Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в целом ряде отраслей науки, техники и промышленности, таких как геология, судостроение, авиакосмическая промышленность и др., при разработке и эксплуатации образцов новой техники возникает необходимость определять значение и направление напряженности магнитного поля (МП) тела а заданной точке пространства, № плоскости или а заданном объеме вблизи данного тела. Подобные задачи возникают всегда, когда необходимо оценить влияние магнитного поля носителя (корабля, самолета, спутника и т.п.) на магниточувствительные датчики магнитометрических щжіоров, установленных на носителе. Кроме того, тело, имеющее остаточную намагниченность, взаимодействует с внешним МП, В результате (например, в случаях с искусственными спутниками Земли) моает возникнуть ошибка в ориентации спутников з пространстве по МП Земли.
МП тела, в свою очередь, обусловлено как намагниченностью самого тела, так и токами, протекающими а приборах и устройствах, которыми оснащено рассматриваемое тело (корабль, самолет,спутник).
Интегральной характеристикой намагниченного тела может быть магнитный момент (ММ) тела, который равен объемному интегралу от . намагниченности тела, и ММ, обусловленный токами устройств и приборов, которыми сснапено рассмзтризаеьюе тело.
Другими словами, ММ является одной из важнейших физических величин, определяющих напряаенность МП тела з пространстве.
При разработке образцов новой техники, создании новых видов продукции я повышении их качества все более аироко внедряются новые маломагнитные материалы, что повышает требования к точности определения контролируемых параметров и метрологическим характеристикам средств измерений (СИ) ММ.
Таким образом, одним из важнейших контролируемых параметров физических тел - источников МП, является Мм" и, з частности, его дипольний магяытныЯ момент (ЩИ).
Известные методы измерения ДММ могут быть разделены на магнитометрические методы и методы интегрирования магнитного потока.
Следует отметить, что магнитометрические методы измерения ДММ не могут обеспечить высокуо точность при измерении ДММ слабомагнитных, крупногабаритных или удлиненных тел.
Метод определения Д1Ш при интегрировании иагнитного потока источника ДМУ разработан Н,М.#олядиным. В ряде работ показано преимущество метода интегрирования иагнитного потока при определении ДмМ удлиненных тел в присутствии магнитных псмех перед магнитсиат-ричесхими методами.
К недостаткам метода интегрирования магнитного потека следует отнести: сложность конструкции первичного, измерительнсгс преобразователя (ПИП); отсутствие средств автоматизации сбора и обработки информации при проведении измерений; значительные погрешности измерения двух (из трех) ортогональных компонент вектора ДММ.
Эти недостатки не позволяют более широко внедрять СИ ДММ. основанные на методе интегрирования магнитного потока.
Анализ методов и СИ ДММ позволяет оценить метод интегрирования магнитного потока как наиболее перспективный для удлиненных, маломагнитных или крупногабаритных изделий (тел) при наличии магнитных помех (в условиях промышленных предприятий).
Все эти обстоятельства определяют актуальность дальнейшего совершенствования СИ для определения ДММ методом интегрирования иагнитного потока.
Цель работы - разработка и исследование метода и автоматизация средств измерения дипольних магнитных моментов удлиненных тел интегрированием проходной характеристик'? магнитного потока. Это позволит улучшить и упростить конструкцию ПИП, включить в состав СИ средства автоиатизации сбора и обработки информации при проведении измерений, снизить погрешность определения ортогональных компонент вектора ДММ.
Задача нссяедозашЗ. Для достижения поставленной цели необходимо; провести критический обзор существующих методов и СИ ДММ; выделить наиболее перспективный из них; провести теоретические исследования, на основании которых сформировать задачи совершенствования выбранного метода и СИ ДММ; исследовать возможность определения, при использовании выбранного метода, точки приложения вектора ДШ для источника в виде ДММ.
Методы Есследованяа. В диссертационной работе применены теоретические и экспериментальные методы исследований. Теоретические иетоды основаны на привлечении аппарата интегрального исчисления и математической физики. Анализ погрешностей определения компонент вектора ДММ, исследование возможности нахождения точки приложения вектора Д1Ш проводились численными методами с использованием ЭВМ.
-5-Зкспериментальные исследования позволили подтвердить: результаты численного анализа погрешностей определения компонент вектора ДММ, рассчитанное значение основной приведенной погрешности, правильность выбора средств автоматизации СИ, работоспособность алгоритма и программы автоматизации сбора и обработки результатов измерений.
Научная новиана. Получена формула расчета магнитного потока источника ДММ через произвольный контур, состоящий из конечного числа линейных отрезков. Формула получена в виде, который удобен для построения алгоритма расета магнитного потока от источника ДММ через любой контур, заданный а пространстве аналитически.
Предложена, разработана и исследована схема расположения измерительных обмоток ПИП, позволяющего определять компоненты вектора ДММ без пгрешностей, обусловленных смешением точки приложения ДММ относительно геометрического центра ПИП и влиянием одной поперечной компоненты вектора дам на результат определения другой.
Предлоген, разработан и исследован помехозащищенный ПИП. Из проведенного анализа зависимостей магнитных потоков помехи, пронизывающих измерительные обмотки ПИП, сделан вывод о невозможности полной компенсации сигнала помехи и нецелесообразности настройки ПИП на конкретную помеху при помощи резисторов, шунтирующих измерительные обмотки ПИП,
На основании анализа уравнений измерения магнитных потоков источника МП, носящего характер ДММ, сформулированы необходимые и достаточные условия для построения ПИП, позволяющего определять координаты точки приложения вектора ДММ при измерении его магнитных потоков. Предлоген, разработан и исследован численными методами с использованием ЭЗМ ПИП, поззодяюшій определять координаты теки приложения вектора ДММ.
Практическая ценность. Разработаны алгоритм и создана программа расчета магнитного потока источника ДММ через произвольный контур, состоящий из конечного числа линейных отрезков. Разработан, создан и исследован ПИП с новой схемой расположения измерительных обмоток. Предложенный ПИП позволяет проводить определение компонент вектора ДММ с меньшими погрешностями (на 10 - 15%) по сравнению с существующим ПИП. Разработан, создан и исследован ПИЛ, позволяющий определять координаты точки приложения источника ДММ при измерении его магнитных потоков. Разработаны алгоритм и программа сбора и обработки информации при определении компонент ДММ методом интегри-
-s-
роаания проходных характеристик. Показано, что использований средств автоматизации эксперимента позволяет существенно повысить производительность труда при определении компонент ДММ и снизить погрешность их определения на 5 - 8%.
Разработанный ПИП для определения ДММ удлиненных тел метод
ом интегрирования проходных характеристик магнитного потока отли
чается простотой конструкции и высокими метрологическим характери
стиками. ,
Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались а были одобрены на: Международном совещании-семинаре "Обеспечение магнитной чистоты и электромагнитной совместимости в проекте "Марс-94", г. Ленинград, 1991; на Международной научно-технической конференции "Акхуальные проблемы электронного приборостроения", г. Новосибирск, 1992г.
Публикации, По материалам выполненных исследований опубликовано 3 работы, из которых одно изобретение.
Объем і структура диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения, списка литературы и пяти приложений, Общий объем диссертации 195 стр., в том числе 119 стр. машинописного текста основной части, 38 рисунков (из них 3 фотографии) на 26 стр., 9 таблиц на 9 стр. и 37 стр. приложений. Список литературы содержит 36 наименования на 4 стр.
