Магнітний екран

Магнитный экран, содержащий п размагничивающих обмоток, плоскости витков которых ортогональны, п датчиков пространственных составляющих магнитного поля и п усилителей мощности сигналов датчиков, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в него вьедены n+1-я, n+2-n..., 2п-я размагничивающие обмотки с ортогональными плоскостями витков, п корректоров параметров сигналов, п преобразователей ток-напряжение, входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков пространственных составляющих магнитного поля, а выходы связаны со входами соответствующих корректоров параметров сигналов, выходы которых связаны со входами соответствующих усилителей мощности, первые выходы которых соединены с началами соответствующих, а также n+1-й, n+2-й, ., 2п-й размагничивающих обмоток, а вторые выходысоединены с концами соответствующих, а также n+1-й, n+2-й, , 2п-й размагничивающих обмоток, плоскости витков которых параллельны плоскостям витков первой, второй,.. ,п-й размагничивающих обмоток и расположены на расстоянии I от последних, при этом все размагничивающие обмотки расположены на открытом кубическом каркасе без граней, состоящем из реберных соединений, а расстояние I пропорционально длине ребра этого каркаса, кроме того, датчики пространственных составляющих магнитного поля размещены в плоскостях, параллельных плоскостям витков соответствующих размагничивающих обмоток, и а области между размагничивающими обмотками, плоскости витков которых параллельны. Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты различных объектов от воздействия внешнего магнитного поля. Известен магнитный экран, выполненный в виде полого корпуса, содержащего размагничивающие обмотки, плоскости витков которых ортогональны [1] Применение такого экрана не обеспечивает эффектив С > о ел 10516 ную защиту обьектов от внешних магнитных полей в случае значительных колебаний величины напряженности помехонесущего поля В качестве прототипа выбран магнитный экран, содержащий полый корпус с размещенными на его поверхности размагничивающими обмотками, плоскости виткоо которых ортогональны а также снабженный датчиками пространственных составляющих магнитного поля, расположенными в плоскостях, перпендикулярных осям соответствующих обмоток, и усилителями сигналов датчиков, соединенными с выводами размагничивающих обмоток [2] Однако такой экран обладает рядом недостатков, которые D конечном счете снижают эффективность экранирования. Во-первых, данный экран слабо защищает объекты, находящиеся внутри него от переменных магнитных полей. Это происходит вследствие того, что с повышением частоты колебаний помехонесущего поля из-за возрастания фазовых сдвигов, вносимых усилителями сигналов датчиков магнитного поля и размагничивающими обмотками нарушаются условия компенсации помехонесущего поля При воздействии на экран импульсного поля вышеупомянутые электрические узлы искажают форму импульса, что также резко снижает эффективность экранирооания. Во-вторых, вследствие использования по одной размагничивающей обмотке произвольной формы для компенсации каждой пространственной составляющей магнитного поля компенсирующее поле не является однородным, что ощутимо снижает обьем области экранирования, уменьшая его до объема зоны расположения датчиков пространственных составляющих магнитного поля. В-третьих, данный экран крайне неудобен в эксплуатации в связи с отсутствием оперативного доступа в область экранирования. 5 10 15 20 25 30 35 40 Заявляемый магнитный экран решает задачу повышения эффективности экрани- 45 рования переменных, в том числе импульсных магнитных полей, позволяет увеличить обьсм области экранирования без изменения габаритов экрана и имеет более высокие эксплуатационные характеристики (опера- 50 тивный доступ в область экранирования, повышенная устойчивость работы) по сравнению с прототипом, Сущность предполагаемого изобретения заключается в том, что в изаестное уст- 55 роЛство, содержащее п размагничивающих обмоток, плоскости витков которых ортогональны, п датчиков пространственных составляющих магнитного поля и п усилителей мощности сигналов датчиков, введены п+1 я, п+2-я 2п-я размагничивающие обмотки с ортогональными плоскостями витков, п корректоров параметров сигналов, п преобразователей ток-напряжение, входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков пространственных составляющих магнитного поля, а выходы связаны со входами соответствующих корректоров параметров сигналов, выходы которых связаны со входами соответствующих усилителей мощности, первые выходы которых соединены с началами соответствующих, а также n+1-й, п+2й,...,2п-й размагничивающих обмоток, а вторые выходы соединены с концами соответствующих, а также n+1-й, n+2-й 2п-й размагничивающих обмоток, плоскости витков которых параллельны плоскостям первой, второй,...,п-й размагничивающих обмоток и расположены на расстоянии і от последних, при этом все размагничивающие обмотки расположены на открытом кубическом каркасе без граней, состоящем из реберных с о е д и н е н и й , а расстояние I пропорционально длине ребра этого каркаса, кроме того датчики пространственных составляющих магнитного поля размещены в плоскостях витков соответствующих размагничивающих обмоток, и в области между размагничивающими обмотками, плоскости витков которых параллельны. В данном изобретении введение дополнительных размагничивающих обмоток позволило увеличить объем области экранирования без изменения габаритов экрана, а также применение оригинальной открытой конструкции каркаса позволило получить оперативный доступ в область экранирования во время функционирования устройства, путем введения регулируемых корректоров параметров сигналов повысить устойчивость работы экрана, а также эффективность экранирования объектов при воздействии переменных полей повышенной частоты и импульсных полей. На чертеже приведены схемы заявляемого устройства: на фиг.1 - функциональная схема магнитного экрана, на фиг,2 - эскиз каркаса магнитного экрана, Схема на фиг.1 содержит п датчиков пространственных составляющих магнитного поля 1.1,1.2 1.n, n преобразователей ток-напряжение 2,1,2.2,...,2.п, п корректоров сигналов 3.1,3.2,..„3.п, п усилителей мощности 4.1,4.2 4.п, 2п размагничивающих обмоток 5.1,5.2,...5.п, 5.П+1 5.2п. Датчики пространственныхсоставляющих1.1....1.п подключены соответственно ко входам корректоров параметров сигналов 3.1 ...3,п, выходы которых соединены соответственно со входами усилителей мощности 4.1...4.П, а первые выходы последних, в свою очередь, 10516 соответственно соединены с началами размагничивающих обмоток 5.1...5.П, концы которых подключены соответственно ко вторым выходам усилителей мощности 4.1..,4.п. Штриховыми линиями со стрелками 5 обозначены магнитные связи, которые показывают, что оси размагничивающих обмоток в каждой паре, например 5.1 и 5.П+1, совпадают между собой и с направлением пространственной составляющей магнитного 10 поля, действующей перпендикулярно плоскости, в которой находится в да ином случае датчик 1.1. То же касается и обмоток 5.п, 5.2п с датчиком 1 .п. Число п соответствует числу компенсируемых пространственных состав- 15 ляющих помехонесущего магнитного поля. На фиг.2 представлен эскиз каркаса экрана с расположенными на его поверхностях размагничивающими обмотками для случая п=2. Открытый кубический каркас 6 20 не содержит граней и состоит лишь из реберных соединений, На каркасе намотаны пары размагничивающих обмоток, воспроизводящие первую пространственную составляющую компенсирующего магнитного 25 поля - 5.1. 5.П+1 и вторую составляющую 5.п,5.2п. Плоскости витков пар обмоток, воспроизводящих разные составляющие магнитного поля, ортогональны. Плоскости витков обмоток каждой пары, воспроизводя- 30 щие одну и ту же составляющую магнитного поля, параллельны и находятся на расстоянии 1 = 0,5445а и друг от друга, где а ~ длина ребра кубического каркаса, что требуется для создания однородного магнитного поля. Область экранирования 7, в которой распо- 35 лагаются защищаемые от магнитного поля объекты и датчики пространственных составляющих, создается между плоскостями витков размагничивающих обмоток. Защищаемые объекты помещаются в область ок- 40 ранирования через окна между обмотками. 6 поля в электрические сигналы, пригодные для электронной обработки. В качестве датчиков пространственных составляющих помехонесущего магнитного поля целесообразно применить индукционные преобразователи вследствие высокого значения модуля коэффициента преобразования,простого регулирования значения этого модуля путем изменения числа витков, а также из-за дешевизны, простоты изготовления и использования. Кроме этого, такие преобразователи являются пассивными, то есть не требуют питания. Известно, что напряженность воздействующего на индукционный преобразователь магнитного поля пропорциональна электрическому току через него. Таким .образом, через индукционные преобразователи, включенные в качестве датчиков 1.1...1.П будут течь токи пространственных составляющих этого поля, которые для дальнейшей обработки необходимо преобразовать в напряжения, так как собственные напряжения на индукционных преобразователях пропорциональны производным напряженностей пространственных составляющих магнитного поля. Эту функцию выполняют преобразователи ток-напряжение 2.1...2.П, хорошо описанные в популярной литературе. Необходимо отметить, что в случае применения в качестве датчиков 1.1...1.П других преобразователей магнитного поля, например активных преобразователей Холла или феррозондов, устройство с преобразователями ток-напряжение также будет работоспособно. Сигналы с выходов преобразователей ток-напряжение поступают на входы корректоров параметров сигналов 3.1...3.П, которые представляют собой пропорционально-дифференцирующие звенья с регулируемыми переходными характеристиками. Далее сигналы пространственных составляющих помехонесущего магнитного поля Работает магнитный экран следующим усиливаются усилителями мощности образом. При возникновении помехонесущего магнитного поля устройство создает в 45 4.1...4.П и поступают в размагничивающие области экранирования компенсирующее обмотки 5.1...5.2п, которые осуществляют магнитное поло, вектор напряженности кообратное преобразование электрических торого направлен встречно вектору напрясигналов в компенсирующее магнитное поженности помехонесущего поля, а ле, воздействующее, в свою очередь, на датамплитуда напряженности этого поля прак- 50 чики 1.1...1.П. тически равна по значению амплитуде наФункции усилителей мощности 4.1...4.П пряженности помехонесущего. При сводятся к усилению амплитуды не только увеличении помехонесущего поля соответнапряжения, но и тока, так как размагничиственно увеличивается встречное компенсивающие обмотки имеют довольно низкое рующее поле. Таким образом, исключается 55 электрическое сопротивление. возможность проникновения внешнего магРазмагничивающие обмотки 5.1...5.2п, нитного поля о область экранирования. представляющие собой индуктивности для электрического тока, искажают поступаюОстаточное поле выделяется датчиками щие на них сигналы, что резко снижает эф1.1...1.Л, которые осуществляют функциофективность компенсации помехонесущего нальное преобразование напряженности 10516 поля при повышении частоты колебаний или уменьшения длительности импульсов этого поля Для устранения этого явления и служат корректоры параметров сигналов 3 1. Зп, выполняющие функции предыскажения сигналов и установки опережающих фазовых сдвигов с целью получения компенсирующего поля, совпадающего по форме и времени действия с помехонесущим. В качестве таких корректоров могут быть использованы широко известные и описанные в популярной литературе регулируемые фильтры на операционных усилителях. Пары размагничивающих обмоток, воспроизводящих одну и ту же составляющую магнитного поля (например 5.1 и 5.Л+1), по конструкции напоминают кольца Гельмгольцэ квадратной формы, и также как и последние создают высокооднородное магнитное поле, что принципиально необходимо для эффективной защиты от помехонесущих полей во всем объеме области экранирования. На основании этого и определяется расстояние между обмотками, компенсирующими одну и ту же пространственную составляющую магнитного поля Однако в отличии от колец Гельмгольца размагничивающие обмотки в каждой паре включены параллельно, что позволяет снизить требуемое усиление напряжения сигнала, а также уменьшить значение напряжения источника питания усилителей мощности. Кроме этого, при таком включении обмоток их общая индуктивность гораздо меньше, чем при последовательном включении, что улучшает компенсацию переменных, в том числе импульсных полей Необходимые условия равенства значений тока в размагничивающих обмотках каждой пары выполняются автоматически при равенстве размеров, числа оитков и диаметров проводов обмоток. 6 перпендикулярных плоскостях и соответственно трех датчиков (n-З) компенсируются три ортогональные пространственные составляющие магнитного поля и функциони5 рование устройства не зависит от его ориентации в пространстве или от направления помехонесущего магнитного поля. Применяемые в устройстве электронные узлы разработаны посредством исполь10 зования схемотехнических решений, не нуждающихся в описании. Преобразователи ток-напряжение и корректоры параметров сигналов построены с применением операционных усилителей, в усилителях 15 мощности используются мощные транзисторы. Эффективность экранирования различных обьектов с помощью заявляемого уст20 ройства значительно выше эффективности известных до настоящего времени магнитных экранов, Она пропорциональна коэффициентам преобразования размагничивающих обмоток и датчиков пространственных 25 составляющих магнитного поля, а также коэффициентам передачи преобразователей токнапряжение, корректоров параметров сигналов и усилителей мощности. Эффективность экранирования в общем случае огра30 ничивается устойчивостью системы, однако в заявляемом устройстве ее можно максимизировать путем регулировки переходных характеристик корректоров параметров сигналов. 35 Изготовлен опытный образец устройства. Исследование его характеристик в процессе функционирования подтвердило ожидаемые результаты, что делает возмож40 ным серийное производство заявляемого устройства. Такие технико-экономические характеристики предлагаемого изобретения как технологичность при изготовлении, Инверсия фазы напряженности компенмалые количество и стоимость требуемых сирующего поля по отношению к помехонесущему для получения встречной 45 материалов и деталей, высокий уровеньунификации, а также большая потребность нанаправленности достигается соответствуюродного хозяйства в устройствах щим включением концов размагничиваюэффективной защиты различных обьектов от щих обмоток и датчиков пространственных помехонесущих магнитных полей делает его составляющих магнитного поля, При использовании, например, трех пар 50 соответствующим критерию "промышленная применимость". размагничивающих обмоток в трех взаимно 10516 Фиі.і 5.1 5м 7 7 5.2п т Фиг. 2 Упорядник В.Цедик Замовлення 4018 У а Техред М.Моргентал Коректор М.Самборська Тираж • Підписна Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл.( 8 Відкрито акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101