Феррозондовые T-аэромагнитометры

12.01.2017

Изобретение сплавов с малой коэрцитивной силой и большой магнитной проницаемостью в слабых магнитных полях открыло путь к созданию магнитометров высокой точности, основанных на нелинейности изменения магнитной проницаемости сплавов в намагничивающем поле. К таким сплавам относится железоникелевый сплав (пермаллой), отожженный в водородной среде при температуре несколько выше 1000° С. При содержании 79% Ni и 3,8% Mo его начальная восприимчивость μ0 = 3500, а максимальная μmax = 130 000 СГС, коэрцитивная сила Hс = 0,024 э, поле насыщения около 1 э. При небольших изменениях содержания Ni и Mo изменяются и приведенные характеристики. На рис. 39 изображена кривая индукции В в зависимости от намагничивающего поля Н. В соответствии с определением магнитной проницаемости
μ = В/Н.

Из приведенного рисунка следует, что величина μ является переменной, стремящейся к единице в области насыщения. Поэтому для ферромагнитных веществ вводится понятие о дифференциальной проницаемости (и восприимчивости), определяемой отношением
μd = dB/dH.

Приведенные выше начальная и максимальная восприимчивости пермаллоя являются частными значениями дифференциальной проницаемости.
Феррозондовые T-аэромагнитометры

Как указано ранее, намагниченность J и, следовательно, магнитная восприимчивость и сильно зависят от формы намагничиваемого тела. При стержневой форме тела, намагничиваемого вдоль большой оси, намагниченность тем больше, чем больше отношение длины образца к линейным размерам поперечного сечения. В табл. 7 приведены значения N в зависимости от отношения длины стержня к диаметру равновеликого круга. Пользуясь формулой (11,2), определяющей x' формы, и принимая во внимание известную формулу
μ = 1 + 4πх,

находим, что максимальная проницаемость пермаллоевого стержня с отношением l:d=10 будет только 25 вместо 130 000. Поэтому пермаллоевые стержни применяются в виде пластины длиной около 100 мм с сечением 2,5—4 мм на 0,1—0,25 мм. При этих условиях коэффициент размагничивания вдоль большой оси меньше 1*10в-4, индукция достигает нескольких тысяч гаусс.
Феррозондовые T-аэромагнитометры

Коэффициент размагничивания в поперечном направлении в тысячи раз больше, ввиду чего можно считать, что стержень намагничивается проекцией внешнего магнитного поля на его большую ось. Отсюда следует, что при измерении земного магнитного поля стержень должен быть ориентирован по направлению измеряемой составляющей земного поля. Выше указано, что для измерения Z предъявляются очень строгие требования по установке стержня в отвесном положении; требования резко снижаются при измерении полного вектора, вследствие чего современные аэромагнитометры изготовляются для измерения ΔT, т. е. пермаллоевый стержень ориентируется по направлению полного вектора геомагнитного поля.
Феррозондовые T-аэромагнитометры

Рассмотрим изменение магнитной проницаемости пермаллоевого стержня в зависимости от переменного магнитного поля, создаваемого током в обмотке возбуждения, при условии, когда амплитуда поля возбуждения превышает магнитное поле насыщения. При отсутствии внешнего постоянного поля, направленного вдоль стержня, магнитная проницаемость в течение одного периода изменяется дважды, как это видно на рис. 40, а. Следовательно, если имеется вторичная (измерительная) обмотка, то в контуре последней возникает э. д. с. удвоенной частоты сравнительно с частотой поля возбуждения. При наличии внешнего постоянного магнитного поля, составляющая которого вдоль оси стержня отлична от нуля, поле возбуждения становится асимметричным относительно кривой индукции; при определенном соотношении между амплитудой переменного поля и постоянным полем в общем спектре частот переменного тока в измерительной катушке преобладающее значение будет иметь частота, совпадающая с частотой поля возбуждения (рис. 40, б).
Феррозонд состоит из двух одинаковых пермаллоевых стержней, расположенных параллельно; обмотки возбуждения соединены последовательно таким образом, что переменное поле H∞, в двух сердечниках направлено противоположно. Жестко закрепленные стержни с обмоткой охватываются вторичной (измерительной) обмоткой (рис. 41). При отсутствии внешнего поля и полной идентичности двух катушек переменное поле H∞ не создает э. д. с. в измерительной обмотке, так как э. д. с. от каждого из двух элементов равны и противоположны.
Феррозондовые T-аэромагнитометры

Внешнее магнитное поле, однородное в пространстве, занимаемом катушками, увеличивает поле в одной и уменьшает его в другой катушке, вследствие чего переменное поле H∞вызывает переменную индукцию B∞ при нелинейном изменении магнитной проницаемости. В измерительной катушке возникает э. д. с., являющаяся функцией внешнего поля H. Для измерения величины последнего используются различные способы; один из них заключается в компенсации постоянного поля в объеме, занимаемом феррозондом, полем постоянного тока или постоянных магнитов.
При конструировании магнитометров на основе изложенных принципов измерения используются различные пути для обнаружения полезного сигнала в измерительной катушке. Распространены два способа измерений: первый, осуществленный в применяемых в настоящее время аэромагнитометрах АЭМ-49 и АСГМ-25, носит название «пик-типа», второй, осуществленный в новой серии аэромагнитометров АМ-13 и АСГМ-46, — «типа второй гармоники».