ДАТЧИК ВНЕШНЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована в качестве датчика при измерении интенсивности магнитных составляющих электромагнитного излучения промышленной частоты от электроустановок и электрических машин в целях определения состояния объектов и нахождения дефектов, проявляющихся в интенсивности и характере распределения магнитного поля внутри и снаружи машины.
Известен датчик магнитного поля (Патент на изобретение RU №2300827 С2, МПК H01L 43/08, 2007 г.), состоящий из магниторезистивных полосок, имеющих оси легкого намагничивания и объединенных в две ветви мостовой схемы, снабжен расположенными в плоскости полосок двумя пленочными кольцеобразными магнитопроводами, в поперечных щелевых зазорах каждого из которых размещены магниторезистивные полоски соответствующей ветви мостовой схемы, а с магнитопроводами магнитно связана магнитная система, состоящая из одного общего и/или нескольких отдельных микромагнитов, создающих в зазорах магнитопроводов магнитные поля, векторы напряженности которых перпендикулярны осям легкой намагниченности.
Известен датчик магнитного поля (Патент на полезную модель RU №43654 U1, МПК G01R 33/038, 2005 г.), содержащий тонкую магнитную пленку с возбуждающей и измерительной обмотками, в котором ось возбуждающей обмотки параллельна оси легкого намагничивания тонкой магнитной пленки, а ось измерительной обмотки параллельна оси трудного намагничивания тонкой магнитной пленки, и постоянный магнит, создающий постоянное поле подмагничивания, равное полю анизотропии тонкой магнитной пленки, постоянный магнит установлен на поворотном устройстве, обеспечивающем установку направления поля подмагничивания относительно оси легкого намагничивания тонкой магнитной пленки под углом, при котором достигается заданная точность измерений.
Известен датчик электромагнитного поля, предназначенный для устройств измерения характеристик электромагнитных полей, излучаемых приборами с электропитанием, используемый в измерителе параметров электрических и магнитных полей П3-70/1 (Измеритель магнитного поля, № в Госреестре 43290-09, Научно-производственное предприятие «Циклон-Тест», http://www.ciklon.ru, 2015 г.), представляющий собой магнитную антенну радиочастотного диапазона, в которой в качестве каркаса используется составленная из двух литых пластмассовых частей сфера, в ортогональных пазах которой размещены катушки индуктивности, концы которых снабжены отводами для соединения с индикаторным прибором, при этом, катушки покрыты защитным материалом от повреждений.
Известна полезная модель датчик магнитных полей (Патент на полезную модель RU №160149 U1, МПК G01R 33/038, 2015 г.), представляющий собой приемную трехкоординатную антенну, состоящую из взаимно ортогонально расположенных первой, второй и третьей катушек индуктивности, концы которых снабжены отводами для соединения с индикаторным прибором, отличающийся тем, что первая, вторая и третья катушки индуктивности выполнены печатными проводниками на первой, второй и третьей платах из стеклотекстолита соответственно, имеющих одинаковую толщину, причем на первой плате выполнены печатными проводниками отводы для первой, второй и третьей катушек индуктивностей, а также первое круглое отверстие диаметром L, вокруг которого размещена первая катушка индуктивности в виде четырех равных сегментов окружности диаметром L1>L с центром, совпадающим с центром первого круглого отверстия диаметра L в этой плате, и вырезы по толщине плат в двух перпендикулярных между собой плоскостях, проходящих между круглым отверстием диаметром L и границами соответствующих сегментов окружности диаметром L1 с возможностью вставки второй и третьей плат, причем во второй плате выполнено второе круглое отверстие диаметром L, вокруг которого размещена вторая катушка индуктивности в виде двух равных сегментов окружности диаметром L2=L1>L с центром, совпадающим с центром второго круглого отверстия диаметра L в этой плате, вырезы по толщине плат, проходящие через границы сегментов окружности диаметром L2 с возможностью вставки в них третьей платы, в которой выполнено третье круглое отверстие диаметром L, вокруг которого размещена третья катушка индуктивности в виде окружности диаметром L3=L1=L2>L с центром, совпадающим с центром третьего круглого отверстия диаметра L в этой плате, при этом вторая плата выполнена круглой с двумя противоположными ограничительными выемками по краям, обеспечивающими установку в первой плате, третья плата выполнена круглой с четырьмя ограничительными выемками, равномерно размещенными по краям и обеспечивающими установку во второй и первой платах, в местах касания плат между собой установлены элементы, обеспечивающие их жесткое соединение, а соседние сектора первой и второй катушек индуктивности соединены между собой через отверстия в платах, которые установлены в вырезах между этими секторами.
Общим недостатком указанных устройств является сложность конструкции, удаленность точки измерения полей от корпуса объекта, трудности использования датчиков совместно с портативными измерительными устройствами при практическом контроле магнитных полей электротехнических установок, в частности электрических машин, в производственных условиях.
Известен индикатор магнитного и электрического поля (Патент на изобретение RU №2444022, МПК G01R 29/08, 2010 г.), принятый за прототип, который содержит в корпусе основную плату и три печатных платы с печатными дипольными электрическими антеннами и проводными катушками с ферромагнитным сердечником - датчиками магнитного поля, предварительные усилители, фильтры нижних частот, выходные усилители антенных плат, аналого-цифровых преобразователей управляющего микроконтроллера, жидкокристаллический дисплей, излучатель звука. Две антенные платы, предназначенные для составляющих поля в горизонтальной плоскости, ориентированы во взаимно перпендикулярном направлении, а третья антенная плата, предназначенная для вертикальной составляющей поля, отклонена от взаимно перпендикулярного направления по отношению к двум антенным платам. Выходы антенных плат соединены с входами микроконтроллера с аналого-цифровыми преобразователями.
Недостатком прототипа является относительно высокая сложность, вызванная тем, что, его конструкция составлена из трех печатных плат с печатными дипольными электрическими антеннами и проводными катушками с ферромагнитным сердечником - датчиками магнитного поля, у которых трудно технологически обеспечить одинаковые параметры, а габариты пространственной конструкции фиксирования антенных плат не позволяют утверждать об измерении полей практически в одной точке пространства и фиксировать точку измерения (относительно корпуса) на корпусе электроустановки или электрической машины.
Задачей полезной модели является создание простого и надежного датчика внешнего магнитного поля, обеспечивающего достоверные измерения в заданной точке пространства.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение качества синхронизации трехкоординатного сигнала внешнего магнитного поля при его регистрации и достоверности проводимых измерений поля в заданной точке пространства.
Технический результат достигается тем, что в датчике внешнего магнитного поля включающем источник питания и ключ, размещенные в корпусе и соединенные с антенной, содержащей три датчика магнитного поля, антенна выполнена выносной, при этом содержит основание в форме прямоугольного параллелепипеда из неэлектропроводящего и немагнитного материала, на трех гранях которого у одной из вершин закреплены датчики магнитного поля, в качестве которых использованы биполярные датчики Холла, дополнительно содержит потенциометр, состоящий из последовательно соединенных первого опорного резистора, трех параллельно соединенных переменных подстроечных резисторов, каждый из которых снабжен регулировочным винтом, и второго опорного резистора, при этом потенциометр и три биполярных датчика Холла параллельно подключенны к источнику питания, имеющему отводы предназначенные для контроля опорного напряжения, выходы биполярных датчиков Холла и переменных подстроечных резисторов соединены с клеммником, предназначенным для подключения входа многоканального запоминающего устройства аналого-цифрового преобразования сигналов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 изображено основание выносной антенны с биполярными датчиками Холла. На фиг. 2 приведена принципиальная схема питания и настройки датчика внешнего магнитного поля.
Датчик внешнего магнитного поля включает выносную антенну (фиг. 1), содержащую основание 1 в форме прямоугольного параллелепипеда из неэлектропроводящего и немагнитного материала. На трех гранях основания 1 у одной из его вершин закреплены, например с помощью клея, три биполярных датчика Холла 2, выводные концы которых могут быть проложены в пазах тела основания. Несовпадение центральной точки трехкоординатного датчика магнитной индукции с центрами плоских тел датчиков Холла, в которых и фиксируются значения магнитного поля по каждой координате, определяется половиной размеров датчика Холла, равных 4×3×1,6 мм, и составляет 2×1,5 мм от вершины призмы. Датчик внешнего магнитного снабжен корпусом (на чертежах не показан), выполненным, например из пластика. Электрическая схема датчика (фиг. 2) включает ключ 3, источник питания 4, к которому параллельно подключены потенциометр 5 и три биполярных датчика Холла 2 антенны. Источник питания 4 имеет отводы, предназначенные для контроля опорного напряжения, обозначенные С1 и С2. Источник питания 4 может быть выполнен, например, в виде аккумуляторной батареи GB1 напряжением 9 В, например типа 6LR61 ROBITON. Питание всех трех датчиков Холла 2 от одного источника питания 4 позволяет получить при одинаковых опорных напряжениях равные уровни чувствительности датчиков, а одновременная запись сигналов на многоканальный аналого-цифровой преобразователь синхронизировать запись сигналов и при необходимости обрабатывать их совместно: находить модуль поля, проекции модуля на плоскость, сравнение по координатам и т.п. Потенциометр 5, состоит из последовательно соединенных первого опорного резистора R1, трех параллельно соединенных переменных подстроечных резисторов R3, R4 и R5, каждый из которых снабжен регулировочным винтом, и второго опорного резистора R2. Опорные резисторы R1 и R2 выбирают, например, номиналом 47 кОм каждый, а переменные подстроенные резисторы R3, R4 и R5 выбирают номиналом 22 кОм каждый, что зависит от типа используемых биполярных датчиков Холла. Выходы каждого биполярного датчика Холла 2 (U2, V2, W2) и соответствующих им переменных подстроечных резисторов R3, R4 и R5 (U1, V1, W1) соединены с клеммником, предназначенным для подключения входа многоканального запоминающего устройства аналого-цифрового преобразования сигналов. На клеммник указанные выходы выведены парами: U1 и U2, V1 и V2, W1 и W2, для подключения экранированных кабелей от входа многоканального запоминающего устройства аналого-цифрового преобразования сигналов для синхронной записи сигналов от датчиков Холла, например 8-ми канальный аналого-цифровой преобразователь Е-154.
Датчик внешнего магнитного поля работает следующим образом. К гнездам клеммника подключают экранированные кабели от входа многоканального запоминающего устройства аналого-цифрового преобразования сигналов, например 8-ми канальный аналого-цифровой преобразователь Е-154. При замыкании ключа 3 подается напряжение на биполярные датчики Холла 2 и потенциометр 5. Подстроенными резисторами R3, R4, R5 устанавливают нулевые уровни сигналов на соответствующих парных выходах U1 и U2, V1 и V2, а так же W1 и W2. На отводах С1-С2 измеряют напряжение источника питания для определения уровня чувствительности датчиков Холла по тарировочным кривым завода-изготовителя, датчик готов к работе.
Выносную антенну с биполярными датчиками Холла располагают в выбранной для измерения внешнего магнитного поля точке на корпусе машины или вблизи исследуемой электрической установки. Магнитная составляющая излучаемого электрической машиной электромагнитного поля вызывает появление на выходе биполярных датчиков Холла сигналов в виде разницы потенциалов, соответствующих друг другу по мгновенным значениям, пропорциональных напряженности магнитного поля. Далее сигнал поступает на гнезда клеммника (U1-U2, V1-V2, W1-W2), к которым подключены экранированные кабели от входа многоканального запоминающего устройства аналого-цифрового преобразования сигналов для синхронной записи сигналов от датчиков Холла 2, например 8-ми канальный аналого-цифровой преобразователь Е-154. Таким образом, обеспечивается синхронная запись сигналов, выдаваемых датчиками Холла 2, необходимая для дальнейшей обработки и анализа характера распределения внешнего магнитного поля электрической машины.
Заявляемый датчик магнитного поля может быть использован в портативных измерительных приборах.