CS237071B1

CS237071B1 - Induction magnetometer

Info

Publication number: CS237071B1
Application number: CS834930A
Authority: CS
Inventors: Bohumil Pesina; Jan Halousek
Original assignee: Bohumil Pesina; Jan Halousek
Priority date: 1983-06-30
Filing date: 1983-06-30
Publication date: 1985-06-13
Also published as: CS493083A1

Abstract

Indukční magnetometr a rotující prstencovou cívkou. Účelem vynálezu je dosáhnout vysokých otáček prstencové cívky, vyloučit vznik parazitních magnetických vazeb, snížit tření v ložiscích rotoru, odstranit mazání ložisek a zajistit bezjiskrové snímání střídavého napětí indikovaného v prstencové cívce. Účelu vynálezu se dosahuje tím, že rotor s prstencovou cívkou je uložen ve vzduchových plovoucích ložiscích a jsou na něm upraveny oběžné lopatky. Je poháněn stlačeným vzduchem pomocí vzduchových trysek turbinovým způsobem. Vinutí prstencové cívky je zapojeno na osové styčné kolíky rotoru, které zasahují do kapalinových kolektorů, elektricky spojených přes zesilovač a fázově natočené synchronní usměrňovače s voltmetry. Vynález lze využít v oboru petrofyziky a při výrobě a testování magnetometrů.Induction magnetometer and rotating ring coil. The purpose of the invention is to achieve high ring coil speeds, eliminate the formation of parasitic magnetic couplings, reduce friction in rotor bearings, eliminate bearing lubrication and ensure spark-free sensing of the alternating voltage indicated in the ring coil. The purpose of the invention is achieved by the rotor with the ring coil being mounted in air floating bearings and having impeller blades arranged on it. It is driven by compressed air using air nozzles in a turbine manner. The ring coil winding is connected to the axial contact pins of the rotor, which extend into liquid collectors, electrically connected via an amplifier and phase-rotated synchronous rectifiers with voltmeters. The invention can be used in the field of petrophysics and in the manufacture and testing of magnetometers.

Description

Vynález se týká indukčního magnetometru, jehož součástí je rotor s prstencovou cívkou, uloženou příčnou osou v rotační ose rotoru. Měří intenzitu zemského nebo uměle generovaného magnetického pole měřením střídavého elektrického napětí indukovaného v rotující prstencové cívce. Je vhodný zvláště pro měření slabých magnetických polí a pro zjištování jejich nulové úrovně v podmínkách prostorově stísněných a vylučujících rušení.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an induction magnetometer comprising a rotor with an annular coil mounted transversely to the rotor axis. It measures the intensity of the earth's or artificially generated magnetic field by measuring the alternating electrical voltage induced in a rotating ring coil. It is especially suitable for measuring weak magnetic fields and for detecting their zero level in conditions of spatially cramped and eliminating interference.

Jsou známé indukční megnetometry, používané v minulosti v oboru geofyziky pro měření magnetické inklinace a nazývané zemské induktory, jejichž prstencová cívka Ae, uváděna do rotace toaljlťkoica) ručním pohonem pomocí převodového souZóTifjT^-Maaín a kol. Přehled užité geofyziky”, Praha 1963, s. 68 . Tyto indukční magnev tometry mají nízkou citlivost, nebot rotující prstencová cívka nedosahuje dostatečně vysokých otáček. Elektrické kontakty mezi rotorem a statorem jsou zdrojem rušení měřeného magnetického pole.Inductive megnetometers, known in the past in the field of geophysics for measuring magnetic inclination, are known and are called earth inductors whose annular coil Ae, which is rotated by a manual drive by means of a gear coefficient ^- Maain et al. Survey of Applied Geophysics ”, Prague 1963, p. 68. These inductive magnetrometers have low sensitivity because the rotating ring coil does not reach sufficiently high revolutions. The electrical contacts between the rotor and stator are a source of interference to the measured magnetic field.

Jsou také známé indukční magnetometry s elektromotorickým (912 nrieLdntáiih Paj.Induction magnetometers with electromotive (912 standard Paj) are also known.

pohonem f DE403 6o4, SU 103 212, DD 22 070 . U nich působí problémy jednak převodová soukolí a ložiska, která vyrobena z nemagnetických materiálů mají malou otěruvzdornost a životnost, jednak elektromotor, který je příčinou vzniku parazitních elektromagnetických vazeb, koherentních s rotující prstencovou cívkou. Parazitní vazby způsobují nadměrný posun nuly magnetometru. Přístroj je nevhodně rozměrný, vyžaduje stálou údržbu mazáním vdrive f DE403 6o4, SU 103 212, DD 22 070. Gearboxes and bearings made of non-magnetic materials have low abrasion resistance and durability, as well as an electric motor which causes parasitic electromagnetic coupling coherent with the rotating ring coil. The parasitic couplings cause excessive magnetometer zero shift. The device is inadequately large, requires constant maintenance by lubrication in

ložisek a unikající mazivo znečištuje laboratorní zařízení.bearings and leaking grease contaminate laboratory equipment.

Z uvedených důvodů byly indukční magnetometry nahrazeny magnetometry s ferosondou, protonovými magnetometry, atomovými jo-fc /g Hť-g oto/1 <? »· puhizíλcři , magnetomeťr y'apod. (S. Mareš a kol., Úvod do užité geofyziky, Praha 1979, s. m . Tyto magnetometry však nejsou způsobilé proFor this reason, induction magnetometers have been replaced by magnetos with ferro-probe, proton magnetometers, atomic y-fc / g H-g oto / 1? »· Puhiziλcři, magnetometrom y'apod. (S. Mareš et al., Introduction to Applied Geophysics, Prague 1979, p. M. However, these magnetometers are not

237 071 měření magnetických polí, jejichž intenzita se blíží k nule. Magnetometr s ferosondou narušuje homogenitu nízkointenzitního magnetického pole vysokopermeabilním materiálem sondy, zpravidla permalloyovým. Protonový magnetometr i atomový magnetometr nemohou měřit magnetické vakuum z principů, na nichž iso,u měření založena. V magnetickém vakuu nemá totiž proton .spiňový magnetický moment a ani nedochází k rezonančním přechodům valenčních elektronů v energetických hladinách elektronového obalu.237 071 measurements of magnetic fields whose intensity is close to zero. A magnetometer with a ferro-probe disrupts the homogeneity of the low-intensity magnetic field by a highly permeable probe material, usually permalloy. Both the proton magnetometer and the atomic magnetometer cannot measure the magnetic vacuum from the principles on which iso is based on measurements. In fact, in a magnetic vacuum, the proton does not have a magnetic moment moment and there is no resonance transition of the valence electrons in the energy levels of the electron sheath.

Uvedené nevýhody odstraňuje indukční magnetometr podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na rotoru uloženém v plovoucích ložiscích jsou upraveny oběžné lopatky a proti nim ve statoru vzduchové trysky i zapojené na zdroj stlačeného vzduchu, na který jsou připojeny i vzduchové přívody vyrovnávacích okružních komorjpropojených rozvodnými vzduchovými kanálky s plovoucími ložisky, přitom rotor je opatřen osovými styčnými kolíky, na které je připojeno vinutí prstencové cívky.The above-mentioned disadvantages are eliminated by the induction magnetometer according to the invention, which consists in that the rotating blades are provided with rotating blades and in the stator of the air jets connected to the compressed air source, to which the air inlets of equalizing orbital chambers connected the rotor is provided with axial contact pins to which the coil winding is connected.

Pro zamezení vzniku vibrací rotoru a přesného měření indukované elektromotorické síly v rotující prstencové cívce je výhodné, když osové styčné kolíky zasahují do kapalinových sběračů elektricky spojených přes zesilovač a fázově natočené synchronní usměrňovače s voltmetry.In order to avoid rotor vibrations and to accurately measure the induced electromotive force in the rotating ring coil, it is preferable that the axial contact pins interfere with the liquid collectors electrically connected through the amplifier and the phase-rotated synchronous rectifiers with voltmeters.

Výhody indukčního magnetometru vyplývají z pneumatického pohonu, z plovoucího uložení rotoru prstencové cívky a z kapalinových sběračů. Pneumatický pohon nepůsobí rušivě na měřené magnetické pole, umožňuje vyloučit převodové soukolí a dosáhnout vysokých otáček rotoru s prstencovou cívkou. Pneumatická plovoucí ložiska rotoru mají nízký koeficient tření a nevyžadují pouzdra z extrémně tvrdých materiálů. Odpadá pravidelné doplňování maziva. Rotační i statorové součásti lze vyrobit z běžných nemagnetických materiálů, s výhodou i z materiálů plastických, a to v dimenzích, které umožňují miniaturizaci přístroje. Kapalinové sběrače, užité místo dřívějších kartáčků, zajiatují spolehlivý kontakt s cívkovým vinutím a nejsou přitom zdrojem vibrací a rušivého jiskření. To vše umožňuje zmenšit rozměry magnetometru, dosáhnout více než 20 000 otáček prstencové cívky za minutu, zvýšit tím citlivost na úroveň špičkových magnetometrů, stabilizovat nulu a měřit hodnoty magnetických polí blížících se nule. Indukční magnetometr podle vynálezu dosahuje hodnoty indu3The advantages of an induction magnetometer result from the pneumatic drive, the floating bearing of the ring coil rotor and the liquid collectors. The pneumatic actuator does not interfere with the measured magnetic field, it makes it possible to eliminate the gear set and to achieve a high rotational speed of the ring coil rotor. Pneumatic rotor bearings have a low coefficient of friction and do not require bushings made of extremely hard materials. No regular lubricant replenishment required. Both rotary and stator components can be made of conventional non-magnetic materials, preferably plastic materials, in dimensions that allow miniaturization of the device. Liquid collectors, used instead of earlier brushes, ensure reliable contact with the coil winding and are not a source of vibration and sparks. All this makes it possible to reduce the size of the magnetometer, achieve more than 20,000 revolutions per minute of the ring coil, increasing sensitivity to the level of top magnetometers, stabilizing zero, and measuring magnetic field values approaching zero. The induction magnetometer according to the invention achieves an indu3 value

237 071 kovaného střídavého elektrického napětí v prstencové cívce více než 200 mV na 50 /iT intenzity zemského magnetického pole. Výstupní signál je tedy dostatečně silný, aby mohl být zesílen a aby po synchronním usměrnění bylo možno měřit dve vzájemně kolmé složky vektoru magnetické indukce.237 071 forged alternating voltage in an annular coil of more than 200 mV per 50 / iT earth magnetic field strength. Thus, the output signal is strong enough to be amplified and, after synchronous rectification, to measure two perpendicular components of the magnetic induction vector.

Konkrétní příklad indukčního magnetometru podle vynálezu je znázorněn na přiložených výkresech, kde na obr. 1 je stator s rotorem magnetometru v podélném řezu a schéma pneumatického zapojení, na obr. 2 stator s rotorem magnetometru v řezu rovinou II-II z obr. 1 a na obr. 3 je blokové schéma elektrického zapojení magnetometru.A particular example of an induction magnetometer according to the invention is shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a stator with a magnetometer rotor in longitudinal section and a pneumatic circuit diagram, Fig. 2 shows a stator with a magnetometer rotor in section II-II of Fig. 1; Fig. 3 is a block diagram of the electrical connection of a magnetometer.

Ve statoru 2 indukčního magnetometru podle vynálezu je v plovoucích ložiscích £ otočně uložen rotor 2 s prstencovou cívkou 2» ^a že příčná osa prstencové cívky 2 j^e souhlasná s rotační osou rotoru 2· Na povrchu rotoru 2 jsou upraveny pohárkové oběžné lopatky 2 a proti nim ve statoru 1 vzduchové trys ky 6. Polovina obvodu rotoru 2 j^e opatřena reflexní značkou 21. Do plovoucích ložisek 2 ústí rozvodné vzduchové kanálky 2» vycházející z vyrovnávacích okružních komor 8 se vzduchovými přívody 2· Vzduchové trysky 6 a vzduchové přívody 2 jsou zapojeny rozvodným potrubím 23 na zdroj 10 stlačeného vzduchu. Vinutí 13 prstencové cívky 3 je připojeno k osovým styčným kolíkům 12, zasahujícím do kapalinových sběračů 11 ve statoru 1. Kapalinové sběrače 11 jsou elektricky zapojeny na zesilovač 14. K zesilovači 14, jsou paralelně připojeny prvý synchronní usměrňovač 12 s prvým voltmetrem 17 a fázově o 90° natočený druhý synchronní usměrňovač 16 s druhým voltmetrem 18. Na prvý synchronní usměrňovač 15 je zapojen prvý reflexní fotosnímač 12, instalovaný ve statoru 1 a spojený s otáčkoměrem 22, a na druhý synchronní usměrnovač 16, instalovaný tamtéž a posunutý o 90 , druhý reflexní fotosnímač 20.In the stator 2 induction magnetometer according to the invention in floating bearings £ rotatably mounted a rotor 2 with the coil 2 ^»and the transverse axis of the coil 2 j ^e coincides with the rotational axis of the rotor 2 · On the surface of the rotor 2 are arranged goblet blade 2 and against within the stator 1 air trys alkyl sixth half the circumference of the rotor 2 provided with a reflecting ^e j numeral 21. the bearing 2 in a floating orifice distributing the air channels 2 »based on circular buffers chamber 8, air inlets 2 · 6 air nozzles and air inlets 2 are connected distribution via a conduit 23 to a compressed air source 10. The winding 13 of the ring coil 3 is connected to the axial contact pins 12 extending into the liquid collectors 11 in the stator 1. The liquid collectors 11 are electrically connected to the amplifier 14. To the amplifier 14, the first synchronous rectifier 12 is connected in parallel with the first voltmeter 17 and phase A 90 ° rotated second synchronous rectifier 16 with a second voltmeter 18. The first synchronous rectifier 15 is connected to a first reflective photo sensor 12 installed in the stator 1 and coupled to a tachometer 22, and to a second synchronous rectifier 16 installed there and shifted by 90, a second reflective photo sensor 20.

Tlakový vzduch, přiváděný ze zdroje 10 rozvodným potrubím 12 a vzduchovými přívody 2 do vyrovnávacích okružních komor 8 a odtud rozvodnými vzduchovými kanálky 2 do plovoucích ložisek £, vytvoří v plovoucích ložiscích £ vzduchové polštáře pro rotor 2· Z téhož zdroje 10 je současně přiváděn tlakový vzduch vzduchovými tryskami 6 na oběžné lopatky 2 rotoru 2. Tlakovým vzduchem se rotor 2 ^a s ním i prstencová cívka 2 roztočí rychlostí 20 000 otáček za minutu, tj. kmitočtem 333 Hz. Vysoké rychlosti otáčeníThe compressed air supplied from the source 10 through the manifold 12 and the air inlets 2 to the equalizing chambers 8 and from there through the air distribution channels 2 to the floating bearings 6 creates air cushions for the rotor 2 in the floating bearings. By means of compressed air, the rotor 2 ^and, with it, the annular coil 2 are rotated at a speed of 20,000 rpm, i.e. 333 Hz. High rotation speeds

237 07 se dosahuje turbinovým pohonem a nízkým třehím ve vzduchových plovoucích ložiscích Vzduchový ponon přitom zajišťuje dokoná lou magnetickou čistotu, nebot vylučuje vznik parazitních magne tických vazeb způsobujících posun nuly. V rotující prstencové cívce 2 ^se indukuje střídavé elektrické napětí, které vzhledem k rychlosti otáčení dosahuje až 4 na hodnotu 1 nT intenzity měřeného magnetického pole. Indukované napětí je snímáno z osových styčných kolíků 12 kapalinovými sběrači 11 a zesíleno v ze silovači 11· Dva synchronní usměrňovače 12, 16, řízené reflexní mi fotosnímaČi 12, 20 využívajícími reflexní značku 21 ke snímá ní otáček rotoru 2, umožňují měřit dvě vzájemně kolmé složky vektoru magnetické indukce, orientované kolmo k příčné ose prstencové cívky 2·237 07 is achieved by a turbine drive and low friction in air floating bearings. The rotating annular coil 2 ^induces alternating electrical voltage which relative to the rotation speed reaches 4 to 1 nT intensity of the magnetic field. The inductive voltage is sensed from the axial contact pins 12 by the liquid collectors 11 and amplified in the amplifier 11. Two synchronous rectifiers 12, 16, controlled by the reflective photosensors 12, 20 using the reflective mark 21 to sense the rotor speed 2, allow to measure two mutually perpendicular components magnetic induction vector oriented perpendicular to the transverse axis of the ring coil 2 ·

Indukční magnetometr podle vynálezu je možno používat v la boratořích a dílnách, zvláště pro přesná měření magnetických po lí, jejichž hodnota se blíží k nule. Tak nízká intenzita magnetických polí se vyskytuje v oboru petrofyziky při zkoumání paleomagnetických vlastností vzorků hornin, v elektrotechnickém průmyslu při demagnetizaci mechanických součástí, při testování magnetometrů apod.The induction magnetometer according to the invention can be used in laboratories and workshops, in particular for accurate measurements of magnetic fields whose value is close to zero. Such a low intensity of magnetic fields occurs in the field of petrophysics when investigating the paleomagnetic properties of rock samples, in the electrical industry when demagnetizing mechanical parts, when testing magnetometers, etc.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. An induction magnetometer comprising a stator in which a rotary coil rotor is rotatably mounted, the transverse axis of which is coincident with the rotary axis of the rotor, characterized in that on a rotor (2) mounted in floating bearings (4) | the impeller blades (5) and air nozzles (6) connected in the stator (1) connected to the compressed air source (10), to which the air inlets (9) of equalizing chambers (8) connected by air distribution channels (7) are connected ) with floating bearings (4), the rotor (2) being provided with axial contact pins (12) to which the winding (13) of the annular coil (3) is connected

Inductive magnetometer according to claim 1, characterized in that the axial contact pins (12) engage liquid collectors (11) electrically connected via an amplifier (14) and phase-oriented synchronous rectifiers (15, 16) with voltmeters (17, 18).