Реферат: Магнитометрические средства обнаружения
6. Основы теории разработки магнитометрического средства обнаружения
Как было сказано ранее, магнитометрические средства обнаружения применяют для выявления факта проноса на охраняемую территорию предметов с магнитными свойствами. В основу построения МСО могут быть положены три группы методов:
- с использованием феррозондов;
- с использованием пассивных катушек;
- квантовые измерители индукции.
В связи с тем, что феррозонды получают все более широкое применение при разработке МСО, рассмотрим теоретические основы этого метода.
Феррозондом называется устройство, чувствительное к внешним магнитным полям, главным образом постоянным и медленно изменяющимся, содержащее ферромагнитные сердечники и обмотки, распределенные по их длине.
От пассивных индукционных датчиков и ферритовых антенн феррозонды отличаются тем, что являются устройствами активного типа. Происходящие в них процессы всегда связаны с существованием двух полей - внешнего измеряемого поля и некоторого вспомогательного поля, образуемого за счет тока, протекающего в одной из его обмоток. Взаимодействие этих полей в объеме сердечников, изготавливаемых из легко насыщающихся магнитных материалов, например пермаллоя, приводит к появлению в другой обмотке электродвижущей силы, по величине которой и судят о напряженности внешнего поля.
По принципу действия феррозонды наиболее близки к магнитным усилителям. По существу они и являются магнитными усилителями, у которых управляющая электрическая цепь заменена разомкнутой магнитной цепью.
Существует довольно много типов и модификаций феррозондов. Все они отличаются друг от друга режимом работы, способом наложения вспомогательного поля, выбранной схемой и конструктивным исполнением. Эти отличия оказываются более или менее существенными в зависимости от диапазона и частотного спектра измеряемых полей, условий, в которых проводятся измерения, особенностей преобразования полезного сигнала в измерительной схеме. Однако феррозондам присущи и некоторые общие свойства.
Рассмотрим эти свойства на примере дифференциального феррозонда.
Дифференциальный феррозонд содержит два одинаковых пермаллоевых сердечника, выполненных в виде тонких стержней прямоугольного сечения, уложенных в специальные каркасы параллельно друг другу. Поверх каркасов нанесены первичные обмотки, включенные последовательно и образующие цепь возбуждения феррозонда. Эту цепь питают переменным током звуковой частоты. Кроме первичных обмоток имеется также общая вторичная обмотка, которая вместе с подключаемым к ней индикаторным прибором образует измерительную цепь.
В дифференциальном феррозонде первичные обмотки соединены таким образом, что протекающий в них ток iсоздает в объеме сердечников поля напряженности, равные по величине, но противоположные по направлению. При наличии внешнего поля Н0 , направленного вдоль сердечников, в объеме одного из них действует разность напряженностей, в объеме другого - сумма.
Если сердечники идентичны, то можно записать:
где В' и 6'- индукции или плотности магнитных потоков в сердечниках.
ЭДС во вторичной обмотке, охватывающей оба сердечника,
где s - поперечное сечение сердечников; w2 - количество витков
вторичной обмотки и t - время.
Появление ЭДС во вторичной обмотке дифференциального феррозонда с идентичными сердечниками принципиально возможно лишь при нелинейности характеристик B=f.
Действительно, предположив обратное и введя для каждого сердечника постоянные и одинаковые коэффициенты fxa =BIH, имеющие размерность абсолютной магнитной проницаемости, получим:
Последнее выражение совпадает с известной формулой для выходной ЭДС пассивных индукционных датчиков; при Н0 = constоно становится равным нулю.
Аппроксимируем теперь характеристики B=f укороченным полиномом третьей степени:
где а и b - коэффициенты аппроксимации, зависящие от материала и формы сердечников.