Магнитометр с ферромагнитным сердечником и тремя обмотками. Магнитометрия

Феррозондовый преобразователь магнитного поля, или феррозонд, предназначен для измерения и индикации постоянных и медленно меняющихся магнитных полей и их градиентов. Действие феррозонда основано на изменении магнитного состояния ферромагнетика под воздействием двух магнитных полей разных частот.

На рис. схематически показаны некоторые варианты конструкций феррозондов.

В простейшем варианте феррозонд состоит из ферромагнитного сердечника и находящихся на нем двух катушек:

катушки возбуждения, питаемой переменным током

и измерительной (сигнальной) катушки.

Сердечник феррозонда выполняется из материалов с высокой магнитной проницаемостью.

На катушку возбуждения от специального генератора подается переменное напряжение с частотой от 1 до 300 кГц (в зависимости от уровня параметров и назначения прибора).

В отсутствие измеряемого магнитного поля сердечник под действием переменного магнитного поля Н, создаваемого током в катушке возбуждения, перемагничивается по симметричному циклу.

Изменение магнитного поля, вызванное перемагничиванием сердечника по симметричной кривой, индуцирует в сигнальной катушке ЭДС, изменяющуюся по гармоническому закону.

Если одновременно на сердечник действует измеряемое постоянное или медленно меняющееся магнитное поле Но, то кривая перемагничивания меняет свои размеры и форму и стано- вится несимметричной. При этом изменяется величина и гармонический состав ЭДС в сигнальной катушке.

В частности, появляются четные гармонические составляющие ЭДС, величина которых пропорциональна напряженности измеряемого поля и которые отсутствуют при симметричном цикле перемагничивания.

Феррозонды подразделяются на:

стержневые одноэлементные (рис. а)

Дифференциальные с разомкнутым сердечником (рис.б)

Дифференциальные с замкнутым (кольцевым) сердечником (рис.в).

Дифференциальный феррозонд (рис. б, в), как правило, состоит из двух сердечников с обмотками, которые соединены так, что нечетные гармонические составляющие практически компенсируются. Тем самым упрощается измерительная аппаратура и повышается чувствительность феррозонда.

Феррозонды отличаются очень высокой чувствительностью к магнитному полю.

Они способны регистрировать магнитные поля с напряженностью до 10 -4 -10 -5 А/м (~10 -10 -10 -11 Тл).

Современные конструкции феррозондов отличаются компактностью.

Объем феррозонда, которым комплектуются отечественные магнитометры Г73, составляет менее 1 см 3 , а трехкомпонентный феррозонд для магнитометра Г74 вписывается в куб со стороной 15 мм.

В качестве примера на рис. приведена конструкция и габариты миниатюрного стержневого феррозонда.

Конструкция феррозонда достаточно проста и не требует особых пояснений.

Его сердечник изготовлен из пермаллоя.

Он имеет переменное по длине поперечное сечение, уменьшающееся примерно в 10 раз в центральной части сердечника, на которую намотаны измерительная обмотка и обмотка возбуждения.

Такая конструкция обеспечивает при сравнительно небольшой длине (30 мм) высокую магнитную проницаемость (1, 5x10 5) и малое значение напряженности поля насыщения в центральной части сердечника, что приводит к увеличению фазовой и временной чувствительности феррозонда. За счет этого улучшается и форма выходных импульсов в измерительной обмотке феррозонда, что позволяет снизить погрешности схемы формирования сигнала «время-импульс».

Диапазон измерения феррозондовых преобразователей типовой конструкции составляет ±50... ±100 А/м (±0, 06... ±0, 126 мТл).

Плотность магнитного шума в полосе частот до 0,1 Гц для феррозондов со стержневыми сердечниками составляет 30 - 40 мкА/м (м x Гц 1/2) в зависимости от поля возбуждения, уменьшаясь с увеличением последнего. В полосе частот до 0,5 Гц плотность шума оказывается в 3 - 3,5 раза выше.

Для измерения небольших по величине постоянных и переменных магнитных полей применяют феррозонды, представляющие собой в простейшем виде стержни, выполненные из магнитомягкого материала и имеющие две обмотки, одна из которых создает временный магнитный поток, а другая является измерительной.

При прохождении через обмотку возбуждения переменного тока синусоидальной формы магнитное состояние сердечника будет изменяться по динамической петле гистерезиса, при этом в измерительной обмотке появляется э. д. с., которая кроме основной частоты будет содержать высшие нечетные гармоники.

Рис. 21. Принципиальная схема баллистической установки: электромагнит, измерительная катушка, баллистический гальванометр, первичная и вторичная обмотки эталонной катушки, переключатели, ключ, система реостатов, А - амперметр

Рис. 22. Схематическое устройство измерительного зонда

Если такой зонд поместить в постоянное магнитное поле, направленное так же, как и переменное поле по оси сердечника, то магнитное состояние сердечника будет уже изменяться по несимметричному частному циклу. Это объясняется тем, что в направлении действия постоянного поля перемагничивание сердечника будет происходить при меньших значениях переменного поля, чем при отсутствии постоянного поля, а в противоположном направлении постоянное поле будет препятствовать перемагничиванию. В этом случае в кривой э. д. с. наряду с нечетными гармониками появятся четные, главным образом вторые гармоники. Оказывается, что величина э. д. с. этой

гармоники пропорциональна напряженности магнитного поля. По величине э. д. с., пропорциональной этой гармонике, и измеряют напряженность поля.

На рис. 22 показано схематическое устройство одного из измерительных зондов, сердечник которого сделан из магнитомягкого материала пермаллоя. Сердечник складывается из 20-50 пластин толщиной Если на обе стороны сердечника намотать одинаковое число витков одного провода в противоположных направлениях, то магнитные потоки, создаваемые каждой обмоткой, будут равны.

Рис. 23. Схематическое устройство магнитного зонда мостикового типа

Рис. 24. К устройству зонда мостикового типа

Обмотки соединены между собой последовательно. Измерительную катушку 3 надевают на сердечник 1. Если через витки обмотки 2 пропускать переменный ток, то в измерительной катушке не возникнет, так как изменения магнитного потока по времени от каждой обмотки 2 будут равны и противоположны по направлению. При помещении сердечника в постоянное однородное поле, которое направлено перпендикулярно плоскости сечения обмоток и катушки, произойдет перераспределение магнитных потоков в пространстве между обмотками 2, так как постоянное поле будет складываться с переменными полями, в результате чего в измерительной катушке 3 возникнет электродвижущая сила. Эта э. д. с. будет пропорциональна напряженности магнитного поля. С помощью такого зонда при частоте переменного тока 103 гц можно измерять магнитные поля порядка

Существуют в настоящее время магнитные зонды мостикового типа . Один из таких мостов изображен на рис. 23. Мост вырезают из листового магнитомягкого материала (рис. 24). Собирают его из нескольких листов, одну половину которых вырезают вдоль, а другую - поперек прокатки. Это обеспечивает оптимальную магнитную однородность плечей моста и улучшает магнитный контакт ветвей. Отрезки загибают и соединяют друг с другом так, что образуется вторая диагональ моста. На диагоналях моста расположены катушки 1 и 2, при этом любая из них может быть или измерительной, или возбуждающей. Обмотка катушки возбуждения питается переменным током промышленной или

повышенной частоты. Магнитный мостик находится в равновесии, при этом без внешнего постоянного магнитного поля в измерительной катушке не возникает э. д. с. Если мостик поместить во внешнее постоянное магнитное поле, то равновесие моста нарушается, в диагонали моста появится переменный магнитный поток и в измерительной катушке возникнет э. д. с. индукции, величина которой определяет значение напряженности внешнего поля. Максимальное значение э. д. с. возникает в измерительной катушке, если внешнее поле направлено параллельно двум противоположным ветвям мостика. Для увеличения чувствительности магнитный мостик делают иногда с полюсами (рис. 25).

Рис. 25. Схематическое устройство магнитного зонда с полюсами

Рассмотрим высокочувствительный компенсационый магнитометр для измерения напряженности магнитного поля до , где использован магнитонасыщенный зонд. Принципиальная схема магнитометра и разрез магнитонасыщенного зонда показаны на рис. 26 и 27.

Схема магнитометра состоит из цепи возбуждения и сигнала, компенсационной цепи и цепи для проверки чувствительности устройства

В цепь возбуждения и сигнала входят генератор 4, удвоитель частоты 5, фазовый дискриминатор 6, резонансный усилитель 7 и индикаторный прибор 8. Для повышения чувствительности в приборе применен компенсационный метод измерения, при котором измеряемое поле соленоида 2 компенсируется другим полем известной величины и противоположного направления. Это поле создается при помощи катушки с током, внутри которой расположен зонд 1. Компенсирующая катушка 3 используется или в форме обычного соленоида, или в форме замкнутой катушки. Катушку второго вида применяют в том случае, когда вблизи магнитометра находятся ферромагнитные материалы.

Компенсацию можно также осуществить с помощью тока, который пропускают через измерительную обмотку образца. При этом значительно уменьшаются размеры измерительной головки» но зато ухудшается однородность компенсирующего поля. Для питания компенсационной цепи следует использовать аккумуляторные батареи большой емкости. Магнитонасыщенный зонд состоит из двух сердечников 6, выполненных из молибденового пермаллоя. Сердечники собираются из пластин размером которые вырезаются вдоль проката и подвергаются термической обработке. На сердечниках находится обмотка возбуждения 4, имеющая 1400 витков проволоки диаметром и измерительная обмотка 3 в 400 витков проволоки

В обмотку возбуждения подают напряжение величиной 25 в частоты гц. Ток возбуждения равен 0,3 а. При этих условиях установка имеет наибольшую чувствительность. Перед началом измерений зонд настраивают перемещением сердечника в катушках Гельмгольца. Получаемый на измерительной обмотке сигнал усиливается настроенным резонансным усилителем, а затем поступает на фазовый дискриминатор. Отклонение стрелки нулевого прибора на 2-3 деления соответствует напряженности магнитного поля Описанный магнитометр стабилен в работе и его режим практически не зависит от изменений внешних условий (температуры, механических вибраций и т. д.).

Рис. 26. Принципиальная схема магнитометра с магнитным зондом: 1 - зонд, 2 - соленоид, 3 - компенсирующая катушка, 4 - генератор, 5 - удвоитель частоты, 6 - фазовый дискриминатор, 7 - резоиаисиый усилитель, 8 - индикаторный прибор, компенсационная цепь, цепь для проверки чувствительности устройства

В работе приведен расчет оптимальных условий работы зонда, состоящего из двух пермаллое-вых сердечников размерами 0,18X1,75X100 Обмотку возбуждения наматывают из проволоки длиной с числом витков 350, Измерительная обмотка состоит из 1500 витков провода На выходе установки включен вольтметр, который фиксирует только величину выходной э. д. с. второй гармоники. Для расчета эффективного значения амплитуды этой гармоники служит следующая формула:

где внешнее измеряемое магнитное поле, чувствительность зонда к внешнему полю во второй гармонике. Последнюю величину определяют по формуле

где число витков измерительной обмотки, площадь поперечного сечения сердечников, - частота переменного тока, питающего обмотки возбуждения, коэффициент, учитывающий рассеивание потока некоторая постоянная, зависящая от магнитных свойств материала и размагничивающего фактора.

Чувствительность определяют при оптимальном значении подмагничивающего тока, силу которого рассчитывают по формуле

где число витков в обмотке возбуждения.

Описываемый зонд имеет высокую чувствительность в том случае, если применяется длинный сердечник.

Грабовский и Скоробогатов применили пермаллоевый феррозонд для измерения коэрцитивной силы Их установка состояла из двух совершенно одинаковых намагничивающих катушек, между которыми располагался феррозонд длиной шириной и толщиной Через катушки пропускали ток такого направления, что в пространстве, занимаемом феррозондом, магнитные поля катушек взаимно компенсировались. Для измерения коэрцитивной силы намагниченный образец помещали в одну из катушек, при этом магнитное поле образца вызывало отклонение стрелки прибора, который включали в индикаторную обмотку, расположенную на феррозонде. Пропуская постоянный ток через намагничивающие катушки, постепенно размагничивали образец. В момент, когда стрелка индикаторного прибора возвращалась в нулевое положение, измеряли силу тока в катушках и рассчитывали значение коэрцитивной силы по формуле где постоянная катушки.

Рис. 27. (см. скан) Разрез магнитного зонда: 1 - токоподводящие лепестки, 2 - корпус, 3 - измерительная обмотка, 4 - обмотка возбуждения, 5 - каркас, 6 - сердечник, 7 - изоляционная прокладка

При помощи описанного коэрцитиметра можно быстро провести измерение с точностью до 2-3%.

В коэрцитиметре Януса феррозонд имеет форму рамки, на боковых сторонах которой расположены две обмотки: возбуждения и измерительная. Исследуемый образец помещен в соленоид так, что его концы выступают из соленоида. Они примыкают к железному ярму, средняя часть которого замыкается сердечником феррозонда.

Дрожжина и Фридман предложили феррозондный

магнитометр для исследования магнитных свойств мягких магнитных материалов. В их магнитометре подвижная астатическая система заменена феррозондами, которые позволили устранить колебания нуля. Феррозонд представляет собой два сердечника сделанные из пермаллоя Обмотки возбуждения включены последовательно так, что магнитные потоки сердечников взаимно замыкаются. Измерительные обмотки феррозонда включены дифференциально, причем без внешнего постоянного поля сумма индуцированных э. д. с. в этих обмотках равна нулю. При наличии постоянного магнитного поля в э. д. с. появляются четные гармоники, по величине которых определяется это поле.

Феррозондный магнитометр состоит из двух одинаковых соленоидов, расположенных горизонтально один под другим, в один из которых помещают исследуемый образец. Дифференциальный феррозонд расположен между этими соленоидами. Магнитные поля соленоидов без образца взаимно компенсируются в объеме, где располагается феррозонд.

Для качественных измерений лучше использовать астатический феррозондный магнитометр. В этом варианте один феррозонд находится между соленоидами, а другой на расстоянии от первого в параллельной горизонтальной плоскости. Обмотки этих феррозондов включены последовательно навстречу друг другу.

При помощи феррозондного магнитометра можно определять кривую намагничивания, петлю гистерезиса и коэрцитивную силу магнитомягких материалов. Кривую намагничивания и петлю гистерезиса измеряют методом компенсации. С этой целью через компенсирующую обмотку пропускают ток, магнитное поле которого компенсирует поле намагниченного образца в районе расположения зонда. Чтобы измерить коэрцитивную силу, нужно намагнитить образец, а затем, увеличивая размагничивающее поле, свести к нулю показания индикаторного прибора. Простая схема и быстрый процесс измерения являются одним из преимуществ феррозондного магнитометра перед другими магнитометрами, которые будут описаны в главе V. В последнее время некоторые типы магнитных зондов начали применять для исследования магнитного поля в ускорителях и -спектрометрах . Описание зондов имеется также в работах .

Магнитометр предназначен для измерения индукции магнитного поля. В магнитометре используется опорное магнитное поле, которое позволяет посредством тех или иных физических эффектов преобразовать измеряемое магнитное поле в электрический сигнал .
Прикладное применение магнитометров для обнаружения массивных объектов из ферромагнитных (чаще всего, стальных) материалов основано на локальном искажении этими объектами магнитного поля Земли. Преимуществом использования магнитометров в сравнении с традиционными металлодетекторами состоит в большей дальности обнаружения .

Феррозондовые (векторные) магнитометры

Одним из видов магнитометров являются . Феррозонд был изобретен Фридрихом Фёрстером ()

В 1937 году и служит для определения вектора индукции магнитного поля .

Конструкция феррозонда

одностержневой феррозонд

Простейший феррозонд состоит из пермаллоевого стержня, на котором размещена катушка возбуждения ((drive coil ), питаемая переменным током, и измерительная катушка (detector coil ).

Пермаллой - сплав с магнитно-мягкими свойствами, состоящий из железа и 45-82 % никеля. Пермаллой обладает высокой магнитной проницаемостью (максимальная относительная магнитная проницаемость ~100 000) и малой коэрцитивной силой. Популярной маркой пермаллоя для изготовления феррозондов является 80НХС - 80 % никеля + хром и кремний с индукцией насыщения 0,65-0,75 Тл, применяется для сердечников малогабаритных трансформаторов, дросселей и реле, работающих в слабых полях магнитных экранов, для сердечников импульсных трансформаторов, магнитных усилителей и бесконтактных реле, для сердечников магнитных головок.
Зависимость относительной магнитной проницаемости от напряженности поля для некоторых сортов пермаллоя имеет вид -

Если на сердечник накладывается постоянное магнитное поле, то в измерительной катушке появляется напряжение четных гармоник, величина которого служит мерой напряженности постоянного магнитного поля. Это напряжение отфильтровывается и измеряется.

двухстержневой феррозонд

В качестве примера можно привести устройство, описанное в книге Каралиса В.Н. "Электронные схемы в промышленности" -



Прибор предназначен для измерения постоянных магнитных полей в диапазоне 0,001 ... 0,5 эрстед.
Обмотки возбуждения датчика L1 и L3 включены встречно. Измерительная обмотка L2 намотана поверх обмоток возбуждения. Обмотки возбуждения питаются током частоты 2 кГц от двухтактного генератора с индуктивной обратной связью. Режим генератора стабилизируется по постоянному току делителем на резисторах R8 и R9 .

феррозонд с тороидальным сердечником
Одним из популярных вариантов конструкции феррозондового магнитометра является феррозонд с тороидальным сердечником (ring core fluxgate ) -

По сравнению со стержневыми феррозондами такая конструкция имеет меньшие шумы и требует создания намного меньшей магнитодвижущей силы .

Этот датчик представляет собой обмотку возбуждения , намотанную на тороидальном сердечнике, по которой протекает переменный ток с амплитудой, достаточной для ввода сердечника в насыщение, и измерительную обмотку , с которой снимается переменное напряжение, которое и анализируется для измерения внешнего магнитного поля.
Измерительная обмотка наматывается поверх тороидального сердечника, охватывая его целиком (например, на специальном каркасе) -


Эта конструкция аналогична первоначальной конструкции феррозондов (конденсатор добавлен для достижения резонанса на второй гармонике) -

Применение протонных магнитометров
Протонные магнитометры широко используются в археологических исследованиях.
Протонный магнитометр упоминается в научно-фантастической новелле Майкла Крайтона "В ловушке времени" ("Timeline ") -
He pointed down past his feet. Three heavy yellow housings were clamped to the front struts of the helicopter. "Right now we’re carrying stereo terrain mappers, infrared, UV, and side-scan radar.” Kramer pointed out the rear window, toward a six-foot-long silver tube that dangled beneath the helicopter at the rear. “And what’s that?” “Proton magnetometer.” “Uh-huh. And it does what?” “Looks for magnetic anomalies in the ground below us that could indicate buried walls, or ceramics, or metal.”

Цезиевые магнитометры

Разновидностью квантовых магнитометров являются атомные магнитометры на щелочных металлах с оптической накачкой.

цезиевый магнитометр G-858

Магнитометры Оверхаузера

Твердотельные магнитометры

Наиболее доступными являются магнитометры, встроенные в смартфоны. Для Android хорошим приложением, использующим магнитометр, является . Страничка этого приложения - http://physics-toolbox-magnetometer.android.informer.com/ .

Настройка магнитометров

Для тестирования феррозонда можно использовать . Катушки Гельмгольца используются для получения практически однородного магнитного поля. В идеальном случае они представляют собой два одинаковых кольцевых витка, соединенных между собой последовательно и расположенных на расстоянии радиуса витка друг от друга. Обычно катушки Гельмгольца состоят из двух катушек, на которых намотано некоторое количество витков, причем толщина катушки должна быть много меньше их радиуса. В реальных системах толщина катушек может быть сравнима с их радиусом. Таким образом, можно считать системой колец Гельмгольца две соосно расположенных одинаковых катушки, расстояние между центрами которых приблизительно равно их среднему радиусу. Такую систему катушек называют также расщепленный соленоид (split solenoid).

В центре системы имеется зона однородного магнитного поля (магнитное поле в центре системы в объеме 1/3 радиуса колец однородно в пределах 1% ), что может быть использовано для измерительных целей, для калибровки датчиков магнитной индукции и т. д.

Магнитная индукция в центре системы определяется как $B = \mu _0\,{\left({4\over 5}\right) }^{3/2} \, {IN\over R}$,
где $N$ – число витков в каждой катушке, $I$ – ток через катушки, $R$ – средний радиус катушки.

Также катушки Гельмгольца могут быть использованы для экранирования магнитного поля Земли. Для этого лучше всего использовать три взаимно перпендикулярные пары колец, тогда не имеет значения их ориентация.

Электромагнитные явления в трансформаторе со стальным сердечником по­добны явлениям в воздушном трансформаторе, но магнитный поток, который пронизывает обе обмотки, замыкается не по воздуху, а через стальной сердечник (рис.15.31).

При нагрузке трансформатора существуют три магнитных потока: Ф – ос­новной в сердечнике, Ф σ 1 – рассеяния, связанный только с первичной обмоткой, Ф σ 2 – рассеяния, связанный только со вторичной обмоткой.

Основной магнитный поток наводит в первичной и вторичной обмотках э.д.с. соответственно е 1 и е 2 . Магнитные потоки рассеяние Ф σ 1 и Ф σ 2 наводят в первич­ной и вторичной обмотках э.д.с. соответственно е σ 1 и е σ 1 .

Напряжение u 1 , приложенное к первичной обмотке, уравновешивается паде­нием напряжения на активном сопротивлении обмотки и электродвижущими си­лами е σ 1 и е σ 1 , т.е.

Рассмотрим сначала идеальный трансформатор, в котором r 1 = 0; x σ 1 = 0; r 2 = 0; x σ 2 = 0; w 1 = w 2 .

При холостом ходе такой трансформатор не отличается от обычной идеальной катушки и может быть изображён схемой замещения (рис.15.33).

r м

Построим векторную диаграмму идеального трансформатора при холостом ходе (рис.15.34).

Намагничивающая сила при холостом ходе

Составим теперь схему замещения идеального трансформатора при его на­грузке (рис.15.35).

Если к зажимам вторичной обмотки подключить нагрузку с сопротивлением Z н , то в ней будет проходить ток , который, в свою очередь, будет стремиться уменьшить магнитный поток, а это приведёт к уменьшению э.д.с., вследст­вие чего ток возрастёт до такой величины, при которой магнитный поток при­обретёт первоначальное значение и будет выполняться уравнение (15.35).

Та­ким образом, появление тока во вторичном контуре приводит к увеличению тока в первичном контуре. В нагруженном трансформаторе магнитный поток в сердечнике равен маг­нитному потоку при холостом ходе, т.е. всегда Ф = const. При нагрузке магнитный поток создаётся под действием намагничиваю­щих сил первичной и вторичной обмоток:

.

Построим векторную диаграмму идеального трансформатора при нагрузке (рис.15.36).

Преобразуем схему замещения идеального трансформатора, для чего изба­вимся от индуктивной связи. Если соединить одноимённые зажимы обмоток трансформатора между собой, то режим работы трансформатора не изменится.

Рассмотрим сначала индуктивно связанные элементы, которые теперь имеют общую точку. Коэффициент связи двух элементов в данном случае равен единице, поскольку весь магнитный поток полностью сцеплен с витками первичной и вто­ричной обмоток, т.е.

,

поэтому, учитывая, что w 1 = w 2 , находим:

.

Заменим теперь часть схемы с индуктивно связанными элементами с общей точкой (рис.15.37а ) на эквивалентную схему без индуктивной связи (рис.15.37б ).

;

;

С учётом найденного схема принимает вид, показанный на рис.15.37в , а схема замещения идеального трансформатора – вид, изображённый на рис.15.38.

Если теперь учесть активные и индуктивные сопротивления рассеяния обеих обмоток, то для трансформатора, у которого w 1 = w 2 , получим схему замещения, приведенную на рис.15.39.

Запишем уравнения первичного и вторичного контуров цепи:

;

Построим векторную диаграмму цепи (рис.15.40).

В магнитометрах этого типа магниточувствительным элементом является феррозонд, который представляет собой два тонких и длинных стержня из пермаллоя (железо-никелевый сплав - магнитомягкий ферромагнетик), на которые во взаимообратном направлении намотана первичная (возбуждающая) обмотка. Кроме того, оба сердечника вместе с первичной обмоткой охвачены вторичной (измерительной) обмоткой (рис.3.15 а). Магнитомягкие ферромагнетики характерны тем, что петля гистерезиса для них настолько узка, что ее можно рассматривать, как одну кривую (рис.3.15 б).

Рис. 3.15. Принцип действия феррозондового магнитометра

типа второй гармоники.

Принцип действия феррозонда состоит в следующем. С помощью внешнего источника через первичную (возбуждающую) обмотку пропускается ток частотой w (чаще всего 400 Гц). Если внешнее магнитное поле отсутствует, то исходная намагниченность сердечников равна нулю. При пропускании тока частотой w в каждый полупериод импульсы индукции в сердечниках направлены противоположно и компенсируют друг друга (рис.3.15 б). Поэтому общая индукция в ближайшем к сердечникам пространстве в каждый момент времени равна нулю и в измерительной обмотке сигнал не индуцируется, т.е. также равен нулю.

При появлении внешнего поля Т (которое необходимо измерить) в каждый полупериод это поле с индукцией одного из сердечников совпадает, а индукция другого сердечника направлена противоположно, что равносильно сдвигу индукции сердечников. Общая (суммарная В S) индукция в пространстве у сердечников, складываясь, образует переменный магнитный поток, изменяющийся с частотой 2w (рис.3.15. б). Этот поток индуцирует в измерительной обмотке электрический сигнал частотой 2w и амплитудой, пропорциональной «сдвигу» индукции в обмотках - внешнему намагничивающему полю Т.

Для измерения этого поля необходимо только выделить с помощью фильтра (Ф) сигнал частотой 2w (800 Гц), усилить его усилителем (У), определить знак поля (фазу) фазочувствительным детектором (ФЧД) и измерить его амплитуду измерителем (И). При этом прибор, измеряющий амплитуду сигнала, может быть проградуирован в единицах напряженности или индукции магнитного поля. Такой феррозонд называется «феррозонд типа второй гармоники».

Полезной для магнитных съемок особенностью такого феррозонда является то, что он может измерять составляющую напряженности магнитного поля, направленную по оси зонда. То есть, если поле Т будет направлено перпендикулярно сердечникам, то «сдвига» индукции в обмотках не будет и сигнала во вторичной обмотке не будет.

Эта особенность позволяет проводить так называемые компонентные измерения (т.е. измерения трех составляющих по осям) индукции магнитного поля, что относится к достоинствам метода. Недостатком метода является наличие смещения нуля прибора, что даже при высоком пороге чувствительности прибора в 1нТл не позволяет проводить измерения с высокой точностью.

Феррозонд имеет также другие наименования: зонд магнитного насыщения, магнитомодуляционный датчик (ММД). В зарубежной литературе он называется flux - date (флакс-гейт) - потокопропускающий.