Датчики электромагнитного поля

Таблица 4 - Параметры феррозондовых преобразователей

Однако у феррозондов есть свои недостатки, к которым относятся большие размеры, ограниченный динамический диапазон, невысокая механическая прочность, невозможность работы в условиях вибраций и тряски, значительная инерционность. Главным же недостатком является высокая стоимость и трудоемкость использования феррозондовых преобразователей магнитного поля.

5) Кроме феррозондовых металлодетекторов наибольшее распространение получили квантовые приборы, основанные на эффекте ядерного магнитного резонанса и эффекте Зеемана с оптической накачкой. В них реализованы более фундаментальные физические принципы, квантовые приборы обладают большей чувствительностью.

В классическом представлении свободные микрочастицы, обладающие как магнитным, так и механическим моментом, прецессируют в постоянном магнитном поле.

Частота прецессии (частота Лармора) пропорциональна индукции магнитного поля В. Различают квантовые магнитометры со свободной и вынужденной ядерной прецессией. В магнитометре со свободной ядерной прецессией ампула с рабочим веществом (водой или другой протоносодержащей жидкостью) помещается в приемную катушку, которая включена в перестраиваемый по частоте колебательный контур. Вспомогательное постоянное магнитное поле, более сильное, чем измеряемое, поляризует рабочее вещество в перпендикулярном рабочему полю направлении [15].

После быстрого отключения вспомогательного магнитного поля моменты атомных ядер свободно прецессируют относительно направления измеряемого поля В с экспоненциально убывающей в течении 2-3 с амплитудой. При этом в приемной катушке наводится ЭДС с частотой прецессии (Лармора), которая измеряется частотомером. Чувствительность протонных металлодетекторов со свободной прецессией в слабых однородных полях порядка земного магнитного поля достигает 1 нТл [15].

В металлодетекторах с оптической накачкой рабочего вещества фиксируется частота высокочастотного генератора при ее совпадении с частотой инверсных квантовых переходов между подуровнями тонкого и сверхтонкого магнитного расщепления. Момент совпадения наблюдают по резонансному поглощению световой энергии, сопровождаемому рассеянием или преломлением света при его взаимодействии с атомами рабочего вещества. Чувствительность таких металлодетекторов достигает 10-13 Тл [15].

Существует еще класс сверхпроводящих магнитометров (металлодетекторов) основанных на эффекте Джозефсона. В качестве измерительного преобразователя в таких магнитометрах используется сверхпроводящие квантовые интерферометры (СКВИДы) постоянного или переменного тока. В магнитометрах со СКВИДом постоянного тока приращение внешнего магнитного потока преобразуется в осциллирующее напряжение на контактах чувствительного элемента: при измерении подсчитывается полное число осцилляций напряжения за время наложения потока. В магнитометрах со СКВИДом переменного тока осциллирующей функцией магнитного потока является полная индуктивность сверхпроводящего кольца и, следовательно, напряжение на связанном с ним высокочастотном колебательном контуре [17]. В сверхпроводящих магнитометрах достигнут рекордный уровень чувствительности 10-15 Тл на частотах 0-1 Гц [15]. Один из СКВИД-магнитометров разработан в Новосибирском государственном техническом университете. Он обладает чувствительностью 2∙10-13 Тл. При этом условие сверхпроводимости чувствительного элемента обеспечивается жидким азотом, что с точки зрения эксплуатационных расходов гораздо выгоднее, чем охлаждение жидким гелием. Тем не менее, для полевых условий такой магнитометр неудобен из-за необходимости иметь запас жидкого азота, неизбежно испаряющегося из рабочего объема преобразователя [15]. Приведенные выше характеристики квантовых и феррозондовых магнитометров свидетельствуют о более высокой чувствительности квантовых приборов. Именно чувствительность является определяющим параметром при выборе оборудования для поиска. Особенно это важно, когда приходиться обследовать огромные площади морского дна на больших глубинах.

Другие стьтьи в тему

Расчет системы автоматического регулирования (САР)
Центральной проблемой автоматизации является автоматическое управление. Необходимость автоматического управления возникает в тех случаях, когда требуется заранее с заданной точностью управлять тем или иным физическим параметром (регулируемой величиной) объекта управления ...

Разработка стенда для исследования схемы синхронного RS-триггера
Одним из ведущих направлений развития современной микроэлектроники элементной базы являются большие интегральные микросхемы памяти, которые служат основой для построения запоминающих устройств в аппаратуре различного назначения. Наиболее широкое применение эти микросхемы нашли в ЭВМ, ...