ДАТЧИК МАГНИТОМЕТРА

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для регистрации ультранизкочастотных вариаций электромагнитных полей, в частности, для определения местоположения ионосферных и литосферных источников ультранизкочастотных магнитных возмущений.
Известен датчик магнитометра, содержащий разомкнутый магнитный сердечник, две обмотки возбуждения и выходную обмотку. Сердечник выполнен в виде пермаллоевой трубки, обмотки возбуждения намотаны раздельно на двух параллельных стержнях сердечника и включены встречно, выходная обмотка охватывает оба стержня. Постоянное подмагничивание стержней определяется напряженностью внешнего магнитного поля, Амплитуда сигнала, снимаемого с выходной обмотки, пропорциональна величине действующего поля [Келим Ю.М. Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики: Учеб. пособие для средн. проф. учеб. заведений. - М.: Высш. шк., 2004]. Недостатком этого датчика являются низкая помехозащищенность и потеря чувствительности на низких частотах.
Известен датчик магнитометра, содержащий основание, подвес, выполненный в виде невесомого стержня, и магнитный элемент. Подвес совершает свободные колебания относительно точки подвеса. Под действием электромагнитных полей изменяются амплитуда и частота колебаний подвеса, которые пропорциональны величине действующего магнитного поля [Скубов Д.Ю., Ходжаев К.Ш. Нелинейная электромеханика. - М: ФИЗМАТ ЛИТ, 2003]. Этот датчик обладает недостаточно высокой чувствительностью при регистрации ультранизкочастотных вариаций электромагнитных полей.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является датчик магнитометра, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде соединенного с основанием стержня, с жестко закрепленным на нем магнитным элементом, оптическую систему, состоящую из оптически соединенных источника светового излучения, зеркала, укрепленного на магнитном элементе чувствительного элемента и приемника светового излучения, блока управления, электрически соединенного с источником и приемником светового излучения, при этом датчик магнитометра, снабжен актюатором, жестко соединенным с основанием, установленным на упругих опорах, и через блок его управления электрически соединенным с выходом блока управления, а нижний конец стержня чувствительного элемента шарнирно соединен с основанием [Копытенко Ю.А., Коробейников А.Г., Мусалимов В.М., Петрищев М.С., Ткалич В.Л. Датчик Магнитометра. Патент RU №2287837, Бюл. №32, 20.11.2006 кл. G01R 33/038]. Недостатком прототипа являются низкая помехозащищенность и надежность из-за существенного трения в шарнирном соединении стержня с опорой.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении надежности датчика магнитометра.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в увеличении чувствительности к динамическим изменениям ультранизкочастотных вариаций электромагнитного поля, снижении трения и износа в шарнирном соединении и повышении срока службы.
Данный технический результат достигается тем, что в датчике магнитометра, содержащем чувствительный элемент, выполненный в виде снабженного магнитным элементом стержня, нижний конец которого шарнирно соединен с основанием, оптическую систему, состоящую из оптически соединенных источника светового излучения, зеркала, укрепленного на магнитном элементе чувствительного элемента и приемника светового излучения, блока управления, электрически соединенного с источником и приемником светового излучения, а также актюатор, который жестко соединен с основанием, установленным на упругих опорах, и через блок его управления электрически связан с выходом блока управления, новым является то, что стержень чувствительного элемента выполнен в виде жесткой скрутки из углеродистых нанотрубок, а все поверхности шарнирного соединения снабжены регулярным микрорельефом (РМР). Наличие РМР всех поверхностей шарнирного соединения позволяет снизить и стабилизировать коэффициенты трения скольжения в этом шарнирном соединении, что способствует увеличению чувствительности, повышению износостойкости, увеличению срока службы, а, следовательно, в целом повышению надежности.
Выполнение стержня в виде жесткой скрутки из углеродистых нанотрубок обеспечивает подпружинивание сферического шарнира при его скольжений в шарнирном пазу основания. Эффект подпружинивания в сочетании с РМР всех поверхностей шарнирного соединения обеспечивает хорошее скольжение сферического шарнира в пазу основания в сочетании с минимальным износом и отсутствием биения сферического шарнира в шарнирном пазу при вертикальных смещениях основания с жесткозакрепленным на нем актюатором.
При замене стержня, изготавливаемого из бериллиевой бронзы в прототипе на жесткую скрутку из углеродистых нанотрубок в предлагаемой полезной модели датчика магнитометра появляются новые свойства, что обусловлено снижением и стабилизацией коэффициента трения скольжения, повышением износостойкости, и приводит к повышению надежности.
Устройство датчика магнитометра (фиг.) содержит чувствительный элемент, оптическую систему, блок управления, актюатор и блок управления актюатором.
Чувствительный элемент датчика магнитометра выполнен в виде жесткой скрутки из углеродистых нанотрубок 1, нижний конец которой шарнирно соединен с основанием 2, на жесткой скрутке из углеродистых нанотрубок 1 жестко закреплен магнитный элемент 3, который может быть закреплен на любом участке длины жесткой скрутки из углеродистых нанотрубок 1. Основание 2 установлено на упругих опорах 4. Шарнирная часть жесткой скрутки из углеродистых нанотрубок 1 и поверхность шарнирного паза основания 2 снабжены РМР. Основание 2 жестко соединено с актюатором 5. Актюатор 5 электрически соединен с выходом блока управления актюатором 6, вход которого соединен с выходом В1 блока управления 7. Оптическая система состоит из оптически соединенных источника светового излучения 8, зеркала 9, жестко закрепленного на магнитном элементе 3, и приемника светового излучения 10. Источник светового излучения 8 электрически соединен с выходом В2 блока управления 7. Приемник светового излучения 10 электрически соединен с входом В3 блока управления 7. Жесткая скрутка из углеродистых нанотрубок 1 первоначально отклонена от вертикальной оси и опирается на кромки шарнирного паза основания 2.
0
0
Устройство работает следующим образом. При подаче питания на блок управления 7 с выходов В1 и В2 на вход блока управления актюатором 6 и источник светового излучения 8 соответственно поступают управляющие сигналы, в результате чего источник светового излучения 8 начинает излучать световой поток, модулированный с частотой f, с выхода блока управления актюатором 6 на актюатор 5 поступает управляющий сигнал, в результате чего последний начинает осуществлять гармонические колебания в вертикальном направлении с той же частотой. Основание 2, установленное на упругих опорах 4 и жестко соединенное с актюатором 5, совершает вертикальные вибрации с той же частотой. Под действием вертикальных вибраций основания 2 шарнирно соединенный с ним нижним концом жесткая скрутка из углеродистых нанотрубок 1 чувствительного элемента с жестко закрепленным на ней магнитным элементом 3, первоначально отклоненная от вертикальной оси и опирающаяся на кромки шарнирного паза основания 2, принимает верхнее вертикальное положение. Модулированная интенсивность луча источника светового излучения 8 с частотой f, попадающего на зеркало 9, жестко закрепленного на магнитном элементе 3, отражается и попадает на поверхность приемника светового излучения 10, на выводах которого вырабатывается значение тока, соответствующее этому положению чувствительного элемента, и которое поступает на вход В3 блока управления 10.
Под действием электромагнитных полей жесткая скрутка из углеродистых нанотрубок 1 вместе с магнитным элементом 3 отклоняется от прежнего устойчивого положения равновесия, которым является верхнее вертикальное положение, и занимает новое. При этом также меняет свое положение зеркало 9, а луч, отраженный от него, попадает на другой участок поверхности приемника светового излучения 10, на вход ВЗ поступает другое значение вырабатываемого тока. По этим отклонениям можно судить о вариациях электромагнитных полей.
Магнитный элемент выполняется в виде постоянного (статического) магнита либо в виде двух постоянных магнитов, симметрично расположенных относительно стержня. Магнитный элемент жестко крепится на свободном конце стержня чувствительного элемента. Основание выполняется в виде платформы с шарнирным пазом. Упругие опоры выполняются в виде цилиндрических винтовых пружин либо плоских пружин [Копытенко Ю.А., Коробейников А.Г., Мусалимов В.М., Петрищев М.С., Ткалич В.Л. Датчик Магнитометра. Патент RU №2287837, Бюл. №32, 20.11.2006 кл. G01R 33/038].
Приемник светового излучения выполняется в виде лазера либо лазерного диода, либо светодиода, либо лампы накаливания. Актюатор выполняется в виде пьезоэлектродвигателя линейных перемещений. Блок управления актюатором выполняется стандартным [Копытенко Ю.А., Коробейников А.Г., Мусалимов В.М., Петрищев М.С., Ткалич В.Л. Датчик Магнитометра. Патент RU №2287837, Бюл. №32, 20.11.2006 кл. G01R33/038]. Приемник светового излучения выполняется в виде фотодиода либо ПЗС-матрицы.
Блок управления выполняется так же, как и блок управления прототипа [Копытенко Ю.А., Коробейников А.Г., Мусалимов В.М., Петрищев М.С., Ткалич В.Л. Датчик Магнитометра. Патент RU №2287837, Бюл. №32, 20.11.2006 кл. G01R 33/038].
Экспериментальные исследования заявляемой полезной модели по сравнению с прототипом показали, что заявляемая полезная модель обеспечивает большую чувствительность и долговечность, что позволяет увеличить быстродействие при измерении изменения магнитного поля, снизить трение и износ в шарнирном соединении, а, следовательно, повысить надежность.