Магнитометр с поисковой катушкой - Search coil magnetometer

В поисковая катушка магнитометр или же индукционный магнитометрна основе индуктивный датчик (также известен как индукционная петля и индукционная катушка), является магнитометр который измеряет различные магнитный поток из-за Закон Ленца. Индуктивный датчик, подключенный к кондиционеру Электронная схема представляет собой магнитометр с поисковой катушкой. Это вектор магнитометр который может измерять один или несколько компонентов магнитного поля. В классической конфигурации используются три ортогональных индуктивных датчика. Магнитометр с поисковой катушкой может измерять магнитное поле от МГц до сотен МГц.

Принцип

Индуктивный датчик основан на Закон индукции Фарадея. Временные вариации Магнитный поток ${ displaystyle Phi}$ через N цепь поворотов вызовет напряжение ${ displaystyle e}$ который следует

{ Displaystyle е = -N { гидроразрыва { mathrm {d} Phi} { mathrm {d} t}}}

что можно выразить проще

{ displaystyle e = -N times S { frac { mathrm {d} B} { mathrm {d} t}}}

полагая, что индуцированное магнитное поле B однородна по сечению S (в Магнитный поток будет выражено ${ displaystyle Phi = B times S}$ ).

Рисунок 1: Индукционный датчик, состоящий из обмотки (оранжевый), окружающей ферромагнитный сердечник (серый)

Индуцированное напряжение ( ${ displaystyle e}$ ) можно увеличить несколькими способами:

увеличить поверхность (S),
увеличить номер поворота (N),
используйте ферромагнитный сердечник.

Поисковая катушка с ферромагнитным сердечником

Когда катушка наматывается на ферромагнитный сердечник, который увеличивает чувствительность датчика благодаря кажущейся проницаемости ферромагнитного сердечника.

Видимая проницаемость

Магнитное усиление, известное как кажущаяся проницаемость ${ displaystyle mu _ {приложение}}$ , является результатом намагничивание отклика ферромагнитного сердечника на внешнее магнитное поле. Намагниченность уменьшается размагничивающим полем.

{ displaystyle mu _ {приложение} = { frac { mathrm { mu} _ {r}} { mathrm {1} + N_ {z} times ( mu _ {r} -1)}} }

куда ${ displaystyle mu _ {r}}$ это относительная проницаемость, ${ displaystyle N_ {z}}$ - коэффициент размагничивания в z направление.

Индуцированное напряжение будет записано

{ displaystyle e = -NS mu _ {приложение} { frac { mathrm {d} B} { mathrm {d} t}}}

Коэффициент размагничивания легко вычисляется в случае простых форм (сфер и эллипсоидов).

Приложения

Айтрекер

Поисковая катушка используется для измерения движение глаз используя катушки, встроенные в плотно прилегающую контактную линзу, или резиновое кольцо, прилегающее к глаз. В исследованиях на животных поисковая катушка может быть имплантирована хирургическим путем в склера глаза. Чередование магнитные поля создаются магнитами, расположенными вокруг глаза. Через электромагнитная индукция, электрические токи генерируются в поисковых катушках. Полярность и амплитуда генерируемого тока зависит от направления и угловое смещение глаза. Измеряя эти значения, можно определить положение глаза. Поисковые катушки могут быть применены к одному или обоим глазам.

Чтобы определить ориентацию глаза более чем в одном измерении (например, вверх / вниз по сравнению с левым / правым), несколько магнитов ориентированы ортогонально друг к другу могут быть использованы. Каждый магнит генерирует поле с разной частотой, что позволяет компьютеру анализировать показания поисковой катушки для определения смещения в нескольких измерениях. Дополнительно может быть добавлена вторая поисковая катушка для измерения крутильный вращение.

Образование

Более грубая поисковая катушка, также называемая исследовательской катушкой, также используется в лабораторных экспериментах в школах для измерения магнитное поле в определенной области пространства. В этом случае поисковая катушка состоит из простой проволочной катушки или соленоида, подключенного к чувствительному амперметр или же гальванометр. Катушка помещается в измеряемое магнитное поле и быстро выводится в область пространства с незначительным магнитным полем. Когда поисковая катушка перемещает магнитный поток связано с изменением катушки. Это индуцирует в катушке ток, который можно зарегистрировать на гальванометр. Поскольку наведенный ток прямо пропорционален скорости изменения магнитной связи и если предположить, что катушка очень быстро удаляется из магнитного поля, максимальный ток, измеренный амперметром, пропорционален магнитному полю. ${ Displaystyle mathbf {B}}$ . Поисковую катушку можно откалибровать, повторяя это в известном магнитном поле. Справочная таблица показывает зависимость напряжения разомкнутой катушки от магнитного поля А / м (или тесла) или короткого тока в зависимости от магнитного поля.

Космический корабль с на борту магнитометры с поисковой катушкой на протяжении многих десятилетий создавались для исследования электромагнитных волн в космической плазме.^{[требуется разъяснение ]}

Наблюдения за естественными электромагнитными волнами на Земле.

На Земле можно наблюдать множество электромагнитных волн. Процитируем исследовательский проект Auroral (см. Ссылку на HAARP).

Смотрите также

Волны (Юнона) (Использует магнитную поисковую катушку)