Vyhledávací cívka magnetometru - Search coil magnetometer

Cívka magnetometru nebo indukční magnetometru , na základě indukčního snímače (také známý jako indukční smyčkou a indukční cívky), je magnetometr , který měří měnící se magnetický tok . Induktivní senzor připojený k elektronickému obvodu úpravy tvoří magnetometr vyhledávací cívky. Jedná se o vektorový magnetometr, který může měřit jednu nebo více složek magnetického pole. Klasická konfigurace používá tři ortogonální indukční senzory. Magnetometr s vyhledávací cívkou může měřit magnetické pole od mHz do stovek MHz.

Zásada

Induktivní senzor je založen na Faradayově zákonu indukce . Časová variace magnetického toku přes obvod N závitů indukuje napětí, které následuje ${\ displaystyle \ Phi}$${\ displaystyle e}$

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

což lze vyjádřit jednodušším způsobem

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

za předpokladu, že indukované magnetické pole B je v úseku S homogenní ( magnetický tok bude vyjádřen ). ${\ displaystyle \ Phi = B \ krát S}$

Obrázek 1: Indukční snímač tvořený vinutím (oranžové) obklopujícím feromagnetické jádro (šedé)

Indukované napětí ( ) lze zvýšit několika způsoby: ${\ displaystyle e}$

• zvětšit povrch ( S ),
• zvýšit číslo odbočky ( N ),
• použijte feromagnetické jádro.

Hledejte cívku pomocí feromagnetického jádra

Když je cívka navinuta kolem feromagnetického jádra, zvyšuje to citlivost senzoru díky zjevné propustnosti feromagnetického jádra.

Zdánlivá propustnost

Magnetické zesílení, známé jako zdánlivá propustnost , je výsledkem magnetizace odezvy feromagnetického jádra na vnější magnetické pole. Magnetizace je snížena demagnetizačním polem. ${\ displaystyle \ mu _ {aplikace}}$

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

kde je relativní permeabilita , je demagnetizační koeficient ve směru z . ${\ displaystyle \ mu _ {r}}$${\ displaystyle N_ {z}}$

Indukované napětí bude zapsáno

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

Demagnetizační koeficient lze snadno vypočítat v případě jednoduchých tvarů (koule a elipsoidy).

Aplikace

• Sledovač očí

Vyhledávací cívka se používá k měření pohybu očí pomocí cívek vložených do těsně přiléhajících kontaktních čoček nebo gumového kroužku, který přilne k oku . Ve studiích na zvířatech může být vyhledávací cívka chirurgicky implantována do skléry oka. Střídavé magnetické pole jsou generovány magnety umístěnými kolem oka. Přes elektromagnetické indukce , elektrické proudy jsou generovány v vyhledávacích cívek. Polarita a amplituda generovaného proudu se mění se směrem a úhlovým posunem oka. Měřením těchto hodnot lze určit polohu oka. Vyhledávací cívky lze aplikovat na jedno nebo obě oči.

Aby bylo možné detekovat orientaci očí ve více než jedné dimenzi (např. Nahoru / dolů vs. vlevo / vpravo), lze použít více magnetů orientovaných navzájem kolmo . Každý magnet generuje pole s jinou frekvencí, což umožňuje analyzovat naměřené hodnoty z vyhledávací cívky počítačem a určit posunutí ve více rozměrech. K měření torzní rotace lze navíc přidat druhou vyhledávací cívku .

• Vzdělání

Surovější vyhledávací cívka nazývaná také průzkumná cívka se také používá při laboratorních experimentech ve školách k měření magnetického pole v určité oblasti vesmíru. V tomto případě se vyhledávací cívka skládá z jednoduché drátové cívky nebo solenoidu připojeného k citlivému ampérmetru nebo galvanometru . Cívka se umístí do magnetického pole, které se má měřit, a rychle se stáhne do oblasti vesmíru se zanedbatelným magnetickým polem. Jak se vyhledávací cívka pohybuje, magnetický tok spojený s cívkou se mění. To indukuje v cívce proud, který lze registrovat na galvanometru . Protože indukovaný proud je přímo úměrný rychlosti změny vazby toku a za předpokladu, že cívka je z magnetického pole odstraněna velmi rychle, je maximální proud měřený ampérmetrem úměrný magnetickému poli . Vyhledávací cívku lze kalibrovat opakováním ve známém magnetickém poli. Referenční tabulka ukazuje napětí otevřené cívky versus magnetické pole A / m (nebo teslas) nebo krátký proud versus magnetické pole. ${\ displaystyle \ \ mathbf {B}}$

• Nedestruktivní testování
• Magnetotellurics
• Kosmický výzkum

Kosmická loď s magnetometry na palubní cívce byla konstruována po mnoho desetiletí, aby zkoumala EM vlny ve vesmírné plazmě.

• Pozorování přirozených elektromagnetických vln na Zemi.

Na Zemi je pozorovatelných mnoho elektromagnetických vln. Citujme výzkumný projekt Auroral (viz odkaz Odkaz HAARP).

Reference

• Pavel Ripka, magnetické senzory a magnetometry , vydavatelství Artech House
• S. Tumanski, Indukční cívkové senzory - recenze
• [1]

Viz také

• Waves (Juno) (Používá magnetickou vyhledávací cívku)