Μαγνητόμετρο με σιδηρομαγνητικό πυρήνα και τρεις περιελίξεις. Αναζήτηση θησαυρών και θησαυρών: Μαγνητόμετρα - βασικές πληροφορίες. Τα μοντέρνα σχέδια fluxgate είναι συμπαγή

Πρόσφατα, δεν υπήρξαν σημαντικές αλλαγές στις αρχές της μέτρησης του μαγνητικού πεδίου. Στον τομέα των μαγνητικών ερευνών, έχουν καθιερωθεί μέθοδοι που βασίζονται στο φαινόμενο του μαγνητικού συντονισμού, στον οπτικό προσανατολισμό των ατόμων κ.λπ. για τον προσδιορισμό των μαγνητικών ιδιοτήτων των πετρωμάτων και των παρατηρήσεων σε πηγάδια, καθώς και στατικά μαγνητόμετρα και πετρώματα. Οι γεννήτριες χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της παραμένουσας μαγνήτισης. Ας σταθούμε λεπτομερέστερα σε μια τέτοια συσκευή όπως ένα μαγνητόμετρο.

Μαγνητόμετρο- συσκευή για τη μέτρηση των χαρακτηριστικών ενός μαγνητικού πεδίου και των μαγνητικών ιδιοτήτων των ουσιών (μαγνητικά υλικά). Ανάλογα με την τιμή που προσδιορίζεται, τα όργανα διακρίνονται για τη μέτρηση: ένταση πεδίου (oerstedmeters), κατεύθυνση πεδίου (inclinators and clinators), gradient field (gradientometers), μαγνητική επαγωγή (teslameters), μαγνητική ροή (Webermeters, ή fluxmeters), δύναμη καταναγκασμού (καταναγκαστικά μέτρα) , μαγνητική διαπερατότητα (mu-μέτρα), μαγνητική επιδεκτικότητα (κάπα-μέτρα), μαγνητική ροπή.

Με μια στενότερη έννοια, τα μαγνητόμετρα είναι όργανα για τη μέτρηση της ισχύος, της κατεύθυνσης και της κλίσης ενός μαγνητικού πεδίου.

Η πιο σημαντική παράμετρος ενός μαγνητομέτρου είναι η ευαισθησία του. Ταυτόχρονα, είναι σχεδόν αδύνατο να επισημοποιηθεί αυτή η παράμετρος και να γίνει ομοιόμορφη για όλα τα μαγνητόμετρα, και όχι μόνο επειδή τα μαγνητόμετρα διαφέρουν στην αρχή της λειτουργίας, αλλά και στο σχεδιασμό των μετατροπέων και τη λειτουργία επεξεργασίας σήματος. Για τα μαγνητόμετρα, η ευαισθησία συνήθως υποδηλώνεται με το μέγεθος της μαγνητικής επαγωγής του πεδίου που μπορεί να καταγράψει η συσκευή. Τυπικά, η ευαισθησία μετριέται σε nanotesla (nT) 1nT = (1E-9) T.

Το πεδίο της Γης είναι περίπου 35000nT (35µT). Αυτή είναι μια μέση τιμή - σε διάφορα μέρη του πλανήτη ποικίλλει στην περιοχή από 35000nT (35µT) - 60000nT (60µT). Έτσι, το καθήκον της αναζήτησης σιδηρομαγνητικών αντικειμένων είναι να ανιχνεύσει, στο φόντο του φυσικού πεδίου της Γης, μια αύξηση στο πεδίο που προκαλείται από παραμορφώσεις από σιδηρομαγνητικά αντικείμενα.

Υπάρχουν διάφορες φυσικές αρχές και τύποι μαγνητομετρικών οργάνων που βασίζονται σε αυτές που καθιστούν δυνατή την καταγραφή ελάχιστων αλλαγών στο μαγνητικό πεδίο της Γης ή παραμορφώσεων που εισάγονται από σιδηρομαγνητικά αντικείμενα. Τα σύγχρονα μαγνητόμετρα έχουν ευαισθησία από 0,01nT έως 1nT, ανάλογα με την αρχή λειτουργίας και την κατηγορία των προβλημάτων που επιλύονται.

Υπάρχουν μαγνητόμετρα για τη μέτρηση των απόλυτων τιμών των χαρακτηριστικών του πεδίου και των σχετικών μεταβολών του πεδίου στο χώρο ή στο χρόνο. Τα τελευταία ονομάζονται μαγνητικά μεταβλητόμετρα. Τα μαγνητόμετρα ταξινομούνται επίσης ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας και, τέλος, σύμφωνα με τα φυσικά φαινόμενα στα οποία βασίζεται η λειτουργία τους.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι μαγνητομέτρων που βασίζονται σε διαφορετικές αρχές λειτουργίας, όπως: πύλη ροής, μαγνητοεπαγωγικά, φαινόμενο Hall, μαγνητομετρικά, κβαντικά (Proton).

Ας σταθούμε λεπτομερώς στους μετατροπείς μαγνητικού πεδίου ροής, εξετάστε την αρχή λειτουργίας, το σχεδιασμό και την τεχνολογία μέτρησης.

Η ανακάλυψη των ιδιοτήτων υψηλής μαγνητικής διαπερατότητας σε κράματα σιδήρου-νικελίου - μόνιμα κράματα οδήγησε στη δημιουργία μαγνητομέτρων ροής ή ροής, η λειτουργία των οποίων οι αισθητήρες βασίζεται στην επίδραση της αντίδρασης της μαγνητικής διαπερατότητας των πυρήνων μόνιμου κράματος στο δράση του σταθερού μαγνητικού πεδίου της Γης όταν τροφοδοτείται από εναλλασσόμενο ρεύμα.

Ο μετατροπέας μαγνητικού πεδίου ροής ή πύλη ροής έχει σχεδιαστεί για να μετρά και να υποδεικνύει σταθερά και αργά μεταβαλλόμενα μαγνητικά πεδία και τις κλίσεις τους. Η δράση μιας πύλης ροής βασίζεται σε μια αλλαγή στη μαγνητική κατάσταση ενός σιδηρομαγνήτη υπό την επίδραση δύο μαγνητικών πεδίων διαφορετικών συχνοτήτων. Ανάλογα με το μέγεθος της εφαρμοζόμενης τάσης, η πύλη ροής μπορεί να λειτουργήσει σύμφωνα με τις αρχές του τύπου κορυφής και της δεύτερης αρμονικής. Οι συσκευές που λειτουργούν με βάση τη δεύτερη αρμονική αρχή έχουν γίνει ευρύτερα χρησιμοποιούμενες(3).

Οι σιδηρομαγνητικοί ανιχνευτές χαρακτηρίζονται από:

Υψηλή ευαισθησία - η ελάχιστη αλλαγή στο μετρούμενο στοιχείο πεδίου που μπορεί να καταγράψει η συσκευή όταν αλλάζει το στοιχείο ισχύος η ευαισθησία των καλύτερων συσκευών είναι 1 nT, για γωνιακή τιμή - 01 sec.

Δυνατότητα ακριβούς βαθμονόμησης (0,1%).

Χαμηλός συντελεστής θερμοκρασίας, μικρότερος από 0,01 nT/deg. Κελσίου στο εύρος θερμοκρασίας από -20 έως +50 βαθμούς. Κελσίου;

Χαμηλό επίπεδο θορύβου.

Μικρό σε μέγεθος (10-20 cm) και βάρος (1-2 kg με μονάδα μέτρησης).

Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας (2).

Στο Σχ. Το Σχήμα 1 δείχνει σχηματικά ορισμένες επιλογές σχεδίασης για πύλες ροής.

Ρύζι. 1

Στην απλούστερη εκδοχή του, μια πύλη ροής αποτελείται από έναν σιδηρομαγνητικό πυρήνα και δύο πηνία που βρίσκονται πάνω του: ένα πηνίο διέγερσης που τροφοδοτείται από εναλλασσόμενο ρεύμα και ένα πηνίο μέτρησης (σήμα). Ο πυρήνας fluxgate είναι κατασκευασμένος από υλικά με υψηλή μαγνητική διαπερατότητα. Μια εναλλασσόμενη τάση με συχνότητα από 1 έως 300 kHz παρέχεται στο πηνίο διέγερσης από μια ειδική γεννήτρια (ανάλογα με το επίπεδο των παραμέτρων και τον σκοπό της συσκευής). Ελλείψει μετρούμενου μαγνητικού πεδίου, ο πυρήνας, υπό την επίδραση ενός εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου H που δημιουργείται από το ρεύμα στο πηνίο διέγερσης, επαναμαγνητίζεται σε έναν συμμετρικό κύκλο. Μια αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο που προκαλείται από την αντιστροφή της μαγνήτισης του πυρήνα κατά μήκος μιας συμμετρικής καμπύλης προκαλεί ένα emf στο πηνίο σήματος που ποικίλλει σύμφωνα με έναν αρμονικό νόμο. Εάν ταυτόχρονα ένα μετρούμενο σταθερό ή αργά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο Ho δρα στον πυρήνα, τότε η καμπύλη αντιστροφής μαγνήτισης αλλάζει μέγεθος και σχήμα και γίνεται ασύμμετρη. Σε αυτή την περίπτωση, το μέγεθος και η αρμονική σύνθεση του EMF στο πηνίο σήματος αλλάζει. Συγκεκριμένα, εμφανίζονται ακόμη και αρμονικές συνιστώσες του EMF, το μέγεθος των οποίων είναι ανάλογο με την ισχύ του μετρούμενου πεδίου και οι οποίες απουσιάζουν κατά τη διάρκεια ενός κύκλου αντιστροφής συμμετρικής μαγνήτισης.

Τα Fluxgates χωρίζονται σε:

ράβδος ενός στοιχείου (α)

διαφορικό με ανοιχτό πυρήνα (β)

διαφορικό με κλειστό (δακτύλιο) πυρήνα (γ).

Μια διαφορική πύλη ροής (Εικ. β, γ), κατά κανόνα, αποτελείται από δύο πυρήνες με περιελίξεις που συνδέονται με τέτοιο τρόπο ώστε οι περιττές αρμονικές συνιστώσες πρακτικά να αντισταθμίζονται. Αυτό απλοποιεί τον εξοπλισμό μέτρησης και αυξάνει την ευαισθησία της πύλης ροής. Οι ανιχνευτές Fluxgate χαρακτηρίζονται από πολύ υψηλή ευαισθησία στα μαγνητικά πεδία. Είναι ικανά να καταγράφουν μαγνητικά πεδία με εντάσεις έως 10-4-10-5 A/m (~10-10-10-11 T).

Τα μοντέρνα σχέδια fluxgate είναι συμπαγή. Ο όγκος της πύλης ροής με την οποία είναι εξοπλισμένα τα οικιακά μαγνητόμετρα G73 είναι μικρότερος από 1 cm 3 και η πύλη ροής τριών συστατικών για το μαγνητόμετρο G74 χωράει σε έναν κύβο με πλευρά 15 mm

Ως παράδειγμα στο Σχ. Το σχήμα 2 δείχνει το σχέδιο και τις διαστάσεις μιας μικροσκοπικής ράβδου fluxgate.

Ρύζι. 2

Ο σχεδιασμός του fluxgate είναι αρκετά απλός και δεν απαιτεί ιδιαίτερη εξήγηση. Ο πυρήνας του είναι κατασκευασμένος από μόνιμο κράμα. Έχει διατομή που ποικίλλει κατά το μήκος του, μειώνεται κατά περίπου 10 φορές στο κεντρικό τμήμα του πυρήνα, πάνω στο οποίο τυλίγονται το τύλιγμα μέτρησης και το τύλιγμα διέγερσης. Αυτός ο σχεδιασμός παρέχει, με σχετικά μικρό μήκος (30 mm), υψηλή μαγνητική διαπερατότητα (1,5x105) και χαμηλή τιμή της έντασης του πεδίου κορεσμού στο κεντρικό τμήμα του πυρήνα, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση της ευαισθησίας φάσης και χρόνου του το fluxgate. Λόγω αυτού, το σχήμα των παλμών εξόδου στην περιέλιξη μέτρησης της πύλης ροής βελτιώνεται, γεγονός που καθιστά δυνατή τη μείωση των σφαλμάτων στο κύκλωμα παραγωγής σήματος χρόνου-παλμού. Το εύρος μέτρησης των μετατροπέων fluxgate τυπικού σχεδιασμού είναι ±50… ±100 A/m (±0,06… ±0,126 mT Η πυκνότητα μαγνητικού θορύβου στη ζώνη συχνοτήτων έως 0,1 Hz για πύλες ροής με πυρήνες ράβδου είναι 30 - 40 μA). / m (m x Hz1/2) ανάλογα με το πεδίο διέγερσης, μειώνεται όσο αυξάνεται το τελευταίο. Στη ζώνη συχνοτήτων έως 0,5 Hz, η πυκνότητα θορύβου είναι 3 - 3,5 φορές μεγαλύτερη. Μια πειραματική μελέτη των πυλών ροής δακτυλίου αποκάλυψε ότι το επίπεδο θορύβου τους είναι μια τάξη μεγέθους χαμηλότερο από αυτό των πυλών ροής με πυρήνες ράβδου (3).

Οι σιδηρομαγνητικοί ανιχνευτές χαρακτηρίζονται από:

Δυνατότητα ακριβούς βαθμονόμησης (0,1%).

Χαμηλό επίπεδο θορύβου.

Μικρό σε μέγεθος (10-20 cm) και βάρος (1-2 kg με μονάδα μέτρησης).

Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας (2).

Στο Σχ. Το Σχήμα 1 δείχνει σχηματικά ορισμένες επιλογές σχεδίασης για πύλες ροής.

Τα Fluxgates χωρίζονται σε:

ράβδος ενός στοιχείου (α)

διαφορικό με ανοιχτό πυρήνα (β)

διαφορικό με κλειστό (δακτύλιο) πυρήνα (γ).

Ως παράδειγμα στο Σχ. Το σχήμα 2 δείχνει το σχέδιο και τις διαστάσεις μιας μικροσκοπικής ράβδου fluxgate.

Συσκευές για τον προσδιορισμό του διανύσματος MF με χρήση αισθητήρων fluxgate

Οι αρχές λειτουργίας συσκευών που χρησιμοποιούν μετατροπείς μαγνητικού πεδίου πύλης ροής συζητούνται σε πολλές τεχνικές δημοσιεύσεις. Επομένως, ως παράδειγμα, θα δώσουμε πολύ σύντομες περιγραφές των αρχών λειτουργίας πολλών τέτοιων συσκευών.

Ο σχεδιασμός του απλούστερου αισθητήρα κατεύθυνσης πύλης ροής που χρησιμοποιείται σε έναν πλοηγό αυτοκινήτου φαίνεται στο Σχ. 3

Ρύζι. 3 Αισθητήρας MF ενός πλοηγού αυτοκινήτου: α - μέθοδος υπολογισμού του αζιμουθίου του προορισμού. β - συσκευή αισθητήρα: b - κατεύθυνση του οχήματος σε σχέση με τον διακομιστή. γ - κατεύθυνση προς τον προορισμό σε σχέση με τα βόρεια. r - σχετικό αζιμούθιο (αζιμούθιο προορισμού)

Ρύζι. 4 Αρχή λειτουργίας του fluxgate navigator

Ρύζι. 5 Διαγράμματα της τάσης εξόδου του αισθητήρα fluxgate: a - στο Hx > 0; b - για Нx, y > 0

Ο αισθητήρας πλοήγησης (Εικ. 3) είναι ένας δακτύλιος κατασκευασμένος από υλικό υψηλής μαγνητικής διαπερατότητας, πάνω στον οποίο τυλίγεται ένα τύλιγμα διέγερσης και δύο περιελίξεις μέτρησης (3) είναι κάθετα μεταξύ τους.

Αρχή λειτουργίας ενός σιδηρομαγνητικού καθετήρα

Η αρχή λειτουργίας του αισθητήρα είναι η εξής: εάν εφαρμοστεί εναλλασσόμενη τάση στο τύλιγμα διέγερσης, η μαγνητική ροή στον πυρήνα θα αλλάξει και, λόγω της εμφάνισης ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, θα εμφανιστεί μια «επαγόμενη» τάση στην έξοδο του τις περιελίξεις μέτρησης. Ελλείψει εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, η τάση στις περιελίξεις μέτρησης θα απουσιάζει επίσης, καθώς μια αλλαγή στη μαγνητική ροή σε αυτή την περίπτωση προκαλεί την εμφάνιση τάσεων αντίθετης πολικότητας στα σημεία S1, S2 του πυρήνα, τα οποία αντισταθμίζουν η μία την άλλη . Εάν ένα μαγνητικό πεδίο με ένταση H εφαρμοστεί κάθετα στο τύλιγμα μέτρησης X, τότε προστίθεται στο μαγνητικό πεδίο διέγερσης και οι αλλαγές στη μαγνητική ροή γίνονται ασύμμετρες (βλ. 5). Ως αποτέλεσμα, μια τάση εξόδου εμφανίζεται ανάλογη με την παράγωγο της διαφοράς στις μαγνητικές ροές.

Εάν ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο H εφαρμοστεί σε γωνία I, τότε στις περιελίξεις μέτρησης X και Y εμφανίζονται τάσεις ίσες με, αντίστοιχα:

Για ορισμένες γεωμετρικές διαστάσεις του πυρήνα, ο συντελεστής απομαγνήτισης μπορεί να είναι τόσο μικρός που όταν ο πυρήνας τοποθετηθεί σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, το πεδίο απομαγνήτισης θα απουσιάζει πρακτικά. Το συνολικό μαγνητικό πεδίο στον πυρήνα θα είναι ίσο με το εξωτερικό πεδίο. Εάν ο πυρήνας βρίσκεται κατά μήκος του πεδίου, αντιλαμβάνεται την πλήρη τιμή του πεδίου, όταν υπό γωνία αντιλαμβάνεται την αντίστοιχη συνιστώσα. Όταν ο πυρήνας τοποθετείται κάθετα στο πεδίο, το εξωτερικό πεδίο δεν τον επηρεάζει. Οι παραπάνω συνθήκες καθιστούν δυνατή τη διασφάλιση ενός αιχμηρού σχεδίου ακτινοβολίας της πύλης ροής, καθιστώντας την κατάλληλη για τη μέτρηση των στοιχείων του μαγνητικού πεδίου και των αντίστοιχων γωνιών τους. Η θεωρία των fluxgates βασίζεται στην ανάπτυξη του V.K. Το δόγμα του Arkadyev για μαγνητισμό σιδηρομαγνητικών σωμάτων πεπερασμένων μεγεθών.

Η γενική αρχή λειτουργίας μιας πύλης ροής είναι παρόμοια με την αρχή λειτουργίας ενός μαγνητικού ενισχυτή, στον οποίο το ηλεκτρικό κύκλωμα ελέγχου αντικαθίσταται από ένα ανοιχτό μαγνητικό κύκλωμα (3).

Τεχνολογία σιδηρομαγνητικών ανιχνευτών

Το απλούστερο μαγνητόμετρο ροής αποτελείται από μια γεννήτρια που παρέχει εναλλασσόμενο ρεύμα στον αισθητήρα πύλης ροής, από όπου το σήμα εισέρχεται στην κυψέλη φίλτρου, στο κανάλι ενίσχυσης-μετατροπής και στη συσκευή εγγραφής. Ο αισθητήρας λαμβάνει επίσης ρεύμα αντιστάθμισης από την αρχική συσκευή αντιστάθμισης. Ο αριθμός των αισθητήρων fluxgate καθορίζεται από το σκοπό και το σχεδιασμό της συσκευής.

Δομικά, ο αισθητήρας fluxgate μπορεί να βρίσκεται στην ίδια συσκευασία με το ηλεκτρονικό κύκλωμα ή να σχηματίζει μια ξεχωριστή μονάδα που συνδέεται με ένα καλώδιο στην ηλεκτρονική μονάδα. Οι αισθητήρες Fluxgate στα μαγνητόμετρα επιφάνειας και κάτω οπής είναι αυτοευθυγραμμιζόμενοι. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται αντίζυμα ή εκκεντρικές συσκευές. Στα μαγνητικά κλισιόμετρα, οι αισθητήρες είναι τοποθετημένοι σε μια περιστρεφόμενη ράβδο.

Ας πάρουμε για παράδειγμα έναν θεοδόλιθο ροής, ο οποίος είναι ένας γεωδαιτικός θεοδόλιθος χωρίς μαγνητικά μέρη με έναν αισθητήρα πύλης ροής εγκατεστημένο στον σωλήνα του, που λειτουργεί σύμφωνα με το δεύτερο αρμονικό κύκλωμα και μια ηλεκτρονική μονάδα καταγραφής. Οι μετρήσεις εκτελούνται με τη μέθοδο μηδέν, όταν ο άξονας της πύλης ροής είναι κάθετος στο διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής του γήινου πεδίου, στην έξοδο του μετρούμενου ρεύματος πηνίου I = 0. Η ηλεκτρονική μονάδα στερεώνει έτσι μηδενικό ρεύμα στη θέση του άξονα του αισθητήρα κάθετα στο διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής T: όταν ο σωλήνας και ο αισθητήρας βρίσκονται σε οριζόντια θέση, η κατεύθυνση του μαγνητικού μεσημβρινού είναι σταθερή και η κλίση καθορίζεται στην κατακόρυφη επίπεδο του μαγνητικού μεσημβρινού.

Ο αισθητήρας είναι προσαρτημένος στον σωλήνα θεοδόλιτου σε ένα ειδικό φορείο, το οποίο σας επιτρέπει να προσαρμόσετε τις γωνίες του αισθητήρα σε σχέση με τον οπτικό άξονα του θεοδολίτη.

Ο άξονας του σιδηρομαγνητικού αισθητήρα, κατ' αρχήν, δεν μπορεί να συμπίπτει με τον οπτικό άξονα του θεοδολίτη. Η θέση του αισθητήρα στο τηλεσκόπιο χαρακτηρίζεται από:

Το μέγεθος της μετατόπισης του γεωμετρικού κέντρου της πύλης ροής από το οπτικό κέντρο του σωλήνα στο κατακόρυφο επίπεδο περιστροφής κατά μήκος και κατά μήκος του οπτικού άξονα και στο οριζόντιο επίπεδο·

Γωνίες στο οριζόντιο και κατακόρυφο επίπεδο, αυτές οι γωνίες σχηματίζει ο άξονας της πύλης ροής με τον οπτικό άξονα του σωλήνα (2).

Ας εξετάσουμε την τεχνολογία μέτρησης σε άλλο οικιακό μαγνητόμετρο, όπως το M-17.

Για τη μέτρηση του κατακόρυφου εξαρτήματος, η πύλη ροής προσανατολίζεται κατακόρυφα με ένα ειδικό εκκρεμές τοποθετημένο σε ανάρτηση αντίζυγο. Το τελευταίο είναι εξοπλισμένο με συσκευή απόσβεσης για γρήγορη απόσβεση των κραδασμών. Η πύλη ροής είναι συνδεδεμένη με τη μονάδα μέτρησης. Περιλαμβάνει μια γεννήτρια ήχου, έναν διακόπτη υποζώνης, έναν διακόπτη αντιστάθμισης μαγνητικού πεδίου και μια συσκευή ένδειξης μέτρησης.

Τα εγχώρια εναέρια μαγνητόμετρα κατασκευάστηκαν με την αρχή fluxgate - AEM-49, AM-13, AMM-13, AST-46, AMF-21, κ.λπ. Στα αερομαγνητόμετρα, η μέτρηση fluxgate με χρήση ειδικών συσκευών cardan και δύο επιπλέον αμοιβαία κάθετες πύλες ροής είναι εγκατεστημένη κατά μήκος του πλήρους διανύσματος των πεδίων έντασης του μαγνητικού πεδίου της Γης. Τοποθετείται σε μια ειδική γόνδολα και ρυμουλκείται πίσω από το αεροσκάφος σε ένα καλώδιο μήκους 40 - 50 m Το ηλεκτρικό σήμα από αυτή τη μονάδα ταξιδεύει μέσω του καλωδίου στην κονσόλα του μαγνητομέτρου που είναι εγκατεστημένη στο αεροσκάφος, όπου ενισχύεται από έναν ηλεκτρονικό ενισχυτή, ισιώνοντας. και αποστέλλεται σε συσκευή αυτόματης αντιστάθμισης και ειδική συσκευή εγγραφής. Στην ταινία, εκτός από την ένταση πεδίου, καταγράφονται το ύψος πτήσης, οι χρονικές σημάνσεις, τα σημάδια ορόσημων ή οι σύγχρονες αεροφωτογραφίες. Τα αερομαγνητόμετρα εγκαθίστανται σε ελαφρά αεροσκάφη ή ελικόπτερα. Τα σφάλματα μέτρησης με εναέρια μαγνητόμετρα δεν υπερβαίνουν τα 20 nT.

Οι συσκευές Fluxgate μετρούν τις σχετικές αλλαγές σε οποιοδήποτε στοιχείο του μαγνητικού πεδίου. Η ευαισθησία των μαγνητομέτρων εξαρτάται από τον τύπο της πύλης ροής και μετράται από λίγα nT έως 200 nT.

Οι μαγνητικοί ανιχνευτές εξερεύνησης χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους τομείς έρευνας, τόσο στον φλοιό της γης όσο και για διαστημική έρευνα.

Οι ανιχνευτές Fluxgate χρησιμοποιούνται σε συσκευές για έρευνες εδάφους (ο καθετήρας τοποθετείται σε αντίζυγο, σε τηλεσκόπιο θεοδόλιτου), στη μαγνητομετρία γεώτρησης για τον έλεγχο της κατεύθυνσης των οπών διάτρησης, της μαγνητικής επιδεκτικότητας των πετρωμάτων και των στοιχείων του εσωτερικού πεδίου κατά μήκος του άξονα της γεώτρησης. σε αερομεταφερόμενους γεωφυσικούς σταθμούς, για αυτόματο προσανατολισμό τεχνητών γήινων δορυφόρων, σε διεθνείς διαστημικούς σταθμούς, καθώς και σε ανίχνευση μαγνητικών ελαττωμάτων για ανίχνευση επιφανειακών ελαττωμάτων, ποιοτικό έλεγχο ελασμένων και συγκολλημένων σωλήνων, διαγνωστικά σιδηροδρομικών γραμμών κ.λπ. (1).

Βιβλιογραφία

αισθητήρας ροής μαγνητομέτρου

1 Gershanok L.A. Magnetic prospecting: Textbook / Perm: Perm State University, 2006. 364 p.

2. Ladyshkin A.V., Popova A.A., Semakov N.N. και άλλα Διανυσματικές μαγνητικές μετρήσεις με θεοδολίτες ροής: Μεθοδολογικό εγχειρίδιο / Novosibirsk: Novosibirsk State University, 2005, 89 p.

3. Μέθοδοι γεωφυσικής έρευνας // μαγνητική αναζήτηση // σιδηρομαγνητικά μαγνητόμετρα / υλικά από το Διαδίκτυο

Παρόμοια έγγραφα

Μια τεχνική για τη μέτρηση των μαγνητικών ιδιοτήτων ουσιών σε εναλλασσόμενο και σταθερό μαγνητικό πεδίο χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ενός μαγνητικού ρευστού. Μελέτη της μεταβολής της μαγνητικής ροής που διέρχεται από τις στροφές του πηνίου μέτρησης όταν το δοχείο με το δείγμα αφαιρείται γρήγορα από αυτό.

εργαστηριακές εργασίες, προστέθηκε 26/08/2009

Μετρήσεις στη λειτουργία ενός αργά μεταβαλλόμενου εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. Αιτιολόγηση και υπολογισμός των στοιχείων της μετρητικής εγκατάστασης. Αντιστροφή μαγνήτισης σε κλειστό μαγνητικό κύκλωμα. Απαιτήσεις για σύστημα μέτρησης μαγνητικής επαγωγής. Μονάδα μαγνήτισης και ελέγχου.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 29/03/2015

Εκδηλώσεις του μαγνητικού πεδίου, παράμετροι που το χαρακτηρίζουν. Χαρακτηριστικά σιδηρομαγνητικών (μαλακών και σκληρών μαγνητικών) υλικών. Οι νόμοι του Kirchhoff και του Ohm για τα μαγνητικά κυκλώματα συνεχούς ρεύματος, η αρχή του υπολογισμού τους, η αναλογία τους με τα ηλεκτρικά κυκλώματα.

δοκιμή, προστέθηκε στις 10/10/2010

Η ουσία της μεθόδου επαγωγικής συχνότητας για τη μέτρηση της μαγνητικής επιδεκτικότητας και η αρχή λειτουργίας της εγκατάστασης Etalon-1B. Ανάπτυξη λογισμικού για αυτόματη καταγραφή καμπυλών ευαισθησίας. Βαθμονόμηση αισθητήρα μαγνητικού πεδίου εφέ Hall.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 18/06/2015

Χαρακτηριστικά του μαγνητικού πεδίου και τα φαινόμενα που συμβαίνουν σε αυτό. Αλληλεπίδραση ρευμάτων, πεδίο συνεχούς ρεύματος και κυκλικό ρεύμα. Υπέρθεση μαγνητικών πεδίων. Κυκλοφορία του διανύσματος έντασης μαγνητικού πεδίου. Η επίδραση των μαγνητικών πεδίων στα κινούμενα ρεύματα και φορτία.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 02/12/2014

Προσδιορισμός της παρουσίας και της κατεύθυνσης του μαγνητικού πεδίου της ετικέτας. Δημιουργία σταθερού μαγνητικού πεδίου που αντισταθμίζει την επίδραση σταθερών εξωτερικών μαγνητικών πεδίων. Σχηματικό διάγραμμα της μονάδας φόρτισης-εκφόρτισης της συσκευής. Προσδιορισμός εκφόρτισης αποθηκευτικής ικανότητας.

εργαστηριακές εργασίες, προστέθηκε 18/06/2015

Γεωμαγνητικό πεδίο της γης. Αιτίες μαγνητικών ανωμαλιών. Διεύθυνση του διανύσματος τάσης της γης. Τεχνολογικά και ανθρωπογενή πεδία. Κατανομή μαγνητικού πεδίου κοντά σε εναέριες γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας. Η επίδραση των μαγνητικών πεδίων στη χλωρίδα και την πανίδα.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 19/09/2012

Έννοια και λειτουργικά χαρακτηριστικά των μαγνητικών εκκινητήρων AC, οι σκοποί και η σημασία τους. Σχεδιασμός και αρχή λειτουργίας εκκινητών, οι ποικιλίες τους: αναστρέψιμες και μη αναστρέψιμες. Κύρια σειρά μαγνητικών εκκινητήρων, χαρακτηριστικά: PME, PMA, PM12.

περίληψη, προστέθηκε 27/10/2013

Κβαντισμός μαγνητικής ροής. Θερμοδυναμική θεωρία υπεραγωγιμότητας. Το φαινόμενο Josephson ως υπεραγώγιμο κβαντικό φαινόμενο. Υπεραγώγιμοι ανιχνευτές κβαντικών παρεμβολών, οι εφαρμογές τους. Μια συσκευή για τη μέτρηση ασθενών μαγνητικών πεδίων.

δοκιμή, προστέθηκε 02/09/2012

Μια μελέτη της ουσίας του μαγνητικού πεδίου, το οποίο δημιουργείται από κινούμενα ηλεκτρικά φορτία. Χαρακτηριστικά των μαγνητικών γραμμών - περιγράμματα που σχηματίζονται υπό την επίδραση μαγνητικών δυνάμεων. Σημάδια μαγνητικής επαγωγής - μια τιμή που χαρακτηρίζει ένα μαγνητικό πεδίο.

Ρύζι. 3.15. Αρχή λειτουργίας ενός μαγνητόμετρου fluxgate

τύπος δεύτερης αρμονικής.

Η αρχή λειτουργίας του fluxgate είναι η εξής. Χρησιμοποιώντας μια εξωτερική πηγή, ένα ρεύμα συχνότητας w (τις περισσότερες φορές 400 Hz) διέρχεται μέσω της κύριας (συναρπαστικής) περιέλιξης. Εάν δεν υπάρχει εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, τότε η αρχική μαγνήτιση των πυρήνων είναι μηδέν. Όταν ένα ρεύμα συχνότητας w διέρχεται σε κάθε μισό κύκλο, οι παλμοί επαγωγής στους πυρήνες κατευθύνονται προς την αντίθετη κατεύθυνση και αντισταθμίζουν ο ένας τον άλλον (Εικ. 3.15 β). Επομένως, η συνολική επαγωγή στο χώρο που βρίσκεται πλησιέστερα στους πυρήνες σε κάθε χρονική στιγμή είναι μηδέν και το σήμα δεν επάγεται στο τύλιγμα μέτρησης, δηλ. είναι επίσης μηδέν.

Όταν εμφανίζεται ένα εξωτερικό πεδίο Τ (το οποίο πρέπει να μετρηθεί) σε κάθε μισό κύκλο, αυτό το πεδίο συμπίπτει με την επαγωγή ενός από τους πυρήνες και η επαγωγή του άλλου πυρήνα κατευθύνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση, που ισοδυναμεί με μετατόπιση στην επαγωγή των πυρήνων. Η συνολική (συνολική B S) επαγωγή στο χώρο κοντά στους πυρήνες, αθροίζοντας, σχηματίζει μια εναλλασσόμενη μαγνητική ροή, που μεταβάλλεται με συχνότητα 2w (Εικ. 3.15. β). Αυτή η ροή προκαλεί ένα ηλεκτρικό σήμα στην περιέλιξη μέτρησης με συχνότητα 2w και πλάτος ανάλογο με τη "μετατόπιση" της επαγωγής στις περιελίξεις - το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο T.

Για να μετρήσετε αυτό το πεδίο, χρειάζεται μόνο να επιλέξετε ένα σήμα με συχνότητα 2w (800 Hz) χρησιμοποιώντας ένα φίλτρο (F), να το ενισχύσετε με έναν ενισχυτή (U), να προσδιορίσετε το πρόσημο του πεδίου (φάση) με φάση- ευαίσθητο ανιχνευτή (PSD) και μετρήστε το πλάτος του με ένα μέτρο (I). Σε αυτή την περίπτωση, η συσκευή που μετράει το πλάτος του σήματος μπορεί να βαθμονομηθεί σε μονάδες έντασης μαγνητικού πεδίου ή επαγωγής. Μια τέτοια πύλη ροής ονομάζεται "πύλη ροής δεύτερου αρμονικού τύπου".

Ένα χρήσιμο χαρακτηριστικό μιας τέτοιας πύλης ροής για μαγνητικές έρευνες είναι ότι μπορεί να μετρήσει τη συνιστώσα της έντασης του μαγνητικού πεδίου που κατευθύνεται κατά μήκος του άξονα του καθετήρα. Δηλαδή, εάν το πεδίο Τ κατευθύνεται κάθετα στους πυρήνες, τότε δεν θα υπάρχει «μετατόπιση» επαγωγής στις περιελίξεις και δεν θα υπάρχει σήμα στη δευτερεύουσα περιέλιξη.

Αυτό το χαρακτηριστικό καθιστά δυνατή τη διεξαγωγή των λεγόμενων μετρήσεων συνιστωσών (δηλαδή μετρήσεων τριών συνιστωσών κατά μήκος των αξόνων) της επαγωγής του μαγνητικού πεδίου, κάτι που είναι ένα από τα πλεονεκτήματα της μεθόδου. Το μειονέκτημα της μεθόδου είναι η παρουσία μηδενικής μετατόπισης της συσκευής, η οποία, ακόμη και με υψηλό όριο ευαισθησίας της συσκευής 1 nT, δεν επιτρέπει μετρήσεις με υψηλή ακρίβεια.

Το fluxgate έχει επίσης άλλα ονόματα: μαγνητικός ανιχνευτής κορεσμού, αισθητήρας μαγνητικής διαμόρφωσης (MMD). Στην ξένη βιβλιογραφία ονομάζεται flux - date (flux gate) - flow-passing.

Στα μαγνητόμετρα αυτού του τύπου, το μαγνητικά ευαίσθητο στοιχείο είναι μια πύλη ροής, η οποία αποτελείται από δύο λεπτές και μακριές ράβδους από μόνιμο κράμα (κράμα σιδήρου-νικελίου - μαλακός μαγνητικός σιδηρομαγνήτης), πάνω στους οποίους τυλίγεται η κύρια συναρπαστική περιέλιξη προς την αντίθετη κατεύθυνση . Επιπλέον, και οι δύο πυρήνες, μαζί με το πρωτεύον τύλιγμα, καλύπτονται από ένα δευτερεύον (μετρητικό) τύλιγμα (Εικ. 4.4α). Οι μαλακοί μαγνητικοί σιδηρομαγνήτες χαρακτηρίζονται από το γεγονός ότι ο βρόχος υστέρησης για αυτούς είναι τόσο στενός που μπορεί να θεωρηθεί ως μία καμπύλη (Εικ. 4.4β). Η αρχή λειτουργίας του fluxgate είναι η εξής. Χρησιμοποιώντας μια εξωτερική πηγή, ένα ρεύμα με συχνότητα συχνότερα 400 Hz διέρχεται μέσω της κύριας (συναρπαστικής) περιέλιξης. Εάν δεν υπάρχει εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, τότε η αρχική μαγνήτιση των πυρήνων είναι μηδέν. Όταν διέρχεται ρεύμα συχνότητας σε κάθε μισό κύκλο, οι παλμοί επαγωγής στους πυρήνες κατευθύνονται προς την αντίθετη κατεύθυνση και αντισταθμίζουν ο ένας τον άλλον (Εικ. 4.4β). Επομένως, η συνολική επαγωγή στο χώρο που βρίσκεται πλησιέστερα στους πυρήνες σε κάθε χρονική στιγμή είναι μηδέν και το σήμα δεν επάγεται στο τύλιγμα μέτρησης, δηλ. είναι επίσης μηδέν. Όταν εμφανίζεται ένα εξωτερικό πεδίο Τ (το οποίο πρέπει να μετρηθεί) σε κάθε μισό κύκλο, αυτό το πεδίο συμπίπτει με την επαγωγή ενός από τους πυρήνες και η επαγωγή του άλλου πυρήνα κατευθύνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση, που ισοδυναμεί με μετατόπιση στην επαγωγή των πυρήνων. Η συνολική (σύνολο Β) επαγωγή στο χώρο κοντά στους πυρήνες, αθροίζοντας, σχηματίζει μια εναλλασσόμενη μαγνητική ροή, που μεταβάλλεται με τη συχνότητα 2 (Εικ. 4.2. β). Αυτή η ροή προκαλεί ένα ηλεκτρικό σήμα στην περιέλιξη μέτρησης με συχνότητα 2 και πλάτος ανάλογο με τη "μετατόπιση" της επαγωγής στις περιελίξεις - το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο T.

Για να μετρήσετε αυτό το πεδίο, χρειάζεται μόνο να επιλέξετε ένα σήμα με συχνότητα 2 (800 Hz) χρησιμοποιώντας ένα φίλτρο (F), να το ενισχύσετε με έναν ενισχυτή (U), να προσδιορίσετε το πρόσημο του πεδίου (φάση) με έναν ανιχνευτή ευαίσθητο στη φάση (PSD) και μετρήστε το πλάτος του με ένα μέτρο (I). Σε αυτή την περίπτωση, η συσκευή που μετράει το πλάτος του σήματος μπορεί να βαθμονομηθεί σε μονάδες έντασης μαγνητικού πεδίου ή επαγωγής. Μια τέτοια πύλη ροής ονομάζεται "πύλη ροής δεύτερου αρμονικού τύπου". Ένα χρήσιμο χαρακτηριστικό μιας τέτοιας πύλης ροής για μαγνητικές έρευνες είναι ότι μπορεί να μετρήσει τη συνιστώσα της έντασης του μαγνητικού πεδίου που κατευθύνεται κατά μήκος του άξονα του καθετήρα. Δηλαδή, εάν το πεδίο Τ κατευθύνεται κάθετα στους πυρήνες, τότε δεν θα υπάρχει «μετατόπιση» επαγωγής στις περιελίξεις και

Ρύζι. 4.4. Αρχή λειτουργίας ενός δεύτερου αρμονικού τύπου fluxgate μαγνητόμετρου.

δεν θα υπάρχει σήμα στο δευτερεύον τύλιγμα. Αυτό το χαρακτηριστικό καθιστά δυνατή τη διεξαγωγή των λεγόμενων μετρήσεων συνιστωσών (δηλαδή μετρήσεων τριών συνιστωσών κατά μήκος των αξόνων) της επαγωγής του μαγνητικού πεδίου, κάτι που είναι ένα από τα πλεονεκτήματα της μεθόδου. Το μειονέκτημα της μεθόδου είναι η παρουσία μηδενικής μετατόπισης της συσκευής, η οποία, ακόμη και με υψηλό όριο ευαισθησίας της συσκευής 1 nT, δεν επιτρέπει μετρήσεις με υψηλή ακρίβεια. Το fluxgate έχει επίσης άλλα ονόματα: μαγνητικός ανιχνευτής κορεσμού, αισθητήρας μαγνητικής διαμόρφωσης (MMD). Στην ξένη βιβλιογραφία ονομάζεται flux - date (flux gate) - flow-passing. Τα εναέρια μαγνητόμετρα (AMF-21, AMM-13, κ.λπ.) και τα μαγνητόμετρα εδάφους (M-17, M-29) που χρησιμοποιούνται από τη δεκαετία του '30 έως το τέλος της δεκαετίας του '80 βασίζονται σε αυτήν την αρχή. Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται μαγνητόμετρα γεώτρησης (TSMK-30, KSP-38, κ.λπ.) βάσει αυτής της αρχής.

Μαγνητόμετρα πρωτονίων.

Το μαγνητόμετρο πρωτονίων αναπτύχθηκε για πρώτη φορά το 1953 από τους M. Packard και R. Varian (ΗΠΑ) και στην ΕΣΣΔ το 1957 από τον A. J. Rotstein και V. S. Tsirel. Αυτά τα μαγνητόμετρα βασίζονται στην αρχή της ελεύθερης πυρηνικής μετάπτωσης των πρωτονίων - των πυρήνων του ατόμου του υδρογόνου. Ένα πρωτόνιο ως κινούμενο, περιστρεφόμενο φορτισμένο σωματίδιο έχει μια ορισμένη γωνιακή ορμή (σπιν) Rκαι μαγνητική ροπή Το μαγνητικό πεδίο ενός πρωτονίου είναι παρόμοιο με το πεδίο ενός μαγνήτη ράβδου προσανατολισμένου κατά μήκος του άξονα περιστροφής του σωματιδίου. Ένα πρωτόνιο, όπως ένας μαγνήτης, τείνει να καθιερώσει τον μαγνητικό του άξονα προς την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου της Γης (όπως η μαγνητική βελόνα μιας πυξίδας) και η ιδιότητα του γυροσκόπιου (πάνω) το αποτρέπει. Επομένως, ο άξονας περιστροφής (και η μαγνητική ροπή) του πρωτονίου αρχίζει να περιγράφει κωνικές επιφάνειες γύρω από την κατεύθυνση του διανύσματος εξωτερικού μαγνητικού πεδίου T VN. (Εικ. 4.5, α). Αυτή η κίνηση ονομάζεται μετάπτωση. Η μετάπτωση ονομάζεται ελεύθερη εάν συμβαίνει χωρίς εξωτερικές δυνάμεις να επηρεάζουν το σύστημα πρωτονίων.

Ρύζι. 4.5. Αρχή λειτουργίας μαγνητομέτρων πυρηνικών πρωτονίων.

Έχει διαπιστωθεί θεωρητικά και πειραματικά επιβεβαιωμένο ότι η συχνότητα της ελεύθερης μετάπτωσης των πρωτονίων σε ένα μαγνητικό πεδίο είναι ευθέως ανάλογη με το μέγεθος του διανύσματος έντασης T VN. εξωτερικό μαγνητικό πεδίο και σχετίζεται με αυτό με μια απλή σχέση που ονομάζεται ισότητα Larmor: f=( Οπου = p/- γυρομαγνητικός λόγος του πρωτονίου, δηλ. ο λόγος της μηχανικής του ροπής p προς τη μαγνητική του ροπή. Δεδομένου ότι η σταθερή τιμή προσδιορίζεται με πολύ υψηλή ακρίβεια (σχετικό σφάλμα της τάξης του 10 -6) και δεν εξαρτάται από εξωτερικούς παράγοντες (θερμοκρασία, πίεση κ.λπ.), τα αποτελέσματα μέτρησης με αυτή τη μέθοδο χαρακτηρίζονται από πολύ υψηλή ακρίβεια και σταθερότητα.

Οι μαγνητικές ροπές διαφόρων πρωτονίων είναι προσανατολισμένες αντιπαράλληλες, επομένως, στην κανονική κατάσταση, λόγω θερμικών συγκρούσεων σωματιδίων, οι μαγνητικές ροπές μεμονωμένων πρωτονίων είναι τυχαία προσανατολισμένες και η συνολική μαγνητική ροπή τους είναι κοντά στο μηδέν. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται ειδικές μέθοδοι για την πόλωση της ουσίας εργασίας, δηλαδή για τον προσανατολισμό των μαγνητικών ροπών των στοιχειωδών σωματιδίων - πρωτονίων. Για τη μέτρηση του μαγνητικού πεδίου, είναι πιο βολικό να χρησιμοποιήσετε τους απλούστερους ατομικούς πυρήνες - πρωτόνια, αφού δίνουν τον πιο οξύ και έντονο συντονισμό στα υγρά. Ένας μαγνητικός μετατροπέας μέτρησης (MIT) είναι ένα δοχείο με ένα υγρό που περιέχει πρωτόνιο (συνήθως καθαρισμένη κηροζίνη) τοποθετημένο σε ένα πηνίο με ένα σύρμα (Εικ. 4.5 β). Εάν διέλθει ισχυρό ηλεκτρικό ρεύμα μέσω της περιέλιξης MIP, δημιουργώντας ένα μαγνητικό πεδίο NC με ισχύ περίπου 100 Oe προς την κατεύθυνση του άξονα του πηνίου (ο διακόπτης Κ συνδέεται στην παροχή ρεύματος), τότε υπό την επίδραση του πεδίου NC , συμβαίνει μαγνητική πόλωση της ουσίας εργασίας - πολλά πρωτόνια που περιέχονται σε αυτήν θα αποκτήσουν τον προσανατολισμό των μαγνητικών ροπών προς την κατεύθυνση του διανύσματος έντασης μαγνητικού πεδίου H k Μετά από απότομο κλείσιμο του ρεύματος (ο διακόπτης K συνδέεται με το συχνόμετρο ), τα πρωτόνια θα αρχίσουν να προχωρούν με συνεπή τρόπο γύρω από το διάνυσμα ισχύος του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου Τ, προκαλώντας E.M.F στο ίδιο πηνίο περιέλιξης. με συχνότητα μετάπτωσης. Μετά από λίγα δευτερόλεπτα, η μετάπτωση εξασθενεί λόγω της θερμικής σύγκρουσης των σωματιδίων και της απώλειας της συνφάσης της μετάπτωσης πρωτονίων, αλλά αυτός ο χρόνος είναι αρκετός για να μετατρέψει το σήμα και να το προσδιορίσει συχνότηταΗ έξοδος συχνότητας της συσκευής παρέχει τη δυνατότητα καταγραφής των αποτελεσμάτων των μετρήσεων σε ψηφιακή μορφή. Η κύρια μέθοδος για τη μέτρηση της συχνότητας ενός σήματος ελεύθερης μετάπτωσης σε μαγνητόμετρα πρωτονίων είναι η μέθοδος μέτρησης του αριθμού των περιόδων (σημάτων) μετάπτωσης κατά τη διάρκεια ενός σταθερού χρονικού διαστήματος, που καθορίζεται από τις περιόδους της συχνότητας αναφοράς ενός ειδικού ταλαντωτή χαλαζία. Η καταγραφή των μετρήσεων μπορεί να πραγματοποιηθεί από διάφορες συσκευές: αναλογικό καταγραφικό (ή φωτογραφικό παλμογράφο). ψηφιακή συσκευή εκτύπωσης? ψηφιακή διάτρηση ή μαγνητική συσκευή εγγραφής κ.λπ. d Μερικές φορές, για λόγους ευκολίας, καταγράφουν απευθείας όχι τη συχνότητα του σήματος μετάπτωσης, αλλά τη συχνότητα των παλμών που σχηματίζονται μεταξύ της συχνότητας των σημάτων μετάπτωσης και της συχνότητας αναφοράς ενός ειδικού ταλαντωτή χαλαζία (κοντά στη συχνότητα μετάπτωσης): f b = f c – f sq gΑυτή η μέθοδος παρέχει μεγαλύτερη ακρίβεια στις μετρήσεις συχνότητας, αλλά δεν είναι πολύ κατάλληλη για την αυτοματοποίησή τους. Μπορείτε να κάνετε το αντίθετο: παρέχετε μια μέτρηση περιόδων συχνότητας αναφοράς για έναν σταθερό αριθμό σημάτων πυρηνικής μετάπτωσης. Σε αυτή την περίπτωση, προκύπτει ένα ψηφιακό αποτέλεσμα αντιστρόφως ανάλογο της επαγωγής του πεδίου, το οποίο δεν επιτρέπει την άμεση ανάγνωση σε μονάδες μαγνητικής επαγωγής, όπως στην προηγούμενη περίπτωση. Αλλά αυτή η μέθοδος δεν απαιτεί πολλαπλασιαστή συχνότητας, ο οποίος είναι απαραίτητος για άμεσες μετρήσεις. Οι τελευταίες τροποποιήσεις των μαγνητομέτρων πυρηνικού πρωτονίου χρησιμοποιούν τη μέθοδο δυναμικής πόλωσης. Στη μέθοδο δυναμική πόλωση πυρήνωνμεταχειρισμένος Εφέ overhauser, που συνίσταται στο γεγονός ότι σε ορισμένες ουσίες με ισχυρή αλληλεπίδραση πυρηνικών σπιν με σπιν ηλεκτρονίων, είναι δυνατό να δημιουργηθεί πρόσθετη πόλωση ενός συστήματος σπιν, για παράδειγμα, πυρηνικό, λόγω της πόλωσης ενός άλλου, για παράδειγμα, ηλεκτρονικού. Η ουσία εργασίας διεγείρεται στη συχνότητα ηλεκτρονικού συντονισμού χρησιμοποιώντας ένα πεδίο ραδιοσυχνοτήτων (περίπου 56 MHz) και η μεταφορά ενέργειας στα πρωτόνια συμβαίνει λόγω εσωτερικών αλληλεπιδράσεων. Υπάρχει μια κατηγορία ουσιών για τις οποίες μπορεί να συμβεί αυτό το φαινόμενο. Αυτά περιλαμβάνουν διαλύματα νατρίου σε αμμωνία, διαλύματα σε οργανικά υγρά ενός αριθμού ελεύθερων σταθερών ριζών της σειράς υδραζίνης (ιδιαίτερα, διφαινυλ-πικρυλυδροσυλίου), καθώς και υδατικά και βενζολικά διαλύματα της ελεύθερης ρίζας δισουλφονατπυροξυλαμίνη (άλας Fremy) και μερικά άλλους ριζοσπάστες. Οι λύσεις που αναφέρονται καθιστούν δυνατή την παρατήρηση της δυναμικής πόλωσης σε ασθενή μαγνητικά πεδία, συμπεριλαμβανομένου του μαγνητικού πεδίου της Γης. Η μέθοδος δυναμικής πόλωσης σας επιτρέπει να μειώσετε τη διάρκεια του κύκλου μέτρησης, καθώς και να πραγματοποιήσετε μετρήσεις ταυτόχρονα με τη διαδικασία πόλωσης. Τα μειονεκτήματα της μεθόδου περιλαμβάνουν την ευθραυστότητα ορισμένων τύπων ουσίας εργασίας, η οποία δημιουργεί ταλαιπωρία κατά τις μαγνητικές έρευνες παραγωγής. Τα εγχώρια μαγνητόμετρα πρωτονίων MMP-203M και αερομαγιτόμετρα MMV-215 κατασκευάστηκαν με τη μέθοδο της δυναμικής πόλωσης των πυρήνων. Η καναδική εταιρεία Geotech έχει αναπτύξει ένα κατακόρυφο εναέριο μαγνητόμετρο-βαθμόμετρο GRAD-1 με αυτή την αρχή με ευαισθησία 0,01 nT για κάθε αισθητήρα και 0,025 nT/m για μετρήσεις κλίσης. Τα μαγνητόμετρα πρωτονίων έχουν υψηλή ακρίβεια (1 nT), σταθερή λειτουργία, υψηλή παραγωγικότητα, δεν απαιτούν ισοπέδωση και είναι ελάχιστα ευαίσθητα σε αποκλίσεις από τον βέλτιστο προσανατολισμό της συσκευής κατά τη μέτρηση. Επί του παρόντος, αυτές είναι οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες συσκευές κατά τη διεξαγωγή ερευνών εδάφους (MMP-203M, MINIMAG), αερομαγνητικές (MMS-213, MMS-214) και υδρομαγνητικές (APM-3, MPM-3), καθώς και μαγνητικές μετρήσεις γεωτρήσεων (MSP -2). Τα μαγνητόμετρα πρωτονίων πεδίου MMP-203, MMP-203M, MINIMAG κατασκευάζονται δομικά με τη μορφή δύο ξεχωριστών μπλοκ - ενός μαγνητικού μορφοτροπέα μέτρησης (αισθητήρα) και μιας κονσόλας μέτρησης. Ο αισθητήρας ενός μαγνητομέτρου πρωτονίων (πυρηνικό) είναι συνήθως ένα κυλινδρικό δοχείο κατασκευασμένο από οργανικό γυαλί με ένα υγρό που περιέχει πρωτόνια (μίγμα νερού και αλκοόλης, κηροζίνης, διαλύματος άλατος Fremy κ.λπ.). Το σκάφος τοποθετείται σε ένα πηνίο πολλαπλών στροφών συντονισμένο ώστε να συντονιστεί με τη συχνότητα του αναμενόμενου σήματος. Αυτό το πηνίο χρησιμοποιείται τόσο για διέγερση (πόλωση) όσο και για εγγραφή σήματος με τη μορφή EMF συγκεκριμένης συχνότητας (αυτές οι λειτουργίες του πηνίου διαχωρίζονται χρονικά).

Κβαντικά μαγνητόμετρα.

Σύμφωνα με την καθιερωμένη βιομηχανική (γεωλογική και γεωφυσική) ορολογία, τα μαγνητόμετρα που λειτουργούν με την αρχή της οπτικής άντλησης ονομάζονται κβαντικά, αν και σύμφωνα με τη διεθνή ορολογία η ομάδα των κβαντικών μαγνητομέτρων είναι πολύ ευρύτερη. Τα μαγνητόμετρα που βασίζονται στην αρχή της οπτικής άντλησης βασίζονται στην αλληλεπίδραση των μαγνητικών ροπών των ατόμων της ουσίας εργασίας (ζεύγη αλκαλικών μετάλλων - Na, K, Rb, Cz ή αδρανή αέρια He, Ar, Kr, κ.λπ.) με εξωτερικό μαγνητικό πεδίο (φαινόμενο Zeeman). Η ουσία του φαινομένου Zeeman είναι ότι τα επίπεδα ενέργειας των ατόμων υγρών, αερίων και ατμών ουσιών που βρίσκονται σε ένα μαγνητικό πεδίο χωρίζονται σε πολλά υποεπίπεδα. Η συχνότητα εκπομπής ή απορρόφησης f (σε Hz) κατά τη μετάβαση ενός ηλεκτρονίου από το ένα υποεπίπεδο στο άλλο καθορίζεται από: f = ( b/h) T VN,(3.23) όπου σι- Bohr magneton (μαγνητική ροπή ηλεκτρονίων). η- Η σταθερά του Planck (ο συντελεστής αναλογικότητας μεταξύ ενός ενεργειακού κβαντικού και της κυκλικής συχνότητας της ακτινοβολίας του), T VN-ισχύς του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. Από τον τύπο (3.23) είναι σαφές ότι αν μετρήσουμε τη συχνότητα ακτινοβολίας f κατά τη μετάβαση ενός ηλεκτρονίου από το ένα υποεπίπεδο στο άλλο, μπορούμε να προσδιορίσουμε την τιμή του πεδίου T VN.Αλλά είναι σχεδόν αδύνατο να παρατηρήσουμε τη μετάβαση μεμονωμένων ατόμων από το ένα επίπεδο Zeeman στο άλλο. Είναι απαραίτητο να επιτευχθεί μια συντονισμένη διέγερση πολλών ατόμων και η επακόλουθη μετάβαση όλων τους ταυτόχρονα σε μια μη διεγερμένη κατάσταση. Αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας την αρχή της οπτικής άντλησης. Σχηματικά, η αρχή της οπτικής άντλησης ή του οπτικού προσανατολισμού των ατόμων είναι η εξής (Εικ. 4.6. Υπό την επίδραση ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου). T VN, σύμφωνα με το φαινόμενο Zeeman, τα ενεργειακά επίπεδα των ατόμων χωρίζονται σε υποεπίπεδα A, B, C (Εικ. 4.6a). Επομένως, ο κυρίαρχος πληθυσμός του υποεπίπεδου Β εξασφαλίζεται με την ακτινοβολία της ουσίας εργασίας με φως στο οποίο δεν υπάρχει φασματική γραμμή Β. Στη συνέχεια, σύμφωνα με τους νόμους της κβαντικής φυσικής, η μετάβαση από το Β στο Γ απαγορεύεται (αδύνατη), από το Α. στο Γ είναι δυνατό, από το Γ στο Α και το Β είναι εξίσου πιθανό. Σταδιακά (Εικ. 4.6 β - δ) τα άτομα θα περάσουν στην κατάσταση Β. Η απορρόφηση του φωτός θα τελειώσει, η ουσία θα πολωθεί μαγνητικά (ίση πόλωση των μαγνητικών ροπών των ατόμων). Το φιλτράρισμα της φασματικής γραμμής του ήλιου επιτυγχάνεται με κυκλική πόλωση του μονοχρωματικού φωτός. Η ανίχνευση σήματος κατά την οπτική άντληση πραγματοποιείται με αλλαγές στην ένταση του μεταδιδόμενου φωτός. Όταν εκτίθεται σε ένα πρόσθετο μαγνητικό πεδίο ραδιοσυχνοτήτων (το οποίο ενισχύει την εξίσωση του πληθυσμού), η διαφάνεια της ουσίας εργασίας μειώνεται, η οποία καταγράφεται από ένα φωτοκύτταρο με τη μορφή ηλεκτρικού σήματος.

Το ελάχιστο φως παρατηρείται όταν η συχνότητα του ραδιοπεδίου (f P) αντιστοιχεί στην κυκλική συχνότητα της μετάβασης συντονισμού = 2 = *T VN, (3.24) πού είναι η γυρομαγνητική αναλογία του ηλεκτρονίου. Είναι εύκολο να παρατηρήσετε ότι τόσο η μέθοδος οπτικής άντλησης όσο και η μέθοδος πυρηνικής μετάπτωσης βασίζονται στον ίδιο τύπο, αλλά οι μέθοδοι πόλωσης της ουσίας εργασίας είναι διαφορετικές. Αυτός είναι ο λόγος που τα πυρηνικά πρωτονιακά και κβαντικά μαγνητόμετρα βρίσκονται στο εξωτερικό

Ρύζι. 4.6. Να εξηγήσει την αρχή της οπτικής άντλησης

Συνδυάζονται με τη γενική ονομασία «πυρηνικά μαγνητόμετρα». Οι μετρήσεις τους είναι λιγότερο σταθερές από αυτές των μαγνητομέτρων πρωτονίων, αλλά έχουν καλύτερη απόκριση συχνότητας και μπορούν να λειτουργήσουν τόσο σε ασθενή όσο και σε ισχυρά πεδία βαθμίδωσης. Τα κβαντικά εναέρια μαγνητόμετρα MM-305, KAM-28, πεζοί M-33, MMP-303, MM-60 είναι κατασκευασμένα με βάση την αρχή της οπτικής άντλησης Η διαδικασία για την εργασία με αυτά τα μαγνητόμετρα είναι επίσης αρκετά απλή και είναι παρόμοια με τη διαδικασία σε συνεργασία με το μαγνητόμετρο MMP-203M.

Τα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα σε έναν μετασχηματιστή με χαλύβδινο πυρήνα είναι παρόμοια με αυτά σε έναν μετασχηματιστή αέρα, αλλά η μαγνητική ροή που διαπερνά και τις δύο περιελίξεις κλείνει όχι μέσω του αέρα, αλλά μέσω του χαλύβδινου πυρήνα (Εικ. 15.31).

Όταν φορτίζεται ένας μετασχηματιστής, υπάρχουν τρεις μαγνητικές ροές: φά– κύρια στον πυρήνα, φά σ 1 – σκέδαση, συνδεδεμένη μόνο με την κύρια περιέλιξη, φά σ 2 – σκέδαση, που σχετίζεται μόνο με τη δευτερεύουσα περιέλιξη.

Η κύρια μαγνητική ροή επάγει ένα emf στις πρωτεύουσες και δευτερεύουσες περιελίξεις. αντίστοιχα μι 1 και μι 2. Διαρροή μαγνητικής ροής φά σ 1 και φά σ 2 προκαλείται στις πρωτεύουσες και δευτερεύουσες περιελίξεις του emf. αντίστοιχα μι σ 1 και μι σ 1 .

Τάση u 1 , που εφαρμόζεται στο πρωτεύον τύλιγμα εξισορροπείται από την πτώση τάσης στην ενεργό αντίσταση της περιέλιξης και των ηλεκτροκινητικών δυνάμεων μι σ 1 και μι σ 1, δηλ.

Ας εξετάσουμε πρώτα έναν ιδανικό μετασχηματιστή στον οποίο r 1 = 0; Χ σ 1 = 0; r 2 = 0; Χ σ 2 = 0; w 1 = w 2 .

Κατά το ρελαντί, ένας τέτοιος μετασχηματιστής δεν διαφέρει από ένα συνηθισμένο ιδανικό πηνίο και μπορεί να αναπαρασταθεί από ένα ισοδύναμο κύκλωμα (Εικ. 15.33).

r Μ

Ας κατασκευάσουμε ένα διανυσματικό διάγραμμα ενός ιδανικού μετασχηματιστή χωρίς φορτίο (Εικ. 15.34).

Μαγνητική δύναμη στο ρελαντί

Ας σχεδιάσουμε τώρα ένα ισοδύναμο κύκλωμα για έναν ιδανικό μετασχηματιστή υπό το φορτίο του (Εικ. 15.35).

Εάν συνδεθεί ένα φορτίο με αντίσταση στους ακροδέκτες της δευτερεύουσας περιέλιξης Ζ n, τότε το ρεύμα θα ρέει μέσα από αυτό , το οποίο, με τη σειρά του, θα τείνει να μειώσει τη μαγνητική ροή , και αυτό θα οδηγήσει σε μείωση του emf. , με αποτέλεσμα το ρεύμα θα αυξηθεί σε μια τέτοια τιμή στην οποία η μαγνητική ροή θα αποκτήσει την αρχική του αξία και θα εκπληρωθεί η εξίσωση (15.35).

Έτσι, η εμφάνιση ρεύματος στο δευτερεύον κύκλωμα οδηγεί σε αύξηση του ρεύματος στο πρωτεύον κύκλωμα. Σε έναν φορτισμένο μετασχηματιστή, η μαγνητική ροή στον πυρήνα είναι ίση με τη μαγνητική ροή χωρίς φορτίο, δηλ. Πάντα φά= συστ. Υπό φορτίο μαγνητική ροή δημιουργείται υπό την επίδραση των μαγνητιστικών δυνάμεων των πρωτευόντων και δευτερευόντων περιελίξεων:

Ας κατασκευάσουμε ένα διανυσματικό διάγραμμα ενός ιδανικού μετασχηματιστή υπό φορτίο (Εικ. 15.36).

Ας μετατρέψουμε το ισοδύναμο κύκλωμα ενός ιδανικού μετασχηματιστή, για τον οποίο θα απαλλαγούμε από την επαγωγική σύζευξη. Εάν συνδέσετε τους ίδιους ακροδέκτες των περιελίξεων του μετασχηματιστή μεταξύ τους, ο τρόπος λειτουργίας του μετασχηματιστή δεν θα αλλάξει.

Ας εξετάσουμε πρώτα τα επαγωγικά συζευγμένα στοιχεία, τα οποία έχουν πλέον ένα κοινό σημείο. Ο συντελεστής σύζευξης των δύο στοιχείων σε αυτή την περίπτωση είναι ίσος με τη μονάδα, αφού ολόκληρη η μαγνητική ροή συνδέεται πλήρως με τις στροφές του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος τυλίγματος, δηλ.

ως εκ τούτου, δεδομένου ότι w 1 = w 2, βρίσκουμε:

Ας αντικαταστήσουμε τώρα μέρος του κυκλώματος με επαγωγικά συζευγμένα στοιχεία με ένα κοινό σημείο (Εικ. 15.37 ΕΝΑ) σε ένα ισοδύναμο κύκλωμα χωρίς επαγωγική σύζευξη (Εικ. 15.37 σι).

;

Λαμβάνοντας υπόψη αυτό που βρέθηκε, το κύκλωμα παίρνει τη μορφή που φαίνεται στο Σχ. 15.37 V, και το ισοδύναμο κύκλωμα ενός ιδανικού μετασχηματιστή είναι ο τύπος που φαίνεται στο Σχ. 15.38.

Αν τώρα λάβουμε υπόψη την ενεργητική και επαγωγική αντίσταση διαρροής και των δύο περιελίξεων, τότε για έναν μετασχηματιστή στον οποίο w 1 = w 2, παίρνουμε το ισοδύναμο κύκλωμα που φαίνεται στο Σχ. 15.39.

Ας γράψουμε τις εξισώσεις του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος κυκλώματος του κυκλώματος:

;

Ας κατασκευάσουμε ένα διανυσματικό διάγραμμα του κυκλώματος (Εικ. 15.40).