Способ измерения магнитной индукции в жидких магнитных средах

 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

В ИИДКИХ МАГНИТНЬЗХ СРЕДАХ

Изобретение относится к магнитным. измерениям, в частности измерениям магнитной индукции в жидких средах с повышенной магнитной восприимчивостью, например, в магнитных жидкостях и

5 магнитных суспензиях.

Известен способ измерения магнитной индукции в средах или телах с высокой магнитной восприимчивостью, предусматривающий создание в них узкой полости„ перпендикулярной вектору:индукции и размещение в ней плоского магниточувствительного преобразователя, например преобразователя Холла (1).

Недостатком данного устройства яв-., ляется то, что условие узкой полости обеспечивает равенство индукций поля в среде (теле) и в зазоре, однако ог-. раничивает область используемых преоб разователей только теми, которые ймеют малую толщину.

Известен способ измерений индукции в жидких средах, использующий магни" точувствительный преобразователь, заключенный в немагнитную оболочку.

Оболочка предохраняет преобразователь от контакта с жидкостью и принимает на себя давление среды. Этот способ б использован в морском протонном магнитометре, в котором ядерно-магнитно" резонансный преобразователь (ЯМР) заключен в гондолу-оболочку, буксируемую за судном,l21 .

Недостаток известного способа со" стоит в том, что преобразователь вместе с оболочкой трудно сделать малой толщины (по отношению к длине или диаметру). В результате возникает дополнительная погрешность измерения, зависящая от Формы оболочки и величины магнитной восприимчивости.

Цель изобретения — повышение точности измерений магнитной индукции в жидких средах.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения магнитной индукции в жидких магнитных средах, основанном на введении в среду магни91714 точувствительного преобразователя, заключенного в немагнитную осесимметричную оболочку, ориентировании оси максимальной чувствительности преобразователя и оси оболочки вдоль век-, тора магнитной индукции и измерении магнитной индукции внутри оболочки, периодически изменяют форму оболочки магниточувствительного преобразователя, внутри оболочки выделяют при по- 1о стоянном внешнем магнитном поле постоянную составляющую индукции и составляющую с частотой изменения формы, а при переменном внешнем магнит- * ном поле — составляющую с частотой !5 внешнего поля и составляющую с ком бинационными частотами, образованны" ми частотой внешнего поля и частотой изменения формы, и по величинам обеих составляющих индукции судят об ?p измеряемой магнитной индукции, при этом магнитную индукцию в среде определяют по формуле

Ь„

?5

1-(1- 8,) z (1)

B1No% где  — индукция постоянного или амплитуда индукции переменного магнитного поля в среде; зо

В, — постоянное значение или амплитуда первой составляющей индукции поля внутри оболочки;

 — амплитудное значение или

1суммарная амплитуда слагаемых второй составляющей магнитной индукции внутри ! оболочки; — среднее значение коэффициен46 та формы оболочки;

m — глубина модуляции коэффици" ента формы.

На чертеже представлена функциональная схема устройства, реализующая предлагаемый способ.

4Я

Устройство содержит немагнитную эластичную оболочку 1, внутри которой размещен магниточувствительный преобразователь 2, основанный на эффекте Холла. Модуляция коэффициента формы оболочки обеспечивается электрогидравлической системой 3, преобразующей электрические колеба" ния в колебания давления жидкости. . Электрогидравлическая система 3 уп- Ы равляется генератором 4 низкой или инфранизкой частоты Й . Магниточувствительный преобразователь 2 питает8 4 ся от второго генератора 5 высокой частоты 4l. В результате модуляции коэффициента формы оболочки индукции магнитного поля, действующего на преобразователь, имеет постоянную составляющую и переменную с частотой модуляции Й . Выходной сигнал магнито.чувствительного преобразователя 2 имеет соответственно составляющую с частотой тока питания cJ и составляющую с комбинационными частотами

< и Обе составляющие усиливаются усилителем высокои частоты 6 и подаются на первый синхронный детектор

7, уп,равляемый сигналом с частотой тока питания преобразователя. На выходе первого синхронного детектора

7 образуется сигнал нулевой частоты (постоянное напряжение), пропорциональный постоянной составляющей индукции поля в преобразователе, и сигнал с частотой модуляции J7,,пропорциональный переменной составляющей индукции этого поля. Выделение этих сигналов осуществляется первым и вторым усилителями 8 и 9, и вторым синхронным детектором 10. Твердый усилитель 8 постоянного тока усиливает сигнал нулевой частоты и не пропускает сигнал частоты модуляции за счет узкой полосы пропускания. Второй усилитель 9 низкой частоты усиливает сигнал с частотой Q и не пропускает постоянную составляющую.

Второй синхронный детектор 10, управляющий напряжением с частотой модуляции, преобразует сигнал с частотойЛ в постоянное напряжение.

Таким образом, на выходе первого усилителя 8 вознйкает постоянное напряжение, пропорциональное постоянной составляющей магнитной индукции внутри оболочки (Б1), а на выходе второго синхронного. детектора l0постоянное напряжение, пропорциональное переменной составляющей индукции с частотой модуляции (B?). С помощью счетно-решающего устройства (микропроцессора) 11, реализующего вычисления по формуле (1), определяется истинное значение магнитной индукции в среде, В качестве магниточувствительного преобразователя 2 может использоваться как обычный преобразователь Холла, TBK и кольцевой гальваномагнитный преобразователь, обладающий на порядок меньшим порогом чувствитель5 917.1 ности к индукции постоянных магнитных полей.

Периодическое изменение форм оболочки осуществляют путем создания внутри нее пульсирующего давления с помощью пневматических, .гидравлических, электромеханических или других аналогичных средств. Оболочку выполняют частично или полностью эластичной, либо с перемещающимися герметич- t0 ными элементами. Воздействие на обо" почку осуществляют так, чтобы получить модуляцию коэффициента формы оболочки в направлении оси максимальной чувствительности преобразователя. 15

М,ту Ц Л=

- В, B с05Я . (4) л8 6 где  — индукция магнитного поля в среде (существующая до внесения оболочки);

Мр -- коэффициент формы оболочки; с — магнитная восприимчивость среды.

Магнитная индукция, воздействующая на преобразователь при постоянном внешнем магнитном поле, в случае магнитопрозрачного преобразователя, равна

:B

> 0-,1 (to-ì,>хт

Предпочтительной формой оболочки . является форма эллипсоида вращения, ориентированного вместе с размещенным внутри нее преобразователем так, чтобы ось оболочки и ось максимальной чувствительности преобразователя были направлены вдоль вектора индукции магнитного поля в среде. Иодуляция коэффициента формы такой оболочки до-25 стигается периодическим растягиванием и сжатием эллипсоида вдоль его оси, либо периодическим изменением, диаметра эллипсоида.

В качестве. магниточувствительных преобразователей целесообразно использовать магнитопрозрачные преобразователи (гальваномагнитные, ЯИР-преобразователи).; we нарушающие однород.-55 ности магнитного поля внутри оболочки и дающие простую зависимость маг" нитной индукции, измеряемой преобразо-. вателем, от магнитной индукции в среде. 40

Иодуляцию коэффициента формы оболочки изменяют по гармоническому закону 45

N = Nр(1 + m cosset), m «1 (2) где Л вЂ” частота модуляции;

m - -глубина модуляции коэффициен та, 50

Индукция В магнитного поля внутри полой немагнитной эллипсоидальной оболочки, размещенной в среде так, что ее ось совпадает с вектором индукции поля, равна

1 =т — Т1 и.Ъ"

1+(1 N,)x ем сов и с + о

+ 8 M (С05Ы+Я)й +

+ cos (Ы-Л )с) = В, cos M t +

+  — (cos (сд+Я)с + сов(и5-Л)с

2 2 т. е. также имеет две составляющие.

Первая составляющая с амплитудой В .имеет частоту внешнего магнитного поля и не связана с модуляцией, вторая состоит из двух слагаемых с комбина" ционным частотами 03 + Л, суммарная амплитуда которых В . Вторая составляющая возникает только при наличии модуляции и при Х Ю О.

Преобразователь, установленный внутри модулируемой оболочки, выделяют (c использованием частотных ме-. тодов разделения) и измеряют первую и вторую составляющие индукции, и по величинам этих составляющих (точнееТаким образом, магнитная индукция внутри оболочки имеет постоянную составляющую В, не связанную с модуляцией и определяемую средним значением коэффициента формы (Х ), и переменную составляющую с амплитудой 82 и частотой модуляции, которая возникает только при модуляции коэффициента формы, не равной нулю магнитной восприи чивости среды.

При переменном внешнем магнитном поле В = Ве cos Л t, действующем в среде с низкой электропроводностью, магнитная индукция внутри модулируемой оболочки равна

917148 по их постоянным или амплитудным значениям В1 и В2) судят об индукции

В магнитного поля в исследуемой жидкой среде. Для случая немагнитной оболочки и магниточувствительного преобразователя индукцию Ве.находят по формуле (4), которая получается из (4).или (5).

Из анализа погрешности предлагаемого способа измерения магнитной индукции в жидких магнитных средах следует оценка 6 Be = 1,5Ф.

Способ может найти применение при исследовании и контроле процессов электрофоретического осаждения пленок 15 магнитных материалов иэ магнитных суспензий и в других целях. формула изобретения

Способ измерения магнитной индукции в жидких магнитных средах, основанный на введении в среду магниточувствительного преобразователя, заключенного в немагнитную осесимметричную оболочку, ориентировании оси максимальной чувствительности преобразователя и оси оболочки вдоль вектора магнитной индукции и измерении магнитнои индукции внутри оболочки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений 30 магнитной индукции в жидких середах, периодически изменяют форму оболочки магнитного чувствительного преобразователя, внутри оболочки выделяют при постоянном внешнем магнитном поле по- З5 стоянную составляющую индукции и составляющую с частотой изменения фор" мы, а при переменном внешнем магнитном поле — составляющую с частотой внешнего поля и составляющую с комби- 40 национными частотами, образованными частотой внешнего поля и частотой изменения формы, и по величинам обеих составляющих индукции судят. об измеряемой магнитной индукции, при этом магнитную индукцию в среде определяют по формуле

1 - (I Ир) — 3—

В-1 "о л

Ве

I где Be — индукция постоянного или амплитуда индукции переменно-. го магнитного поля в среде;

B — постоянное значение:или амплитуда первой составляющей магнитной индукции внутри оболочки;

 — амплитудное значение или г суммарная амплитуда слагае-. мых второй составляющей маг нитной индукции внутри обо- . лочки;

N -- среднее значение коэффициента формы оболочки;

m — глубина модуляции.коэффициента формы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Усатенко С. Т. Измерение индукции в периметре с помощью датчиков

Холла. - "Заводская лаборатория", 30, 1964 у 619.

2. Ливотов Л. Л. Николаев A. A; и Семовский О. b. Морской магнитометр МБМ. - Геофизическая аппаратура

Л., "Недра", 1979, вып. 69, с. 31-40 (прототип).

917148

Составитель Г. Змиевская

Редактор Н. Ковалева Техред И. Рейвес Корректор О. Билак

Заказ 1883/67 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, N-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4