Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...
История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...
Топ:
Процедура выполнения команд. Рабочий цикл процессора: Функционирование процессора в основном состоит из повторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует...
Комплексной системы оценки состояния охраны труда на производственном объекте (КСОТ-П): Цели и задачи Комплексной системы оценки состояния охраны труда и определению факторов рисков по охране труда...
Устройство и оснащение процедурного кабинета: Решающая роль в обеспечении правильного лечения пациентов отводится процедурной медсестре...
Интересное:
Влияние предпринимательской среды на эффективное функционирование предприятия: Предпринимательская среда – это совокупность внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на функционирование фирмы...
Финансовый рынок и его значение в управлении денежными потоками на современном этапе: любому предприятию для расширения производства и увеличения прибыли нужны...
Подходы к решению темы фильма: Существует три основных типа исторического фильма, имеющих между собой много общего...
Дисциплины:
2020-02-15 | 175 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
[наверх]
В качестве датчика для измерения магнитной компоненты используется катушка-зонд (search coil sensor), представляющая собой катушку индуктивности с большим числом витков. В большинстве случаев для повышения чувствительности и уменьшения габаритов она снабжается сердечником из материала с высокой магнитной проницаемостью (см. рис. 2.2). На сердечнике также может размещаться калибровочная обмотка, используемая для контроля и калибровки датчика в производстве и в эксплуатации.
Рис.2.2. Конструкция магнитного датчика резонанса Шумана
Обмотка и сердечник обладают большой собственной емкостью, через которую в цепи датчика могут проникать электростатические помехи. Для защиты от них вся конструкция помещается в заземляемый электростатический экран, изготавливаемый из немагнитного металла, чаще всего из алюминиевой, медной или латунной фольги. В этом же экране в большинстве случаев размещают и электронный блок предварительной обработки сигнала, включающий предусилитель и набор фильтров. На рис. 2.3 для примера показано фото промышленного датчика ICS101, выпускаемого итальянской фирмой SISTEL, а на рис. 2.4 - фото датчика, спроектированного и изготовленного для станции мониторинга резонанса Шумана, расположенной в штате Айова, США.
Рис.2.3. Промышленный магнитный датчик ICS101
(за основу взята иллюстрация с сайта SISTEL)
Рис.2.4. Магнитный датчик станции мониторинга в штате Айова, США
(источник иллюстрации: Construction And Deployment Of An ULF Receiver For The Study Of Schumann Resonance In Iowa)
В качестве материала сердечника часто используют пермаллой, мю-металл или метглас. Эти материалы имеют магнитную проницаемость μ, измеряемую десятками и даже сотнями тысяч. Однако повышение уровня выходного сигнала за счет их использования достигает всего нескольких сотен, что связано с наличием фактора демагнетизации, определяемого геометрией сердечника по формуле:
|
[1] Nd = (d2/l2)[ln(2l/d)-1], где d и l - диаметр и длина сердечника соответственно.
Этот фактор уменьшает истиную (apparent) магнитную проницаемость μapp сердечника по отношению к внешнему магнитному полю катушки по формуле:
[2] μapp = μ/[1+Nd(μ-1)],
вследствие чего увеличение магнитной индукции в сердечнике с ростом его магнитной проницаемости начинает определяться не самой магнитной проницаемостью, а геометрией сердечника. Поэтому для удешевления датчика вместо дорогих сплавов с проницаемостью на уровне десятков и сотен тысяч могут применять гораздо более дешевые материалы с проницаемостью на уровне нескольких тысяч, например, ферриты. Это ведет к снижению чувствительности или требует увеличения числа витков катушки, но не пропорцианально изменению проницаемости, а всего лишь в несколько раз, что часто бывает экономически оправдано.
Амплитуда выходного сигнала датчика Um определяется по формуле:
[3] Um = 0.5π2fd2wμappBm,
где f - частота сигнала, Bm - амплитуда магнитной индукции измеряемой компоненты, w - число витков катушки, а d и μapp определены выше.
Значения амплитуд магнитной компоненты резонанса Шумана лежат в диапазоне единиц пТл (пикоТесла = 10-12 Тл), поэтому для получения приемлемого для последующего усиления уровня выходного сигнала (десятые доли микровольта) требуются катушки с числом витком, измеряемым десятками тысяч. Катушки с таким большим числом витков наматываются тонким проводом в несколько слоев, и, соответственно, имеют большую межвитковую емкость, что приводит к появлению собственных нежелательных резонансов. Для борьбы с паразитными резонансами применяют специальные методы намотки, а также оптимизацию параметров катушек по числу витков, диаметру провода, длине и диаметру намотки и др.
|
Задачей предварительной обработки сигнала является его усиление с минимальным уровнем шумов и последующая фильтрация с выделением заданной полосы частот и подавлением нежелательных детерминированных помех, например, сетевой помехи 50 Гц. Эта задача решается путем использования прецизионных малошумящих операционных усилителей и активных фильтров. В качестве примера реализации на рис. 2.5 приведена схема предварительной обработки сигнала датчика ICS101. Полученные с помощью данной схемы амплитудно-частотные характеристики датчика см. в описании датчика, а также на странице по ссылке под рисунком.
Рис.2.5. Схема предварительной обработки сигнала датчика ICS101
(источник иллюстрации: веб-страница INDUCTION COIL ICS101)
Индуктивные датчики рассмотренного типа, как правило, имеют полосу частот, начинающуюся с долей герца, чтобы кроме диапазона резонанса Шумана охватить также и диапазоны более низких частот - резонансов Альфвена и геомагнитных пульсаций. Если ограничиться минимальной частотой, необходимой только для регистрации резонанса Шумана (например, частотой 1Гц), то потребное количество витков обмотки может быть уменьшено на порядок и более, что может резко удешевить датчик и сократить его массу и габариты. Возможно и другое решение - исключение сердечника и увеличение диаметра катушки. Такой вариант широко практикуется радиолюбителями, увлекающимися приемом сверхнизкочастотных радиосигналов. Однако в научно-исследовательской практике и прикладных проектах такие решения практически не используются, т.к. наблюдение резонанса Шумана обычно проводится в комплексе с другими измерениями магнитного поля, требующими более низкочастотного диапазона.
Следует также отметить, что с первого взгляда привлекательной идеей представляется использование для измерения магнитной компоненты датчиков SQUID (superconducting quantum interference device). Они имеют очень высокую чувствительность (порядка 0,01 пТл), достаточную полосу частот (от 0 до 1000 Гц) и успешно применяются в ряде приложений, связанных с измерением сверхслабых магнитных полей. Однако необходимость охлаждения их до криогенных температур и высокий уровень шумов на данный момент пока не позволяют этому направлению конкурировать с простыми индуктивностями.
|
|
Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...
Типы оградительных сооружений в морском порту: По расположению оградительных сооружений в плане различают волноломы, обе оконечности...
История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...
Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!