического концентратора 8.

Выход элемента 6 подсоединен к входу усилителя 9, к которому подключена индукционная обмотка, расположенная на магнитопроводе 1. В первом зазоре 4 расположен магниточувствительный элемент

11, с выходной шины 12 которого снимается выходной сигнал магнитного преобразователя. Особенностью изобретения является введение в магнитный преобразователь акустоэлектрического элемента, размещаемого в акустической полости магнитопровода, а также усилителя, вход которого соединен с выходом акустоэлектрического элемента, к выходу которого подключена индукционная обмотка, находящаяся на магнитопроводе. 2 ил.

1739327

Изобретение относится к приборостроению, а именно к датчикам измерения магнитных и акустических полей с локальной концентрацией поля, Известен феррозонд, содержащий многоотверстный концентратор магнитного поля, индукционную обмотку, потокочувствительный элемент.

Недостатком известного датчика и прототипа является узкое целевое назначение — измерение полей одной физической природы, а именно, магнитных полей.

Известны акустические фокусирующие преобразователи для измерения параметров акустического поля, которые также обладают узким целевым назначением.

Целью изобретения является расширение области использования преобразователя за счет обеспечения измерения акустического сигнала.

Поставленная цель достигается за счет того, что в магнитный преобразователь, включающий магнитопровод, содержащий индукционную обмотку, первый и второй магнитные сердечники-концентраторы, разделенные между собой первым и вторым зазорами, выходной магниточувствительный элемент, расположенный в первом зазоре, введены, расположенный во втором зазоре акустоэлектрический элемент и усилитель, вход которого соединен с выходом акустоэлектрического элемента, а к выходу подключены индукционная обмотка, причем в торце одного из полусердечников, примыкающего к внешней стороне акустоэлектрического элемента, выполнен акустический концентратор в виде сквозного конусного отверстия.

Сущность изобретения заключается в том, что локальный концентратор магнитного поля одновременно выполняет функцию концентратора акустического поля посредством выполнения конической полости в ферромагнитном материале. Преобразование акустического сигнала в электрический производится с помощью акустоэлектрического элемента (конденсаторного микрофона), размещенного напротив акустической полости, а промежуточное преобразование усиленного электрического сигнала в магнитный производится посредством пропускания тока через индукционную обмотку, расположенную на магнитопроводе. Магнитный сигнал измеряется магниточувствительным элементом, расположенным в магнитопроводе по оси магнитного концентратора. Выход магниточувствительного элемента является выходом преобразователя.

Таким образом, магнитный преобразователь имеет две оси — магнитную и акустическую и один выход. Если внешний источник обладает одновременно акустическим и магйитным полем, то с выхода магниточувствительного элемента снимается суммарный сигнал, что позволяет более полно идентифицировать измеряемый объект.

Магнитное суммирование сигналов различной физической природы упрощает конструкцию и расширяет область использования преобразователя по сравнению со структурой, когда акустический и магнитный датчики являются отдельными самостоятельными устройствами. Алгорит-. мическим путем предлагаемый многоцелевой датчик легко превращается в датчик одноцелевого назначения, а конструктивно акустоэлектрический и магниточувствительный элементы образуют сложную связь, а не являются простым объединением в одном корпусе двух различных элементов.

На фиг.1 показано устройство магнитного преобразователя; на фиг.2 — эпюры, поясняющие принципы работы преобразователя, Магнитный преобразователь состоит из магнитопровода 1, содержащего первый 2 и второй 3 магнитные сердечники-концентраторы, разделенные между собой первым 4 и вторым 5 зазорами. Во втором зазоре расположен акустоэлектрический элемент 6, например микрофонный конденсатор с диафрагмой 7, являющейся внешней стороной или подвижной обкладкой конденсатора.

Внешняя сторона 7 элемента расположена напротив акустического концентратора 8, выполненного в виде сквозного отверстия.

Выход акустоэлектрического элемента 6 подсоединен к входу усилителя 9, к которому подключена индукционная обмотка 10, расположенная на магнитопроводе 1.

В первом зазоре 4 расположен магниточувствительный элемент 11, с выходной шины 12 которого снимается выходной сигнал магнитного преобразователя.

Магнитный преобразователь работает следующим образом.

До;вкачала измерений индукции Be внешнего магнитного поля и потока Р внешнего акустического поля необходимо магнитную М-M ось и акустическую А-А ось преобразователя направить на идентифицируемый объект+) О, как показано на фиг.1.

Очевидно, что при определении местоположения объекта ") О акустическая А-А и магнитная М вЂ” М ось преобразователя должны быть взаимно параллельны.

При поступлении акустического потока на вход акустического концентратор 8, со1739327

25

55 магнитное поле). здающего давление Ре (фиг.2а) на диафрагму 7, являющуюся подвижной обкладкой конденсатора микрофона 6, воздействует звуковое давление Р7, равное

P7= kA Pe y (1) где kA — коэффициент акустической концентрации.

Поскольку конденсаторный микрофон подключается к источнику зарядного тока (не показан), то при изменении расстояния между диафрагмой 7 и неподвижной обкладкой (корпусом) конденсатора микрофона 6 в электрической цепи образуется зарядный ток, который с сопротивления нагрузки R»» микрофона поступает на усилитель 9, т.е. снимается напряжение О»» (фиг.26), равное

0н = эдэ Р7 (2) где Еэдэ - коэффициент чувствительности электроакустического элемента к акустическому потоку.

С выхода усилителя 9 тока снимается токовый сигнал iA, равный (фиг.2в) ! д= R" ky (3) где ky — коэффициент усиления усилителя;

RH — сопротивление нагрузки на входе усилителя;

U»» — напряжение нагрузки;

iA — ток, пропорциональный измеряемому акустическому полю.

Проходя по обмотке 10, ток 1д создает магнитный поток Фд,. пропорциональный измеряемому акустическому полю, iA W

Фд R ) (4) где W — число витков в обмотке 9;

В»п - магнитное сопротивление магнитопровода 1.

Практически R»»» пропорционально ширине зазоров 4 и 5.

Поток Фд, воздействуя на магниточувствительный элемент 11, расположенный в первом зазоре 3, вызывает появление на выходной шине 12 выходного сигнала Uz, равного (фиг.2г, интервал времени О t < t1) A

U = мчэ Фд > (Я где U — сигнал на выходе магниточувствительного элемента, обусловленный наличием акустического потока на входе акустического концентратора;

Емчэ — коэффициент чувствительности магниточувствительного элемента к магнитному потоку, Если источник обладает не только акустическим, но и магнитным полем, то по оси

М вЂ” М воздействует внешнее магнитное поле (фиг.2д) с индукцией Не (на вход магнитного концентратора 2 поступает поток Фе, как показано на фиг.1). На магниточувствительный элемент 11 в этом случае воздействует также магнитный поток Ф », равный

5 Ф»= kM Фе ., (6) где kM — коэффициент магнитной концентрации.

Потоку С4 соответствует выходной сигнал О, равный м

UM = мчэ Ф». (7)

Просуммировав (5) и (7), получим (фиг.2г, t> t<):

Q = мчэ (Фд + Фм ), (8) где 0 — суммарный выходной сигнал ïðåобразователя;

Фд — магнитный поток, соответствующий внешнему акустическому полю;

Ф » — магнитный поток, соответствующий внешнему магнитному полюс с индукцией Be.

Очевидно, что между Ве и Ф4 имеется связь

Ве = (9)

Фм где $4 — площадь магнитного концентратора в области первого зазора 4.

Связь Фд с Ре получим, подставив (1 — 3) в выражение (4).

Если необходимо измерить только внешнее магнитное поле, то отключается питание от микрофона, и тогда 0н = О, т.е.

Фд = О. Следовательно, согласно (8) измеряем только внешнее магнитное поле.

Реализация изобретения для современной гибридной и пленочно-интегральной технологии не представляет затруднений.

Чувствительные элементы занимают малую площадь и весят доли грамма, что позволяет из подобных преобразователей строить многокомпонентные фазированные решетки. Концентратор можно изготовить как из многослойных магнитных пленок, так и из ферритовых колец переменного диаметра.

Это позволяет при ортогональном расположении колец получить как магнитный, так и акустический концентраторы.

У предлагаемого магнитного преобразователя общее с прототипом — наличие магниточувствительного элемента и концентратора, различие — замкнутость концентратора, наличие в составе преобразователя чувствительного элемента другого целевого назначения, трансформаторов одного вида энергии в другой (акустического в электрическое, а затем в

1739327

Согласно изобретению предлагается датчикдвухцелевого назначения,а поскольку технологический цикл изменяется незначительно, то стоимость одного двухцелевого датчика равна половинной стоимости двух одноцелевых, что дает экономический эффект.

Наиболее широкое применение предлагаемый магнитный преобразователь найдет в электроакустике, технике акустического и магнитного контроля изделий и.свойств материалов, системах автоматического регулирования многоцелевого назначения, аппаратуре контроля окружающей среды, Формула изобретения

Магнитный преобразователь, включающий магнитопровод, содержащий первый и второй магнитные сердечники-концентраторы, которые разделены первым зазором, и индукционную обмотку, которая расположена на одном из магнитных сердечников-концентраторов, и выходной магниточувствительный элемент, который расположен в первом зазоре, выход которого является выходом магнитного преобразователя, отличающийся тем, что, с целью расширения обла5 сти использования за счет обеспечения измерения акустического сигнала, первый и второй магнитные сердечники-концентраторы выполнены в виде магнитопровода, который замкнут через второй зазор, введены

10 акустоэлектрический элемент, который расположен во втором зазоре, акустический концентратор, усилитель и резистор, причем выход акустоэлектрического элемента соединен параллельно с резистором и вхо15 дом усилителя, выход которого соединен с входом индукционной обмотки, а акустический концентратор выполнен в торце одного из магнитных сердечников-концентраторов в виде сквозного конусного отверстия, которое

20 примыкает к внешней стороне акустоэлектрического элемента.