Магнитометр с поисковой катушкой

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найти источники:  «Магнитометр с поисковой катушкой»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( июнь 2016 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон )

Поисковая катушка магнитометра или индукционный магнитометр , на основе индуктивного датчика (также известный как индуктивная петля и катушка индуктивности), является магнитометром , который измеряет переменный магнитный поток . Индуктивный датчик, подключенный к электронной схеме кондиционирования, представляет собой магнитометр с поисковой катушкой. Это векторный магнитометр, который может измерять одну или несколько компонент магнитного поля. В классической конфигурации используются три ортогональных индуктивных датчика. Магнитометр с поисковой катушкой может измерять магнитное поле от МГц до сотен МГц.

Принцип [ править ]

Индуктивный датчик основан на законе индукции Фарадея . Изменение во времени магнитного потока через цепь N витков вызовет напряжение, которое следует за ${\displaystyle \Phi }$${\displaystyle e}$

${\displaystyle e=-N{\frac {\mathrm {d} \Phi }{\mathrm {d} t}}}$

что можно выразить проще

${\displaystyle e=-N\times S{\frac {\mathrm {d} B}{\mathrm {d} t}}}$

предполагая, что индуцированное магнитное поле B однородно по сечению S ( Магнитный поток будет выражен ).${\displaystyle \Phi =B\times S}$

Рисунок 1: Индукционный датчик, состоящий из обмотки (оранжевый), окружающей ферромагнитный сердечник (серый)

Индуцированное напряжение ( ) можно увеличить несколькими способами:${\displaystyle e}$

• увеличить поверхность ( S ),
• увеличить номер поворота ( N ),
• использовать ферромагнитный сердечник.

Поисковая катушка с ферромагнитным сердечником [ править ]

Когда катушка наматывается на ферромагнитный сердечник, это увеличивает чувствительность датчика благодаря кажущейся проницаемости ферромагнитного сердечника.

Видимая проницаемость [ править ]

Магнитное усиление, известное как кажущаяся магнитная проницаемость , является результатом намагничивания реакции ферромагнитного сердечника на внешнее магнитное поле. Намагниченность уменьшается размагничивающим полем.${\displaystyle \mu _{app}}$

${\displaystyle \mu _{app}={\frac {\mathrm {\mu } _{r}}{\mathrm {1} +N_{z}\times (\mu _{r}-1)}}}$

где - относительная магнитная проницаемость , - коэффициент размагничивания в направлении z .${\displaystyle \mu _{r}}$${\displaystyle N_{z}}$

Индуцированное напряжение будет записано

${\displaystyle e=-NS\mu _{app}{\frac {\mathrm {d} B}{\mathrm {d} t}}}$

Коэффициент размагничивания можно легко вычислить в случае простых форм (сфер и эллипсоидов).

Приложения [ править ]

• Айтрекер

Поисковая катушка используется для измерения движения глаз с помощью катушек, встроенных в плотно прилегающую контактную линзу или резиновое кольцо, которое прилегает к глазу . В исследованиях на животных поисковая катушка может быть имплантирована в склеру глаза хирургическим путем . Переменные магнитные поля создаются магнитами, расположенными вокруг глаза. Через электромагнитной индукции , электрические токи генерируются в поисковых катушек. Полярность и амплитуда генерируемого тока зависит от направления и углового смещения глаза. Измеряя эти значения, можно определить положение глаза. Поисковые катушки могут быть применены к одному или обоим глазам.

Для определения ориентации глаза более чем в одном измерении (например, вверх / вниз по сравнению с левым / правым) можно использовать несколько магнитов, ориентированных ортогонально друг другу. Каждый магнит генерирует поле с разной частотой, что позволяет компьютеру анализировать показания поисковой катушки для определения смещения в нескольких измерениях. Дополнительно может быть добавлена ​​вторая поисковая катушка для измерения крутильного вращения.

• Образование

Более грубая поисковая катушка, также называемая катушкой исследования, также используется в лабораторных экспериментах в школах для измерения магнитного поля в определенной области космоса. В этом случае поисковая катушка состоит из простой проволочной катушки или соленоида, подключенных к чувствительному амперметру или гальванометру . Катушка помещается в измеряемое магнитное поле и быстро выводится в область пространства с незначительным магнитным полем. По мере движения поисковой катушки магнитный поток, связанный с катушкой, изменяется. Это индуцирует ток в катушке, который может быть зарегистрирован гальванометром.. Поскольку наведенный ток прямо пропорционален скорости изменения магнитной связи и если предположить, что катушка очень быстро удаляется из магнитного поля, максимальный ток, измеренный амперметром, пропорционален магнитному полю . Поисковую катушку можно откалибровать, повторив это в известном магнитном поле. Справочная таблица показывает зависимость напряжения разомкнутой катушки от магнитного поля А / м (или тесла) или тока короткого замыкания в зависимости от магнитного поля.${\displaystyle \ \mathbf {B} }$

• Неразрушающий контроль
• Магнитотеллурика
• Космических исследований

Космические аппараты со встроенными магнитометрами с поисковой катушкой строились в течение многих десятилетий для исследования электромагнитных волн в космической плазме. ^{[ требуется разъяснение ]}

• Наблюдения за естественными электромагнитными волнами на Земле.

На Земле можно наблюдать множество электромагнитных волн. Процитируем исследовательский проект Auroral (см. Ссылку на HAARP).

Ссылки [ править ]

• Павел Рипка, Магнитные датчики и магнитометры , Издательство Artech House
• С. Тумански, Датчики с индукционной катушкой - обзор
• [1]

См. Также [ править ]

• Waves (Juno) (Использует магнитную поисковую катушку)