ДАТЧИК МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Полезная модель относится к технике радиоизмерений и может быть использована в качестве датчика при измерении интенсивности магнитной составляющей электромагнитного излучения радиочастотного диапазона от электроустановок и антенн при оценке степени биологической опасности электромагнитного излучения.
Известны различные датчики, используемые в измерителях магнитных полей, в частности, использующие эффект Холла, с применением магниторезисторов, магнитодиодов и магнитотранзисторов, а также датчики, использующие изменение магнитной проницаемости сердечника катушки (феррозонд), сверхпроводящие квантовые интерференционные датчики (СКВИД) и магнитоэлектрические датчики, датчики, работающие на классическом индукционном способе.
Известен датчик магнитного поля [RU 2300827, С2, H01L 43/08, 10.06.2007], состоящий из магниторезистивных полосок, имеющих оси легкого намагничивания и объединенных в две ветви мостовой схемы, а также из расположенных в плоскости полосок двух пленочных кольцеобразных магнитопроводов, в поперечных щелевых зазорах каждого из которых размещены магниторезистивные полоски соответствующей ветви мостовой схемы, при этом, с магнитопроводами магнитно связана магнитная система, состоящая из одного общего и/или нескольких отдельных микромагнитов, создающих в зазорах магнитопроводов магнитные поля, вектора напряженности которых перпендикулярны осям легкой намагниченности.
Недостатком датчика является недостаточный диапазон измерения магнитных полей.
Известен также датчик магнитного поля [RU 43654, U1, G01R 33/038, 27.01.2005], 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, при этом, 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.
Недостатком этого устройства также является его относительно большая сложность.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является датчик электромагнитных полей, 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], 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.
Это устройство наиболее близко по технической сущности и числу общих признаков к заявленной полезной модели, в силу чего принято в качестве ближайшего аналога.
Недостатком устройства является относительно высокая сложность, вызванная тем, что, его конструкция составлена из двух литых пластмассовых частей сфера, в ортогональных пазах которой размещены катушки индуктивности, обеспечение идентичных характеристик которых при изготовлении представляет технологические трудности.
Задачей, которая решается в полезной модели, является создание простого и легкого датчика, который может быть использован в портативных измерительных приборах.
Технический результат, который обеспечивается при реализации полезной модели, заключается в упрощении устройства.
1
1
2
1
2
3
1
2
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в датчике магнитных полей, представляющим собой приемную трехкоординатную антенну, состоящую из взаимно ортогонально расположенных первой, второй и третьей катушек индуктивности, концы которых снабжены отводами для соединения с индикаторным прибором, согласно полезной модели, 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 L>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 L 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 L=L>L с центром, совпадающим с центром второго круглого отверстия диаметра L в этой плате, вырезы по толщине плат, проходящие через границы сегментов окружности диаметром L 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 L=L=L>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.
Как показано ниже, сущность предложенной полезной модели основывается на том, что, практичнее и дешевле является изготовление датчика в виде конструкции, в которой три ортогонально расположенные катушки выполняются печатными проводниками на платах из стеклотекстолита, особая форма которых позволяет соединить их перпендикулярно друг другу, обеспечить непрерывность витков, единый геометрический центр всех катушек и крепление плат друг с другом. В этом случае не требуется наматывать катушки индуктивности и совершать операции по изоляции проводника и покрытию катушек защитным материалом от повреждения. Дополнительным достоинством предложенной конструкции является низкий вес, что немаловажно при разработке портативного измерительного прибора с подобным датчиком.
На чертеже представлены:
на фиг. 1 - общий вид датчика магнитных полей;
на фиг. 2 - датчик магнитных полей, вид сверху;
на фиг. 3 - датчик магнитных полей, вид спереди;
на фиг. 4 - первая плата датчика магнитных полей;
на фиг. 5 - вторая плата датчика магнитных полей;
на фиг. 6 - третья плата датчика магнитных полей.
Датчик магнитных полей представляет собой приемную трехкоординатную антенну, состоящую из взаимно ортогонально расположенных первой 1, второй 2 и третьей 3 катушек индуктивности, концы которых снабжены отводами 4 для соединения с индикаторным прибором.
Особенностью предложенного датчика магнитных полей является то, что первая 1, вторая 2 и третья 3 катушки индуктивности выполнены печатными проводниками в форме окружностей на первой 5, второй 6 и третьей 7 платах из стеклотекстолита, соответственно, имеющих одинаковую толщину.
1
1
В датчике магнитных полей на первой плате 5 выполнены печатными проводниками отводы 4 для первой 1, второй 2 и третьей 3 катушек индуктивностей, а также первое круглое отверстие 8 диаметром L, вокруг которого размещена первая катушка 1 индуктивности в виде четырех равных сегментов 9 окружности диаметром L>L с центром, совпадающим с центром первого круглого отверстия 8 диаметра L в первой плате 1, и вырезы 10 по толщине плат в двух перпендикулярных между собой плоскостях, проходящих между первым круглым отверстием 8 диаметром L и границами соответствующих сегментов 9 окружности диаметром L с возможностью вставки второй 6 и третьей 7 плат.
2
1
2
3
1
2
Во второй плате 6 датчика магнитных полей выполнено второе круглое отверстие 11 диаметром L, вокруг которого размещена вторая катушка 2 индуктивности в виде двух равных сегментов 12 окружности диаметром L=L>L с центром, совпадающим с центром второго круглого отверстия 11 диаметра L во второй плате 6, а также вырезы по толщине плат, проходящие через границы 13 сегментов 12 окружности диаметром L с возможностью вставки в них третьей платы 7, в которой выполнено третье круглое отверстие 14 диаметром L, вокруг которого размещена третья катушка индуктивности 3 диаметром L=L=L>L с центром, совпадающим с центром третьего круглого отверстия 14 диаметра L в третьей плате 7.
Кроме того, в датчике магнитных полей вторая плата 6 выполнена круглой с двумя противоположными ограничительными выемками 15 по краям, обеспечивающими установку в первой плате 5, третья плата 7 выполнена круглой с четырьмя ограничительными выемками 16, равномерно размещенными по краям и обеспечивающими установку во второй 6 и первой 5 платах, в местах касания плат между собой установлены элементы 17, обеспечивающие их жесткое соединение, а соседние сектора в первой 1 и второй 2 катушках индуктивности соединены между собой через отверстия 18 в платах, которые установлены в вырезах между этими секторами.
Датчик магнитных полей изготавливается и работает следующим образом.
Процесс изготовления устройства состоит из единожды проведенной операции разводки плат, затем изготовления плат в требуемом количестве и сборки устройства. Для защиты от внешних воздействий устройство может быть установлено в защитном корпусе.
1
Первая плата 5 является основой конструкции датчика магнитных полей. На нее нанесены четыре равных сегмента 9 окружности диаметром L>L с центром, совпадающим с центром первого круглого отверстия 8 диаметра L в первой плате 1, образующие первую катушку 1 индуктивности, а также выполненные печатными проводниками отводы 4 для первой 1, второй 2 и третьей 3 катушек индуктивности.
1
В первой плате 5 выполнены вырезы 10 по толщине плат в двух перпендикулярных между собой плоскостях, проходящих между первым круглым отверстием 8 диаметром L и границами соответствующих сегментов 9 окружности диаметром L с возможностью вставки второй 6 и третьей 7 плат. Длина и ширина вырезов соответствуют размерам двух других плат, что позволяет вставить в них эти платы. На двух других платах так же нанесены катушки индуктивности, выполненные печатными проводниками. На второй плате 6 - в виде двух сегментов, на третьей плате 7 - в виде полной окружности. Первая 5 и вторая 6 платы имеют вырезы, а вторая 6 и третья 7 платы имеют и ограничительные выемки 15, 16, соответственно. Это позволяет вставить третью плату 7 во вторую плату 6 перпендикулярно друг другу до ограничительных выемок и затем обе платы вставляются перпендикулярно в первую плату 5 также до ограничительных выемок.
В местах касания плат между собой установлены элементы 17, обеспечивающие их жесткое соединение, например, в виде металлизированных площадок, предназначенных для соединения пайкой.
Соседние сектора в первой 1 и второй 2 катушках индуктивности соединены тонким проводом между собой через отверстия 18 в платах, которые установлены в вырезах между этими секторами.
Датчик магнитных полей работает следующим образом.
В первой 1, второй 2 и третьей 3 катушках индуктивности при воздействии переменного магнитного поля наводится ЭДС. Уровень ЭДС прямо пропорционален частоте и уровню магнитной индукции. Для определения характеристик магнитных полей используется измерительный прибор, который подключается к выполненным печатными проводниками отводам 4 для первой 1, второй 2 и третьей 3 катушек индуктивности.
Таким образом, поскольку практичнее и дешевле является изготовление датчика в виде конструкции, в которой три ортогонально расположенные катушки выполняются печатными проводниками на платах из стеклотекстолита, особая форма которых позволяет соединить их перпендикулярно друг другу, обеспечить непрерывность витков, единый геометрический центр всех катушек и крепление плат друг с другом, относительно наиболее близкого технического решения. Это позволяет обеспечить достижение требуемого технического результата, заключающегося в упрощении устройства.