Lihtne omatehtud magnetomeeter. magnetomeetria

Kuidas teha ise variomeeter (magnetomeeter) Kas Maa magnetvälja häireid on võimalik ise jälgida? Vastus on ilmne - jah, saate ja kõige lihtsam viis seda teha on lähima magnetobservatooriumi andmeid regulaarselt Internetis vaadata. Noh, kui teil pole läheduses arvutit ja Internetti ning elate Venemaa piirkonnas, kus läheduses pole magnetobservatooriumi, saate ise valmistada seadme, mis aitab teil hinnata Maa magnetvälja seisundit. Lisaks majapidamises kasutatavale termomeetrile ja baromeetrile võib kompass olla sama lihtne ja kasulik kui seade Maa magnetvälja häirete tuvastamiseks. Ärge püüdke näha, kuidas kompassinõel magnettormi ajal ringi tormab - see pilt on kunstiteoste autorite südametunnistusel. Üks suurimaid magnettorme viimase 100 aasta jooksul Moskva laiuskraadil täheldati 2003. aasta oktoobris - horisontaalkomponendi maksimaalne hälve ulatus väärtuseni umbes 2000 nT, mis H-komponendi enda väärtusega 17000 nT , on vaid 10%. Võttes arvesse asjaolu, et selline muutus kestab ühikuid ja kümneid minuteid - s.o. magnetvälja muutmise protsess ise on üsna aeglane - sellise kõrvalekalde märkamiseks peate hoidma pilku kompassinõelal vähemalt 15 minutit. On selge, et sellist hetke on praktiliselt võimatu tabada ilma magnetvälja variatsioonide pideva registreerimise süsteemita. Arvestada tuleb, et regulaarne päikese-ööpäevane kõikumine vaiksel väljal jääb vahemikku 30–40 nT, s.o. 0,05%, keskmiste magnettormide ajal on hälve 200-300 nT, s.o. umbes 0,5%. Seega on selge, et magnetvälja häirete jälgimise seade peab olema piisavalt tundlik elektroonilise registreerimisega andur. Näiteks Lancasteri ülikooli ionosfäärifüüsika labori veebisaidil http://www.dcs.lancs.ac.uk/iono/aurorawatch/ saate näha lihtsate seadmete väljatöötamist magnetvälja variatsioonide iseseisvaks jälgimiseks. detectors/results.html või projekti POETRY kodulehelt (PublicOutreach, Education, Teaching andReaching Youth) vt http://image.gsfc.nasa.gov/poetry/. Alustuseks võite proovida kokku panna kõige lihtsama häiredetektori - plastpudelisse riputatud magneti. Näidude lugemiseks kasutatakse peeglit ja illuminaatorit, nii et peegeldunud jänes kinnitatakse detektorist mingil kaugusel paberilehele. Jänku liigutusi regulaarselt paberil jälgides võib märgata magnetvälja häireid. Lancasteri ülikooli ja POETRY projekti kodulehtedel on kogu kujundus välja toodud nii selgelt, et kordamisega probleeme ei tohiks tekkida, kujundusdetailid on kõige lihtsamad. Kuid peate meeles pidama, et sellise detektori tundlikkus on madal ja saate salvestada ainult suuri torme ja selliseid torme juhtub vaid paar korda aastas. Tundlikuma detektori saab kokku panna hea kompassi alusel. Selline disain nõuab teadmisi ja oskust elektrooniliste vooluringide kokkupanekuks. Ehituse üksikasjad on esitatud Lancasteri ülikooli samal veebisaidil, vt http://www.dcs.lancs.ac.uk/iono/aurorawatch/detectors/compass.html sam-europe.de/en/index_en.html. Eelnevast infost võime järeldada, et infot Maa magnetvälja häirete kohta on võimalik saada paljudest allikatest kuni vaatlusteni välja. On selge, et sellised vaatlused jäävad professionaalsetele magnetobservatooriumitele alla, kuid amatöör- või haridusprojektide jaoks on see lähenemisviis üsna õigustatud. Klubi "Helios"

Magnetomeeter mõeldud magnetvälja induktsiooni mõõtmiseks. Magnetomeeter kasutab võrdlusmagnetvälja, mis võimaldab läbi teatud füüsikalisi efekte teisendada mõõdetud magnetväli elektrisignaaliks.
Magnetomeetrite rakendamine ferromagnetilistest (enamasti terasest) materjalidest valmistatud massiivsete objektide tuvastamiseks põhineb Maa magnetvälja lokaalsel moonutamisel nende objektide poolt. Magnetomeetrite kasutamise eelis traditsiooniliste metallidetektorite ees on suurem tuvastamisulatus.

Ferroprobe (vektor) magnetomeetrid

Üks magnetomeetri tüüpe on . Ferrosondi leiutas Friedrich Förster ( )

Aastal 1937 ja aitab määrata magnetvälja induktsiooni vektor.

Ferroprobe disain

ühevardaline ferrosond

Lihtsaim ferrosond koosneb permalloy vardast, millele asetatakse ergutusmähis (( ajami mähis), toiteallikaks vahelduvvool ja mõõtepool ( detektori mähis).

Permalloy- pehmete magnetiliste omadustega sulam, mis koosneb rauast ja 45-82% niklist. Permalloyl on kõrge magnetiline läbilaskvus (maksimaalne suhteline magnetiline läbilaskvus ~100 000) ja madal sundjõud. Populaarne permalloy mark fluxgate'ide valmistamiseks on 80НХС - 80% nikkel + kroom ja räni küllastusinduktsiooniga 0,65-0,75 T, mida kasutatakse väikese suurusega trafode, drosselite ja releede südamike jaoks, mis töötavad magnetkilpide nõrkades väljades, impulsstrafo südamike, magnetvõimendite ja mittekontaktsete releede jaoks, magnetpeade südamike jaoks.
Suhtelise magnetilise läbitavuse sõltuvus väljatugevusest mõne permalsulami klassi puhul on järgmine:

Kui südamikule rakendatakse pidev magnetväli, siis tekib mõõtepoolis pinge isegi harmoonilised, mille väärtus on konstantse magnetvälja tugevuse mõõt. See pinge filtreeritakse ja mõõdetakse.

kahevardaline ferrosond

Näitena võib tuua raamatus kirjeldatud seadme Karalisa V.N."Elektroonilised vooluringid tööstuses" -

Seade on ette nähtud konstantsete magnetväljade mõõtmiseks vahemikus 0,001 ... 0,5 oersted.
Anduri ergutusmähised L1 Ja L3 kaasatud vastand. mähise mõõtmine L2 keritud üle ergutusmähiste. Ergastusmähised toidetakse sagedusega 2 kHz induktiivse tagasisidega push-pull generaatorist. Generaatori režiimi stabiliseerib takistitel olev konstantse voolujagur R8 Ja R9.

toroidse südamikuga ferrosond
Üks populaarsemaid võimalusi fluxgate magnetomeetri kujundamiseks on toroidaalse südamikuga fluxgate ( ring core fluxgate) -

Võrreldes varrastega ferroproobidega on sellel disainil vähem müra ja nõuab loomist palju vähem magnetomotoorjõudu.

See andur on ergutusmähis, keritud toroidaalsele südamikule, mille kaudu voolab vahelduvvool amplituudiga, mis on piisav südamiku küllastumiseks, ja mähise mõõtmine, millest eemaldatakse vahelduvpinge, mida analüüsitakse välise magnetvälja mõõtmiseks.
Mõõtemähis on keritud üle toroidaalse südamiku, kattes selle täielikult (näiteks spetsiaalsel raamil) -

See disain sarnaneb algse fluxgate konstruktsiooniga (kondensaator on lisatud resonantsi saavutamiseks teisel harmoonilisel) -

Prootonmagnetomeetrite rakendused
Prootonmagnetomeetreid kasutatakse laialdaselt arheoloogilistes uuringutes.
Prootonmagnetomeetrit mainitakse Michael Crichtoni ulmeromaanis "Trapped in Time" (" Ajaskaala") -
Ta osutas oma jalge ees alla. Kolm rasket kollast korpust kinnitati kopteri eesmiste tugipostide külge. "Praegu kanname stereo-maastikukaarte, infrapuna-, UV- ja külgskaneerimise radarit." Kramer osutas tagaaknale kuue jala pikkuse hõbedase toru poole, mis rippus tagaosas helikopteri all. Prootoni magnetomeeter. "Ahaa. Ja mida see teeb?" "Otsib meie all olevast maapinnast magnetilisi anomaaliaid, mis võiksid viidata maetud seintele, keraamikale või metallile."

Tseesiumi magnetomeetrid

Optilise pumpamisega leelismetalli aatommagnetomeetrid on omamoodi kvantmagnetomeetrid.

tseesiummagnetomeeter G-858

Overhauseri magnetomeetrid

Tahkismagnetomeetrid

Soodsaimad on nutitelefonidesse sisseehitatud magnetomeetrid. Sest Android hea rakendus on magnetomeetri kasutamine . Selle rakenduse leht on http://physics-toolbox-magnetometer.android.informer.com/ .

Magnetomeetrite reguleerimine

Fluxgate'i testimiseks võite kasutada . Helmholtzi pooli kasutatakse peaaegu ühtlase magnetvälja tekitamiseks. Ideaaljuhul on need kaks identset rõngakujulist pooli, mis on üksteisega jadamisi ühendatud ja asuvad pooli raadiuse kaugusel üksteisest. Tavaliselt koosnevad Helmholtzi mähised kahest mähist, millele on keritud teatud arv pöördeid ja pooli paksus peab olema nende raadiusest palju väiksem. Reaalsetes süsteemides võib mähiste paksus olla võrreldav nende raadiusega. Seega võime Helmholtzi rõngaste süsteemina käsitleda kahte identset koaksiaalselt paigutatud mähist, mille keskpunktide vaheline kaugus on ligikaudu võrdne nende keskmise raadiusega. Sellist mähisesüsteemi nimetatakse ka poolitatud solenoidiks ( poolitatud solenoid).

Süsteemi keskel on ühtlase magnetvälja tsoon (süsteemi keskel on magnetväli 1/3 rõngaste raadiusest homogeenne 1% piires), mida saab kasutada mõõtmiseks, magnetinduktsioonandurite kalibreerimiseks jne.

Magnetinduktsioon süsteemi keskel on määratletud kui $B = \mu _0\,(\left((4\over 5)\right) )^(3/2) \, (IN\over R)$,
kus $N$ on keerdude arv igas poolis, $I$ on pooli läbiv vool, $R$ on mähise keskmine raadius.

Samuti saab Helmholtzi pooli kasutada Maa magnetvälja varjestamiseks. Selleks on kõige parem kasutada kolme üksteisega risti asetsevat rõngapaari, siis pole nende orientatsioon oluline.

Teie tähelepanu juhitud diferentsiaalmagnetomeeter võib olla väga kasulik suurte raudesemete otsimisel. Sellise seadmega on aardeid praktiliselt võimatu otsida, kuid madalale uppunud tankide, laevade ja muud tüüpi sõjavarustuse otsimisel on see hädavajalik.

Diferentsiaalmagnetomeetri tööpõhimõte on väga lihtne. Iga ferromagnetiline objekt moonutab Maa loomulikku magnetvälja. Need esemed hõlmavad kõike, mis on valmistatud rauast, malmist ja terasest. Magnetvälja moonutusi võib suurel määral mõjutada ka objektide enda magnetiseerumine, mida sageli esineb. Olles fikseerinud magnetvälja tugevuse kõrvalekalde taustväärtusest, võime järeldada, et mõõteseadme läheduses on ferromagnetilisest materjalist objekt.

Maa magnetvälja moonutus sihtmärgist kaugel on väike ja seda hinnatakse kahe teatud kaugusel eraldatud anduri signaalide erinevuse põhjal. Seetõttu nimetatakse seadet diferentsiaaliks. Iga andur mõõdab signaali, mis on võrdeline magnetvälja tugevusega. Enim kasutatakse ferromagnetilisi ja prootonite magnetoonilisel pretsessioonil põhinevaid andureid. Vaadeldav seade kasutab esimest tüüpi andureid.

Ferromagnetilise anduri (mida nimetatakse ka fluxgate'iks) aluseks on ferromagnetilisest materjalist südamikuga mähis. Sellise materjali tüüpiline magnetiseerimiskõver on koolifüüsika kursusest hästi teada ja, võttes arvesse Maa magnetvälja mõju, on sellel järgmine kuju, mis on näidatud joonisel fig. 29.

Riis. 29. Magnetiseerimiskõver

Mähis ergastatakse vahelduva kandesageduse siinussignaaliga. Nagu näha jooniselt fig. 29, pooli ferromagnetilise südamiku magnetiseerimiskõvera nihkumine Maa välise magnetvälja poolt põhjustab asjaolu, et välja induktsioon ja sellega seotud pinge poolil hakkavad asümmeetriliselt moonutama. Teisisõnu, kandesagedusega siinusvooluga anduri pinge erineb sinusoidist poollainete rohkem "lamendunud" tippude võrra. Ja need moonutused on asümmeetrilised. Spektraalanalüüsi keeles tähendab see paarisharmooniliste pooli väljundpinge spektrisse ilmumist, mille amplituud on võrdeline nihkemagnetvälja (Maavälja) tugevusega. Just need ühtlased harmoonilised tulebki "kinni püüda".

Riis. 30. Diferentsiaalne ferromagnetiline andur

Enne kui mainime end selleks otstarbeks loomulikult soovitavat sünkroondetektorit, mis töötab topeltkandesagedusega tugisignaaliga, vaatleme ferromagnetilise anduri keerulise versiooni konstruktsiooni. See koosneb kahest südamikust ja kolmest mähist (joonis 30). Oma tuumaks on see diferentsiaalandur. Kuid lihtsuse mõttes me seda tekstis edasi diferentsiaaliks ei nimeta, kuna magnetomeeter ise on juba diferentsiaal (©).

Disain koosneb kahest identsest ferromagnetilisest südamikust, mille identsed poolid on paigutatud paralleelselt üksteise kõrvale. Võrdlussageduse ergastava elektrisignaali suhtes on need kaasatud vastupidises suunas. Kolmas mähis on mähis, mis asub kahe esimese kokku virnastatud südamikupooli peale. Välise kallutatava magnetvälja puudumisel on esimese ja teise mähise elektrilised signaalid sümmeetrilised ja toimivad ideaalis nii, et kolmandas mähises pole väljundsignaali, kuna seda läbivad magnetvood on täielikult tühistatud.

Välise kallutatava magnetvälja olemasolul pilt muutub. Kas üks või teine tuum vastava poollaine tipus "lendab" Maa magnetvälja lisamõju tõttu tavapärasest sügavamale küllastusse. Selle tulemusena ilmub kolmanda mähise väljundisse kahekordne sageduse mittevastavuse signaal. Põhiharmoonilised signaalid on seal ideaalis täielikult kompenseeritud.

Vaadeldava anduri mugavus seisneb selles, et selle pooli saab lisada võnkeahelate tundlikkuse suurendamiseks. Esimene ja teine - võnkeahelasse (või ahelasse), häälestatud kandesagedusele. Kolmas - teisele harmoonilisele häälestatud võnkeahelasse.

Kirjeldatud anduril on selgelt väljendunud kiirgusmuster. Selle väljundsignaal on maksimaalne, kui anduri pikitelg paikneb piki välise konstantse magnetvälja jõujooni. Kui pikitelg on jõujoontega risti, on väljundsignaal null.

Vaadeldavat tüüpi andur, eriti kombinatsioonis sünkroondetektoriga, võib edukalt töötada elektroonilise kompassina. Selle väljundsignaal pärast alaldamist on võrdeline Maa magnetvälja tugevuse vektori projektsiooniga anduri teljele. Sünkroontuvastus võimaldab välja selgitada ka selle projektsiooni märgi. Kuid ka ilma märgita - suunates anduri signaali miinimumile, saame suuna läände või itta. Maksimaalselt orienteerudes - saame Maa välja magnetvälja jõujoone suuna. Keskmistel laiuskraadidel (näiteks Moskvas) läheb see viltu ja "kleepub" põhja suunas maasse. Magnetdeklinatsiooni nurga järgi saab ligikaudselt hinnata piirkonna geograafilist laiust.

Diferentsiaalferromagnetilistel magnetomeetritel on oma eelised ja puudused. Eeliste hulka kuulub seadme lihtsus, see pole keerulisem kui otsevõimendusega raadiovastuvõtja. Puuduste hulka kuulub andurite valmistamise keerukus - lisaks täpsusele on vajalik vastavate mähiste keerdude arvu absoluutne vastavus. Ühe või kahe pöörde pikkune viga võib võimalikku tundlikkust oluliselt vähendada. Teiseks puuduseks on seadme "kompass", st Maa välja täieliku kompenseerimise võimatus, lahutades signaalid kahelt üksteisest eraldatud andurilt. Praktikas põhjustab see valesignaale, kui andur pööratakse ümber pikisuunalise teljega risti.

Praktiline disain

Diferentsiaalse ferromagnetilise magnetomeetri praktiline konstruktsioon rakendati ja testiti prototüübi versioonis ilma spetsiaalse elektroonilise osata helinäiduks, kasutades ainult mikroampermeetrit, mille skaala keskel on null. Heli näidu skeemi saab võtta metallidetektori kirjeldusest vastavalt "edastus-vastuvõtt" põhimõttele. Seadmel on järgmised parameetrid.

Peamised tehnilised omadused
Toitepinge 15... 18 V
Voolutarve mitte rohkem kui 50 mA
Avastamise sügavus:
relv 2 m
kahuritoru 4 m
paak 6 m

Struktuurne skeem

Riis. 31. Diferentsiaalferromagnetilise magnetomeetri ehitusskeem

Plokkskeem on näidatud joonisel fig. 31. Kvartsstabiliseeritud põhiostsillaator annab signaali konditsioneerile taktsageduse.

Ühes selle väljundis on esimese harmoonilise ruutlaine, mis siseneb võimsusvõimendisse, mis ergastab andurite 1 ja 2 kiirgavaid mähiseid. Teine väljund moodustab võrdlusaluse topelttakti sageduse ruutlaine nihkega 90 ° sünkroondetektori jaoks. Andurite väljundi (kolmanda) mähiste erinevussignaal võimendatakse vastuvõtuvõimendis ja alaldatakse sünkroondetektori abil. Alaldatud konstantse signaali saab registreerida eelmistes peatükkides kirjeldatud mikroampermeetri või heliindikatsiooniseadmetega.

elektriskeem

Diferentsiaalse ferromagnetilise magnetomeetri skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 32 - 1. osa; põhiostsillaator, signaali konditsioneer, võimsusvõimendi ja kiirguspoolid, joon. 33 - osa 2: vastuvõtupoolid, vastuvõtuvõimendi, sünkroondetektor, indikaator ja toiteallikas.

Riis. 32. Skemaatiline diagramm - I osa

PEAGENERAATORI (JOON 32)

Peaostsillaator on monteeritud inverteritele D1.1-D1.3. Ostsillaatori sagedust stabiliseerib kvarts- või piesokeraamiline resonaator Q resonantssagedusega 215 Hz = 32 kHz ("taktkvarts"). R1C1 ahel takistab generaatori ergastamist kõrgematel harmoonilistel. Takisti R2 kaudu on OOS-ahel suletud, Q-resonaatori kaudu POS-ahel suletud. Generaatorit iseloomustab lihtsus, madal voolutarve, töökindel töö toitepingel 3 ... 15 V, ei sisalda trimmereid ja liiga suure takistusega takisteid. Generaatori väljundsagedus on umbes 32 kHz.

SIGNAALIGENERAATTOR (JOON 32)

Signaali konditsioneer on kokku pandud binaarloendurile D2 ja D-trigerile D3.1. Kahendloenduri tüüp ei ole põhiline, selle põhiülesanne on jagada taktsagedus 2-ga, 4-ga ja 8-ga, saades nii meanderid sagedustega vastavalt 16, 8 ja 4 kHz. Kiirgavate poolide ergastamise kandesagedus on 4 kHz. Sagedustega 16 ja 8 kHz signaalid, mis toimivad D-flip-flopile D3.1, moodustavad selle väljundis 8 kHz kandesageduse suhtes kahekordistunud meanderi, mis on 8 kHz väljundsignaali suhtes nihutatud 90 ° võrra. kHz binaarloendur. Selline nihe on vajalik sünkroondetektori normaalseks tööks, kuna sama nihke puhul on anduri väljundis kasulik kahekordse sageduse mittevastavuse signaal. Kahe D-flip-flopi mikroskeemi teist poolt - D3.2 skeemis ei kasutata, kuid selle kasutamata sisendid tuleb normaalseks tööks ühendada kas loogika 1 või loogika 0 külge, mis on skeemil näidatud.

VÕIMSUSVÕIMEND (JOON 32)

Võimsusvõimendi ei näe välja selline ja on lihtsalt võimsad inverterid D1.4 ja D1.5, mis tiirutavad antifaasis võnkeahelat, mis koosneb anduri ja kondensaatori C2 järjestikku paralleelselt ühendatud kiirgavatest mähistest. Tärn kondensaatori väärtuse lähedal tähendab, et selle väärtus on näidatud ligikaudselt ja see tuleb kasutuselevõtu ajal valida. Kasutamata inverter D1.6, et mitte jätta oma sisendit ühendamata, inverteerib signaali D1.5, kuid töötab praktiliselt tühikäigul. Takistid R3 ja R4 piiravad inverterite väljundvoolu vastuvõetavale tasemele ning moodustavad koos võnkeahelaga kvaliteetse ribapääsfiltri, mille tõttu on pinge ja voolu kuju anduri kiirgavates mähistes. peaaegu ühtib sinusoidaalsega.

Riis. 33. Skemaatiline diagramm - II osa. Vastuvõtu võimendi

VASTUVÕTUVÕIMEND (JOON 33)

Vastuvõtuvõimendi võimendab anduri vastuvõtupoolidelt tulevat erinevussignaali, mis koos kondensaatoriga C3 moodustavad võnkeahela, mis on häälestatud topeltsagedusele 8 kHz. Tänu häälestustakistile R5 lahutatakse vastuvõtupoolide signaalid mõne kaalukoefitsiendiga, mida saab muuta takisti R5 liugurit liigutades. Sellega saavutatakse anduri vastuvõtumähiste mitteidentsete parameetrite kompenseerimine ja selle "kompassi" minimeerimine. Vastuvõtuvõimendi on kaheastmeline. See on kokku pandud paralleelpingega OS-iga D4.2 ja D6.1 operatsioonivõimenditele. Kondensaator C4 vähendab võimendust kõrgematel sagedustel, vältides sellega võimendustee ülekoormust elektrivõrkudest ja muudest allikatest pärit kõrgsageduslike helisignaalidega. Op-amp parandusahelad on standardsed.

SÜNKROONDETEKTOR (JOON 33)

Sünkroondetektor on valmistatud OS D6.2-l tüüpilise skeemi järgi. D5 CMOS 8 x 1 multiplekser-demultiplekser kiipi kasutatakse analoogklahvidena (joonis 32). Selle digitaalse aadressisignaali liigutatakse ainult kõige vähem olulises bitis, pakkudes punktide K1 ja K2 vahelduvat ümberlülitamist ühisele siinile. Alaldatud signaal filtreeritakse kondensaatoriga C8 ja võimendatakse operatsioonivõimendiga D6.2 koos filtrimata raadiosageduskomponentide samaaegse täiendava summutamisega ahelate R14C11 ja R13C9 abil. Operatsioonivõimendi korrektsiooniahel on kasutatava tüübi jaoks standardne.

INDIKAATOR (JOON 33)

Indikaator on mikroampermeeter, mille skaala keskel on null. Indikaatorosas saab edukalt kasutada varem kirjeldatud teist tüüpi metallidetektorite skeemi. Eelkõige saate indikaatorina kasutada metallidetektori disaini, mis põhineb elektroonilise sagedusmõõturi põhimõttel. Sel juhul asendatakse selle LC-ostsillaator RC-ostsillaatoriga ja mõõdetud väljundpinge juhitakse läbi takistusjaguri taimeri sageduse seadistusahelasse. Täpsemalt saab selle kohta lugeda Juri Kolokolovi kodulehelt.

Kiip D7 stabiliseerib unipolaarset toitepinget. D4.1 opvõimendi loob kunstliku keskmise toitepunkti, võimaldades kasutada tavalist bipolaarset operatiivvõimendit. Keraamilised blokeerivad kondensaatorid C18-C21 on paigaldatud digitaalsete vooluahelate D1, D2, D3, D5 korpuste vahetusse lähedusse.

Osade tüübid ja disain

Kasutatavate mikroskeemide tüübid on näidatud tabelis. 6.

Tabel 6. Kasutatud mikroskeemide tüübid

K561 seeria mikroskeemide asemel on võimalik kasutada K1561 seeria mikroskeeme. Võite proovida kasutada mõnda K176-seeria kiipi või seeria 40XX ja 40XXX välismaiseid analooge.

K157 seeria topeltoperatsioonivõimendid (operatsioonivõimendid) saab asendada mis tahes sarnaste parameetritega üldotstarbeliste operatiivvõimenditega (koos vastavate muudatustega väljund- ja parandusahelates).

Diferentsiaalmagnetomeetri ahelas kasutatavatele takistitele pole erinõudeid. Need peavad olema vaid vastupidavad ja miniatuursed ning kergesti paigaldatavad. Võimsuse hajumise reiting on 0,125 ... 0,25 W.

Potentsiomeetrid R5, R16 on soovitatavad mitme pöördega seadme peenhäälestuse hõlbustamiseks. Potentsiomeetri R5 käepide peab olema plastikust ja piisava pikkusega, et operaatori käe puudutus reguleerimise ajal ei põhjustaks näidiku näitudes muutusi pikapide tõttu. Kondensaator C16 - mis tahes väikese suurusega elektrolüütiline.

Võnkuahelate C2 * ja C3 * kondensaatorid koosnevad mitmest (5-10 tk.) paralleelselt ühendatud kondensaatorist. Ahela häälestamine resonantsiks toimub kondensaatorite arvu ja nende reitingu valimisel. Soovitatav kondensaatoritüüp on K10-43, K71-7 või välismaised termostabiilsed analoogid. Võite proovida kasutada tavalisi keraamilisi või metallkile kondensaatoreid, kuid temperatuurikõikumiste korral peate seadet sagedamini reguleerima.

Mikroampermeeter - mis tahes tüüpi voolu jaoks 100 μA nulliga skaala keskel. Mugavad on väikesed mikroammeetrid, näiteks tüüp M4247. Võite kasutada peaaegu iga mikroampermeetrit ja isegi milliampermeetrit - mis tahes skaalapiiranguga. Selleks peate vastavalt reguleerima takistite R15-R17 väärtusi. Kvartsresonaator Q - mis tahes väikese suurusega kella kvarts (sarnaseid kasutatakse ka kaasaskantavates elektroonilistes mängudes).

Lüliti S1 - igat tüüpi, kompaktne.

Riis. 34. Andur-antenni konstruktsioon

Anduripoolid on valmistatud ümmargustel ferriitsüdamikutel läbimõõduga 8 mm (kasutatakse raadiovastuvõtjate MW ja LW magnetantennides) pikkusega umbes 10 cm Iga mähis koosneb 200 keerust vaskmähise traati läbimõõduga 0,31 mm, ühtlaselt ja tihedalt mähitud kahes kihis topeltlakk-siidisolatsioonis. Kõigi mähiste peale on kinnitatud ekraani fooliumikiht. Ekraani servad on üksteisest isoleeritud, et vältida lühismähise teket. Ekraani väljund toimub tinatatud vasest ühesoonelise traadiga. Alumiiniumfooliumekraani puhul asetatakse see juhe ekraanile kogu pikkuses ja on tihedalt elektrilindiga kokku keeratud. Vasest või messingist fooliumist valmistatud kilbi puhul on plii joodetud.

Ferriidisüdamike otsad on kinnitatud fluoroplastilistesse tsentreerimisketastesse, tänu millele hoitakse anduri kumbagi poolt tekstoliidist valmistatud plasttoru sees, mis toimib korpusena, nagu on skemaatiliselt näidatud joonisel fig. 34. Toru pikkus ca 60 cm Anduri kumbki pool asub toru otsas ja on lisaks kinnitatud silikoontihendiga, mis täidab mähiste ja nende südamike ümber oleva ruumi. Täitmine toimub korpuse torus olevate spetsiaalsete aukude kaudu. Koos fluoroplastseibidega annab selline hermeetik habraste ferriitvarraste kinnitustele vajaliku elastsuse, mis hoiab ära nende lõhenemise juhuslike löökide ajal.

Seadme seadistamine

1. Veenduge, et paigaldus on õige.

2. Kontrollige voolutarbimist, mis ei tohiks ületada 100 mA.

3. Kontrollige põhiostsillaatori ja teiste impulsssignaalide moodustamise elementide õiget tööd.

4. Reguleerige anduri võnkeahelat. Kiirgamine - sagedusega 4 kHz, vastuvõtmine - 8 kHz.

5. Veenduge, et võimendustee ja sünkroondetektor töötavad õigesti.

Seadmega töötamine

Seadme seadistamise ja sellega töötamise protseduur on järgmine. Läheme otsingukohta, lülitame seadme sisse ja hakkame antenniandurit pöörama. Parim vertikaaltasandil, mis läbib põhja-lõuna suunda. Kui seadme andur on varda peal, siis ei saa seda pöörata, vaid kiigutada nii kaugele kui varras lubab. Indikaatorinõel kaldub kõrvale (kompassi efekt). Muutuva takisti R5 abil püüame nende kõrvalekallete amplituudi minimeerida. Sel juhul "nihutab" mikroampermeetri näitude keskpunkt ja seda tuleb ka reguleerida teise muutuva takistiga R16, mis on mõeldud nullimiseks. Kui "kompassi" efekt muutub minimaalseks, peetakse seadet tasakaalustatuks.

Väikeste objektide puhul ei erine diferentsiaalmagnetomeetriga otsimise meetod tavapärase metallidetektoriga töötamise meetodist. Objekti lähedal võib nool kalduda mis tahes suunas. Suurte objektide puhul kaldub indikaatornool suurel alal erinevatesse suundadesse.

Magnetomeeter on seade, mida kasutatakse Maa magnetväljaga tutvumiseks või peidetud objektide otsimiseks. Tööpõhimõtte järgi sarnaneb seade veidi metallidetektoriga, mis reageerib metallpindadele, selle erandiga, et see on tundlik nii Maa loomuliku magnetvälja kui ka suurte mittemetalliliste objektide suhtes, millel on oma. jääkväli. Seade on leidnud oma rakenduse erinevates tööstusharudes ja teaduses, kuna see võimaldab salvestada looduslikke anomaaliaid ning kiirendab ka objektide otsimist.

Miks kasutada magnetomeetrit

Magnetomeetrid reageerivad magnetväljale ja väljendavad selle tugevust erinevates füüsilistes ühikutes. Sellega seoses on neid seadmeid mitut tüüpi, millest igaüks on kohandatud konkreetse otsingueesmärgi jaoks. Nende seadmete modifikatsioone kasutatakse kümnetes teaduse ja tööstuse harudes:

Geoloogia.
Arheoloogia.
Navigeerimine.
Seismoloogia.
Sõjaline luure.
Geokronoloogia.

IN geoloogia magnetomeeter otsib mineraale ilma proovide võtmiseks katsepuurimiseta. Seade võimaldab fikseerida kivististest rikka veeni ja teha otsuse selles piirkonnas kaevandamise alustamise otstarbekuse kohta. Samuti on selle seadme abil võimalik kindlaks teha, kus asuvad maa-alused joogiveeallikad, kuidas need paiknevad ja nende maht. Tänu sellele on võimalik eelnevalt otsustada, kuhu kaev või kaev rajada, et vee äärde pääseda, ilma et oleks vaja maksimaalselt süvendada.

Magnetomeetreid kasutatakse arheoloogia väljakaevamiste ajal. Need võimaldavad teil reageerida sügavale maa alla peidetud hoonete vundamentidele, kujudele ja muudele objektidele, millel on jääkmagnetisatsioon. Esiteks on see põletatud telliskivi või kivi. Seade reageerib sügavale maa alla peidetud iidsetele kolletele ja ahjudele. Selle abil saate otsida objekte jääst või lumest.

Magnetomeetrit kasutatakse ka navigeerimine. See tuvastab Maa magnetvälja ja annab desorientatsiooni korral teavet liikumissuuna kohta. Selliseid seadmeid kasutatakse lennu- ja meretranspordis. Magnetomeetrid on kosmosejaamade ja süstikute kohustuslik varustus.

IN seismoloogia Maa magnetväljale reageerivad magnetomeetrid võimaldavad ennustada maavärinat, kuna tektooniliste plaatide omaduste muutumisel rikutakse tavapäraseid väljanäitajaid. Nii saab tuvastada värskeid maa-aluseid pragusid, mille kaudu võib purse alata.

IN sõjaväeluure see varustus võimaldab otsida tavapäraste radarite eest peidetud sõjalisi objekte. Magnetomeetri abil saab tuvastada mere või ookeani põhjas lebava allveelaeva.

IN geokronoloogia jääkmagnetiseerimise tugevust saab kasutada kivimite vanuse määramiseks. Täpsemad meetodid on olemas, kuid magnetomeetriga saab seda teha sekunditega, ilma et oleks vaja kulukat analüüsi.

Magnetomeetrite sordid vastavalt tööpõhimõttele

Vastavalt tööpõhimõttele jagunevad magnetomeetrid kolme tüüpi:

Magnetostaatiline.
Induktsioon.
Kvant.

Iga liik reageerib välisele magnetväljale teatud füüsikalise printsiibi abil. Nende kolme sordi põhjal on loodud mitmesuguseid kõrgelt spetsialiseerunud magnetomeetritüüpe, mis on teatud tingimustel täpsemad mõõtmiseks.

magnetostaatiline

Vaatamata selle seadme välisele keerukusele töötab see täiesti arusaadava füüsilise põhimõtte järgi. Magnetomeetri sees on väike püsimagnet, mis reageerib magnetväljale, millega see kokku puutub. Magnet on riputatud elastsele vedrustusele, mis võimaldab sellel kerida. Sellel pole praktiliselt oma jäikust, seetõttu ei hoia see seda kinni ja võimaldab ilma vastupanuta kerida. Kui püsimagnet reageerib võõra väljaga, mille suund või tugevus ei ühti tema omaga, tekib külgetõmbe- või tõukereaktsioon. Selle tulemusena hakkab rippuv püsimagnet pöörlema, mis fikseerib tundliku anduri. Seega mõõdetakse välise magnetvälja tugevust ja suunda.

Magnetostaatilise seadme tundlikkus sõltub sellesse paigaldatud võrdlusmagnetist. Samuti mõjutab vedrustuse elastsus mõõtmise täpsust.

induktsioon

Induktsioonmagnetomeetritel on juhtivast materjalist traadimähisega mähis. See on aku toiteallika pinge all. Mähis loob oma magnetvälja, mis hakkab kokku puutuma selle ahelat läbivate kolmandate osapoolte väljadega. Tundlikud andurid reageerivad muutustele, mis kuvatakse mähisel selle interaktsiooni tulemusena. Nad võivad reageerida pöörlemisele või võnkumisele. Keerulisemates seadmetes reageerivad andurid mähise südamiku magnetilise läbilaskvuse muutustele. Olenemata muutuse salvestamise viisist kuvab seade väliste magnetväljade indikaatoreid ja võimaldab määrata objektide asukohta, nende suurust ja kaugust.

kvant

Kvantmagnetomeeter reageerib väliste magnetväljade mõjul liikuvate elektronide magnetmomendile. See on kallis varustus, mida kasutatakse nii laboriuuringuteks kui ka keerukateks otsinguteks. Seade salvestab mikroosakeste magnetmomendi ja mõõdetava välja intensiivsuse. See seade võimaldab teil mõõta nõrkade väljade intensiivsust, sealhulgas neid, mis asuvad kosmoses. Just neid seadmeid kasutatakse geouuringutel sügavate mineraalide leiukohtade otsimiseks.

Erinevus mudelite vahel

Magnetomeeter on väga tehniline seade, mis võib erineda teistest sarnastest instrumentidest mitte ainult magnetvälja või tundlikkuse muutusele reageerimise füüsikalise põhimõtte, vaid ka muude omaduste poolest. Seadmed võivad üksteisest erineda järgmiste kriteeriumide alusel:

Ekraani olemasolu.
Andurite arv.
Heli indikaatori olemasolu.
Mõõtmisvead.
näidustuse meetod.
Pideva töö kestus.
Mõõtmed ja kaal.

Mis puudutab tundlike andurite hulka, siis mida rohkem neid on, seda täpsem on varustus. Magnetomeeter võib kuvada oma mõõtmisi numbriliselt või graafiliselt. Raske on öelda, milline on parem, kuna kõik sõltub mõõtmise tingimuste omadustest. Teatud juhtudel peate lihtsalt saama magnetvälja indikaatorite kuvamise numbritega, mõnikord aga vajate selle pööriste vektori visuaalsemat definitsiooni. Parim variant on kombineeritud seadmed, mis võimaldavad kuvada indikaatoreid digitaalsel ja graafilisel kuval.

Riis. 29. Magnetiseerimiskõver

Riis. 30. Diferentsiaalne ferromagnetiline andur

Enne kui mainime end selleks otstarbeks loomulikult soovitavat sünkroondetektorit, mis töötab topeltkandesagedusega tugisignaaliga, vaatleme ferromagnetilise anduri keerulise versiooni konstruktsiooni. See koosneb kahest südamikust ja kolmest mähist (joonis 30). Oma tuumaks on see diferentsiaalandur. Kuid lihtsuse huvides ei nimeta me seda tekstis edasi diferentsiaaliks, kuna magnetomeeter ise on juba diferentsiaal :).

Praktiline disain

Peamised tehnilised omadused

Toitepinge - 15... 18 V
Voolutarve - mitte rohkem kui 50 mA

Avastamise sügavus:

püstol - 2 m
kahuritoru - 4 m
paak - 6 m

Struktuurne skeem

Plokkskeem on näidatud joonisel fig. 31. Kvartsstabiliseeritud põhiostsillaator annab signaali konditsioneerile taktsageduse.

Riis. 31. Diferentsiaalferromagnetilise magnetomeetri ehitusskeem

elektriskeem

Diferentsiaalse ferromagnetilise magnetomeetri skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 32 – osa 1: põhiostsillaator, signaali konditsioneer, võimsusvõimendi ja kiirguspoolid, joon. 33 - osa 2: vastuvõtupoolid, vastuvõtuvõimendi, sünkroondetektor, indikaator ja toiteallikas.

Riis. 32. Skemaatiline diagramm – 1. osa

Peaostsillaator on monteeritud inverteritele D1.1-D1.3. Ostsillaatori sagedust stabiliseerib kvarts- või piesokeraamiline resonaator Q resonantssagedusega 215 Hz = 32 kHz ("taktkvarts"). R1C1 ahel takistab generaatori ergastamist kõrgematel harmoonilistel. Takisti R2 kaudu on OOS-ahel suletud, resonaatori Q kaudu POS-ahel suletud. Generaatorit iseloomustab lihtsus, madal voolutarve, töökindel töö toitepingel 3 ... 15 V, ei sisalda häälestatud elemente ja liiga suure takistusega takisteid. Generaatori väljundsagedus on umbes 32 kHz.

Signaali konditsioneer(Joonis 32)

Võimendi(Joonis 32)

Vastuvõtu võimendi(Joonis 33)

Vastuvõtuvõimendi on kaheastmeline. See on kokku pandud paralleelpingega OS-iga D4.2 ja D6.1 operatsioonivõimenditele. Kondensaator C4 vähendab võimendust kõrgematel sagedustel, vältides sellega võimendustee ülekoormust elektrivõrkudest ja muudest allikatest pärit kõrgsageduslike helisignaalidega. Op-amp parandusahelad on standardsed.

Sünkroondetektor(Joonis 33)

Sünkroondetektor on valmistatud OS D6.2-l tüüpilise skeemi järgi. D5 CMOS 8 x 1 multiplekser-demultiplekser kiipi kasutatakse analoogklahvidena (joonis 32). Selle digitaalse aadressisignaali liigutatakse ainult kõige vähem olulises bitis, pakkudes punktide K1 ja K2 vahelduvat ümberlülitamist ühisele siinile. Alaldatud signaal filtreeritakse kondensaatoriga C8 ja võimendatakse operatsioonivõimendiga D6.2 koos filtrimata RF-komponentide samaaegse täiendava summutamisega ahelate R14C11 ja R13C9 abil. Operatsioonivõimendi korrektsiooniahel on kasutatava tüübi jaoks standardne.

Riis. 33. Skemaatiline diagramm - osa 2. Vastuvõtuvõimendi

Näitaja(Joonis 33)

Osade tüübid ja disain

Kasutatavate mikroskeemide tüübid on näidatud tabelis. 6.

Tabel 6. Kasutatud mikroskeemide tüübid

K561 seeria mikroskeemide asemel on võimalik kasutada K1561 seeria mikroskeeme. Võite proovida kasutada mõnda K176-seeria kiipi või seeria 40XX ja 40XXX välismaiseid analooge.

Kondensaator C16 - mis tahes väikese suurusega elektrolüütiline.

Kvartsresonaator Q - mis tahes väikese suurusega kella kvarts (sarnaseid kasutatakse ka kaasaskantavates elektroonilistes mängudes).

Lüliti S1 - igat tüüpi, kompaktne.

Riis. 34. Andur-antenni konstruktsioon

Toru pikkus on ca 60 cm Anduri kumbki pool asub toru otsas ja on lisaks kinnitatud silikoontihendiga, mis täidab mähiste ja nende südamike ümber oleva ruumi. Täitmine toimub korpuse torus olevate spetsiaalsete aukude kaudu. Koos fluoroplastseibidega annab selline hermeetik habraste ferriitvarraste kinnitustele vajaliku elastsuse, mis hoiab ära nende lõhenemise juhuslike löökide ajal.

Seadme seadistamine

1. Veenduge, et paigaldus on õige.

2. Kontrollige voolutarbimist, mis ei tohiks ületada 100 mA.

3. Kontrollige põhiostsillaatori ja teiste impulsssignaalide moodustamise elementide õiget tööd.

4. Reguleerige anduri võnkeahelat. Kiirgamine - sagedusega 4 kHz, vastuvõtmine - 8 kHz.

5. Veenduge, et võimendustee ja sünkroondetektor töötavad õigesti.

Seadmega töötamine

Loe ja kirjuta kasulik