Улучшение характеристик датчиков измерения слабых магнитных полей для систем управления

• Автор: Романченко, Лариса Александровна
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 130 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Обозначения и сокращения

Введение

Глава 1. Магнитоэлектронный СВЧ генератор как датчик

измерения слабых магнитных полей

1.1 Принцип работы и конструкция

ма гнитоэл ектро и ы х датч и ко в

1.2 Расчет параметров магнитроэлектронных

датчиков с использованием САПР iv i

1.3 . Методика обработки показаний датчиков и проблемы настройки и калибровки

1.4 Использование системы магнитоэлектронных

датчиков в качестве магнитного компаса и определителя вектора магнитного поля Земли
Глава 2. Исследование природы нестабильностей показаний
ма гн итоэл ектро н и ых д атч и ко в
2.1 Долговременная и кратковременная нестабильности показаний датчиков
2.2 Повышение устойчивости показаний магнитометра к изменениям температуры при применении разностного датчика
Глава 3. Использование немагнитных экранов для подавления
кратковременных импульсных магнитных помех
3.1 Исследование кратковременных импульсных изменений показаний датчиков
3.2 Теоретическая модель возможности подавления импульсных и ВЧ магнитных помех немагнитными проводящими экранами кольцами
3.3 Экспериментальное исследование подавления ВЧ и импульсных помех немагнитными проводящими экранами
Заключение
Список литературы


Для получения такого сигнала (сигнала-отклика) необходим источник энергии, так как индукция магнитного поля относится к пассивным величинам, которые непосредственно не создают сигнал измерительной информации. В магнитометре также должно быть устройство, измеряющее этот сигнал-отклик и устройство отображения, переводящее электрический сигнал в численное значение измеряемой индукции магнитного поля. В магнитометре также должны быть предусмотрены устройства его настройки и калибровки. Применение магнитометров для навигации очень перспективно. Разработан целый ряд конструкций магнитных компасов с высоким разрешением по углу, на основе которых создаются схемы управления движением различных аппаратов [8-]. Магнитометры находят широкое применение не только в магнитной навигации, но и в других областях современной науки и техники. В космологии большой интерес представляет изучение магнитного поля Луны, планет и других космических объектов. Земли, отслеживания изменений магнитного поля во времени, вызванных причинами космического, геологического и атмосферного происхождения, предсказания возможности землетрясений и так далее. Магнитометры применяются в геологоразведке для поиска полезных ископаемых по локальным аномалиям магнитного поля Земли. В материаловедении магнитометры используются для измерения некоторых параметров магнитных материалов, а также для определения вкраплений магнитных материалов в немагнитные. Разработан целый ряд приборов для магнитной дефектоскопии различных конструкций, в частности, стальных трубопроводов [-]. Тенденция к расширению сфер применения магнитных датчиков привела к их проникновению в различные области науки и практической деятельности. В настоящее время магнитометрия широко применяется в химии, биофизике и даже медицине. Есть сообщения о получении магнитокардиограмм и магнитоэнцефалограмм человека. Всё эго стимулирует проведение работ по совершенствованию конструкций и повышению характеристик магнитометров. В настоящее время требуется измерение индукции постоянных магнитных полей в диапазоне от И)' (магнитный вакуум) до Тл, переменных - от ’ до нескольких тесла в диапазоне частот от долей герца до десятков мегагерц. SQUID (Superconducting Quantum Interference Devices - квантовые интерференционные устройства на основе сверхпроводимости)[-, -, ]. На рис. В Приложениях 1-4 приведены сведения о различных типах датчиков магнитных полей - их принципе работы, областям применения, точностным характеристикам и стоимости. Рнс. Довольно широкий класс приборов для измерения магнитного поля представляют магниторезонансные магнитометры, принцип действия которых основан на явлении магнитного резонанса, заключающегося в избирательном поглощении или излучении электромагнитных волн веществом, находящимся в магнитном поле. В зависимости от природы элементарных частиц, участвующих в процессе резонансного поглощения или излучения энергии, различают электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) и ядерный магнитный резонанс (ЯМР). Электронный резонанс в магнитоупорядоченных веществах называется ферромагнитным резонансом (ФМР) [-]. Датчики на основе ЯМР могут использовать свободную или вынужденную прецессию ядерного магнитного момента во внешнем измеряемом поле. Чаще применяются датчики на основе свободной прецессии. Их называют прецессионными или протонными [,]. Достигаемая пороговая чувствительность составляет - '6 Э. Датчики, основанные на явлении ЭПР, по своему принципу тождественны датчикам на ЯМР. Разница заключается в величине частоты прецессии магнитного момента и ширины линии резонанса. Частота ЭПР примерно на 4 порядка выше частоты ЯМР и составляет ~ 9- Ю’^Гц (при Но -1& Э), то есть лежит в диапазоне сантиметровых волн. Повышенная частота ЭПР потенциально повышает чувствительность метода. Однако ширина линии ЭПР в сотни раз больше (- 0,5Э), чем ширина линии ЯМР, что, напротив, понижает чувствительность метода. Явление ФМР является разновидностью электронного магнитного резонанса и также позволяет создавать датчики магнитного поля [-]. Интенсивность резонанса в магнитоупорядоченных структурах -ферромагнетиках и ферримагнетиках - на много порядков превышает интенсивность парамагнитного резонанса.