Wyszukaj magnetometr cewki - Search coil magnetometer

Wyszukiwania cewki magnetometru lub indukcyjnego magnetometru , w oparciu o czujnik indukcyjny (znany również jako pętli indukcyjnej i cewki indukcyjnej) jest magnetometr , który mierzy zmiennego strumienia magnetycznego . Czujnik indukcyjny podłączony do kondycjonującego obwodu elektronicznego stanowi magnetometr cewki wyszukiwania. Jest to magnetometr wektorowy, który może mierzyć jedną lub więcej składowych pola magnetycznego. Klasyczna konfiguracja wykorzystuje trzy ortogonalne czujniki indukcyjne. Magnetometr z cewką poszukiwawczą może mierzyć pole magnetyczne od MHz do setek MHz.

Zasada

Czujnik indukcyjny działa w oparciu o prawo indukcji Faradaya . Czasowa zmiana strumienia magnetycznego w obwodzie z N zwojami indukuje napięcie, które następuje ${\ displaystyle \ Phi}$${\ displaystyle e}$

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

co można wyrazić w prostszy sposób

${\ Displaystyle e = -N \ razy S {\ Frac {\ mathrm {d} B} {\ mathrm {d} t}}}$

zakładając, że indukowane pole magnetyczne B jest jednorodne na odcinku S ( wyrażony zostanie strumień magnetyczny ). ${\ displaystyle \ Phi = B \ razy S}$

Rysunek 1: Czujnik indukcyjny złożony z uzwojenia (pomarańczowego) otaczającego rdzeń ferromagnetyczny (szary)

Indukowane napięcie ( ) można zwiększyć na kilka sposobów: ${\ displaystyle e}$

• zwiększyć powierzchnię ( S ),
• zwiększyć numer skrętu ( N ),
• użyj rdzenia ferromagnetycznego.

Szukaj cewki za pomocą rdzenia ferromagnetycznego

Kiedy cewka jest nawinięta wokół rdzenia ferromagnetycznego , zwiększa to czułość czujnika dzięki pozornej przepuszczalności rdzenia ferromagnetycznego.

Pozorna przepuszczalność

Wzmocnienie magnetyczne, zwane przepuszczalnością pozorną , jest wynikiem namagnesowania odpowiedzi rdzenia ferromagnetycznego na zewnętrzne pole magnetyczne. Namagnesowanie jest redukowane przez pole rozmagnesowania. ${\ displaystyle \ mu _ {aplikacja}}$

${\ Displaystyle \ mu _ {aplikacja} = {\ Frac {\ mathrm {\ mu} _ {r}} {\ mathrm {1} + N_ {z} \ razy (\ mu _ {r} -1)}} }$

gdzie jest przepuszczalnością względną , jest współczynnikiem rozmagnesowania w kierunku z . ${\ displaystyle \ mu _ {r}}$${\ displaystyle N_ {z}}$

Wywołane napięcie zostanie zapisane

${\ displaystyle e = -NS \ mu _ {aplikacja} {\ Frac {\ mathrm {d} B} {\ mathrm {d} t}}}$

Współczynnik rozmagnesowania można łatwo obliczyć w przypadku prostych kształtów (kul i elipsoid).

Aplikacje

• Eye tracker

Cewka wyszukiwania służy do pomiaru ruchu oczu za pomocą cewek, które są osadzone w ciasno dopasowanej soczewce kontaktowej lub gumowym pierścieniu, który przylega do oka . W badaniach na zwierzętach cewkę wyszukiwania można wszczepić chirurgicznie do twardówki oka. Zmienne pola magnetyczne są generowane przez magnesy rozmieszczone wokół oka. Za pomocą indukcji elektromagnetycznej , prądy elektryczne są wytwarzane w cewkach wyszukiwania. Polaryzacja i amplituda generowanego prądu zmienia się w zależności od kierunku i kątowego przemieszczenia oka. Mierząc te wartości, można określić położenie oka. Cewki wyszukiwania można zastosować do jednego lub obu oczu.

W celu wykrycia orientacji oczu w więcej niż jednym wymiarze (np. Góra / dół vs. lewo / prawo), można zastosować wiele magnesów zorientowanych prostopadle do siebie. Każdy magnes generuje pole przy użyciu innej częstotliwości, umożliwiając komputerową analizę odczytów z cewki wyszukiwania w celu określenia przemieszczenia w wielu wymiarach. Dodatkowo można dodać drugą cewkę wyszukiwania w celu pomiaru obrotu skrętnego .

• Edukacja

Bardziej prymitywna cewka wyszukiwania, zwana również cewką eksploracyjną, jest również używana w eksperymentach laboratoryjnych w szkołach do pomiaru pola magnetycznego w określonym obszarze przestrzeni. W tym przypadku cewka wyszukiwania składa się z prostej cewki z drutu lub elektromagnesu podłączonego do czułego amperomierza lub galwanometru . Cewkę umieszcza się w mierzonym polu magnetycznym i szybko wycofuje do obszaru przestrzeni o znikomym polu magnetycznym. Gdy cewka wyszukiwania porusza, zmienia się strumień magnetyczny związany z cewką. To indukuje prąd w cewce, który można zarejestrować na galwanometrze . Ponieważ indukowany prąd jest wprost proporcjonalny do szybkości zmiany strumienia sprzężenia i zakładając, że cewka jest bardzo szybko usuwana z pola magnetycznego, maksymalny prąd zmierzony przez amperomierz jest proporcjonalny do pola magnetycznego . Cewkę wyszukiwania można skalibrować, powtarzając to w znanym polu magnetycznym. Tabela referencyjna pokazuje napięcie otwartej cewki względem pola magnetycznego A / m (lub teslasu) lub prąd zwarciowy w porównaniu z polem magnetycznym. ${\ displaystyle \ \ mathbf {B}}$

• Badania nieniszczące
• Magnetotelluryka
• Badanie przestrzeni kosmicznej

Statek kosmiczny z wbudowanymi magnetometrami cewek poszukiwawczych budowano od wielu dziesięcioleci w celu badania fal elektromagnetycznych w plazmie kosmicznej.

• Obserwacje naturalnych fal elektromagnetycznych na Ziemi.

Na Ziemi można zaobserwować wiele fal elektromagnetycznych. Zacytujmy projekt badawczy Auroral (por. Odnośnik HAARP).

Bibliografia

• Pavel Ripka, Czujniki magnetyczne i magnetometry , wydawnictwo Artech House
• S. Tumanski, Induction Coil Sensors - a Review
• [1]

Zobacz też

• Waves (Juno) (wykorzystuje cewkę magnetyczną)