УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО МОМЕНТА ОБЪЕКТОВ
APPARATUS FOR MEASURING THE MAGNETIC MOMENT OF OBJECTS

Изобретение относится к электротехнике и технической физике. Устройство может быть использовано для измерения магнитных характеристик источников магнитного поля - соленоидов и намагниченных тел, в частности для проведения измерений их магнитных моментов.
Известен способ измерения магнитных моментов объектов (патент RU 2628448, МПК G01R 33/12, 21.07.2016), в котором магнитные моменты объекта определяются по результатам измерения составляющих индукции магнитного поля магнитоизмерительными датчиками измерительной системы, в центре которой размещен объект. Известен также способ определения магнитного момента объекта (патент RU 2375721, МПК G01R 33/12, 31.03.2008), когда измерения производятся одновременно парой приборов, расположенных по разные стороны от исследуемого объекта. Также известен способ определения магнитного момента квадратной катушки с током (RU 2307370). Недостатками данных способов являются технически сложные измерительные системы, схемы измерения и процедуры вычислений результатов измерений.
Наиболее близким по технической сущности является устройство измерения магнитного момента токовых катушек (соленоидов) [Assessment of Parasitic Torques From Magnettorquers (AAS 03-031)/ Theil S., Offterdinger P., Matthews O. / American Astronautical Society 26th, Annual Rocky Mountain guidance and control conference. - 2003, Breckenridge, Vol.113, pp.315-324], содержащий магнитометрический датчик и блок определения магнитного момента объекта.
Недостатком данного способа является низкая точность определения магнитного момента объекта, обусловленная тем, что сложно определить расстояние R от магнитного центра намагниченного тела до магнитометрического датчика. Если источник магнитного поля не обладает геометрической симметрией, то погрешности определения расстояния R и, соответственно, вычисления магнитного момента будут большими.
Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение точности определения магнитного момента объекта.
Технический результат достигается тем, что в отличие от известного устройства, содержащего последовательно соединенные магнитометрический датчик и блок вычисления магнитного момента, дополнительно введен второй магнитометрический датчик, установленный на заданном расстоянии от первого магнитометрического датчика, выход которого соединен с соответствующим входом блока вычисления магнитного момента.
Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно введен второй магнитометрический датчик, установленный на заданном расстоянии от первого, выход которого соединен со входом блока вычисления магнитного момента.
В известном устройстве-прототипе с помощью датчика измеряется магнитная индукция В магнитного поля магнитного диполя (соленоида), центр которого удален от датчика на некоторое расстоянии R. Известно [Савельев И.В. Курс общей физики: Учеб. пособие. В 3-х т. Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. - 3-е изд., испр. - М.: Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит., 1988. - 496 с., см. стр. 138], что индукция магнитного поля для соленоида, в рамках модели магнитного диполя, равна:
0
-6
-1
где μ=1,26⋅10 Гн⋅м - магнитная постоянная.
m
Измерив величину В можно, например, с помощью блока вычисления магнитного момента, определить по формуле 1 магнитный момент соленоида P.
Структура предлагаемого устройства приведена на фигуре, где введены обозначения: 1 - магнитометрический датчик, 2 - блок определения магнитного момента, d - расстояние между первым магнитометрическим датчиком 1.1 и вторым магнитометрическим датчиком 1.2.
m
1
2
Применение устройства основано на том, что для измерения магнитного момента объекта P на произвольном расстоянии R, превышающем линейные размеры объекта, и исходя из чувствительности датчиков, размещаются два, жестко механически соединенных, магнитометрических датчика 1.1 и 1.2, расстояние между которыми известно и равно d. Оси чувствительности датчиков должны совпадать. Перемещая датчики 1.1 и 1.2 вокруг объекта и сохраняя ориентацию оси чувствительности датчиков по направлению к объекту, находят местоположение датчиков, когда результаты измерения индукции поля В и В датчиком 1.1 и датчиком 1.2 соответственно, имеют наибольшее значение. Это означает, что вектор намагниченности объекта совпадает с осью чувствительности датчиков.
Индукции магнитного поля, измеряемые датчиками 1.1 и 1.2, определяются по формулам (2) соответственно:
где R - расстояние между объектом и ближайшим к нему датчиком 1.1 (неизвестная величина).
Из отношения
Видно, что расстояние от магнитного центра объекта до магнитометрического датчика 1.1 будет равно
Подставив (4) в (1) получаем, что искомый магнитный момент объекта можно определить как
Видно, что для его определения не требуется знать расстояние R.
Этим достигается указанный в изобретении технический результат.
Датчики должны быть векторными любого типа: датчики Холла; феррозондовые датчики; магниторезистивные и т.п.
1
2
Назначение блока определения магнитного момента объекта ясно из названия. Он может быть выполнен, например, на основе одноплатного микрокомпьютера Raspberry Pi3 (см. https://technopoint.ru, последнее обращение 11.03.20). На его входы поступают сигналы соответствующие значениям В и В, далее, в соответствии с программным обеспечением, происходит вычисление магнитного момента по формуле (5).
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности определения магнитного момента объекта.