Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1 Особенности исследования динамики нелинейных систем 9
1.2 Методы решения задачи 11
1.3 Цель работы и задачи исследования 12
2 Динамика маятниковых систем при однонаправленной вибрации 13
2.1 Нелинейный маятник на вибрирующем основании
2.1.1 Математическая модель системы на вибрирующем основании...
2.1.2 Методы исследования нелинейных систем 16
2.1.3 Аналитическое исследование 17
2.1.4 Численное исследование задачи 21
2.1.5 Результаты и выводы 23
2.2 Маятниковая система в переменном магнитном поле 25
2.2.1 Математическая модель электромеханической системы в переменном магнитном поле
2.2.2 Численные исследования 31
2.2.3 Результаты и выводы 37
2.3 Выводы 38
3 Динамика маятниковых систем под действием двух возмущений 40
3.1 Математическая модель маятниковой системы в условиях механической и магнитной вибраций
3.2 Результаты численного исследования
3.2.1 Магнитное поле и вибрация в вертикальном направлении
3.2.2 Магнитное поле в вертикальном направлении, вибрация в горизонтальном 51
3.2.3 Магнитное поле в горизонтальном направлении, вибрация в вертикальном з
3.2.4 Магнитное поле и вибрация в горизонтальном направлении 54
3.2.5 Магнитное поле и вибрация в произвольном направлении 55
3.2.6 Анализ влияния параметров системы 56
3.3 Выводы 59
4 Методика проектирования магнитных вариометров 61
4.1 Особенности конструкции магнитостатического вариометра 66
4.2 Вариометр как электромеханическая система 73
4.3 Чувствительность прибора и пути ее повышения 75
4.4 Альтернативные конструкции устройств для измерения параметров магнитных полей 77
4.4.1 Датчик магнитометра для измерения вертикальных магнитных полей
4.4.2 Устройство для измерения параметров горизонтальных магнитных полей 80
4.5 Методика проектирования электромеханической части магнитных вариометров 83
4.6 Рекомендации по конструированию магнитных вариометров 86
4.7 Выводы 88
Основные результаты и выводы 90
Список использованной литературы 93
Перечень приложений
- Цель работы и задачи исследования
- Маятниковая система в переменном магнитном поле
- Магнитное поле и вибрация в вертикальном направлении
- Альтернативные конструкции устройств для измерения параметров магнитных полей
Введение к работе
Актуальность темы. В динамике нелинейных электромеханических систем решение задач наталкивается на многочисленные математические проблемы. Основная проблема состоит в отсутствии общей теории колебаний сильно нелинейных систем при отсутствии малого параметра и в появлении «странных» особенностей даже при рассмотрении достаточно простых модельных систем, таких как аттрактор и хаос.
Как правило, в качестве «простой» модельной системы вынужденных колебаний с аддитивным и параметрическим воздействием рассматривается маятник с вибрирующей точкой подвеса. Это обусловлено тем, что соответствующее уравнение довольно часто встречается в различных областях физики: механике, электродинамике, физике плазмы и т.д.
Впервые на устойчивость состояния перевернутого маятника указал Ван-дер-Поль в 1925 году. В 1950 году П.Л. Капица, используя метод приближенного решения, описал и экспериментально продемонстрировал эффект перевернутого маятника («маятника» Капицы).
Явления динамической устойчивости неустойчивых состояний упругих систем в статике были обнаружены В.Н. Челомеем в экспериментах с вибрирующими жидкостями и твердыми телами.
Исследованию динамики маятника при вибромеханическом возбуждении точки его подвеса посвящены работы Ландау Л.Д., Лифшица Е.М., Блехмана И.И., Пановко Я.Г., Фролова К.В. Фрадкова А.Л., Мельникова Г.И., Джашитова В.Э. Исследованием динамики маятниковых систем в магнитных полях занимались Ходжаев К.Ш., Скубов Д.Ю., Беляев А.К.
В данной диссертационной работе исследуется динамика маятниковой системы при раздельном и совместном действии вибромеханического и магнитного возмущений. Практическая значимость результатов работы показана на примере магнитостатического вариометра, который решает задачи определения и локализации действия электромагнитных и магнитных полей.
Цель диссертационной работы — исследование динамики маятниковых систем в условиях механических и магнитных вибраций.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
-
Построить математические модели маятниковых систем в условиях механических и магнитных вибраций.
-
Исаіедовать положения равновесия при действии на систему магнитного и вибромеханического возмущений.
-
Оценить состояния устойчивости в пространстве физико-механических, геометрических и магнитных параметров системы.
-
Систематизировать состояния равновесия в указанном пространстве.
-
Разработать методику проектирования магнитных вариометров на основе анализа состояний равновесия маятника при действии механических и магнитных вибраций.
-
Дать рекомендации по конструированию магнитных вариометров.
Основные положения, защищаемые в диссертации:
-
Возможность стабилизации нижней полуокружности угловых положений в результате действия возмущения в горизонтальном направлении.
-
Возможность стабилизации всей окружности угловых положений в результате совместного действия вибромеханического и магнитного возмущений.
-
Вывод системы внешним воздействием на границу устойчивости при стабилизации «физически» неустойчивых положений равновесия.
-
Значение агрегатного коэффициента, связывающего физико-механические, геометрические и магнитные параметров системы, определяет положение равновесия системы.
-
Возможность создания датчиков со сверхвысокой чувствительностью при динамической устойчивости положений равновесия.
-
Возможность скачкообразных сверхбыстрых и безударных переключений между положениями равновесия.
Методы исследования. Основные результаты работы получены численным исследованием математических моделей, составленных по уравнениям Лагранжа и Лаіранжа-Максвелла. Анализ производился оценкой колебательных процессов, фазовых портретов, поверхностей состояний равновесия и контурных диаграмм. В работе использованы методы теории динамических систем, теории нелинейных колебаний.
Научная новизна работы состоит в следующем:
построена связанная система уравнений движения маятниковой системы в условиях механических и магнитных вибраций.
впервые исследованы состояния равновесия маятниковой системы в пространстве ее физико-механических, геометрических и магнитных параметров;
установлена физическая сущность агрегатного коэффициента, связывающего физико-механические, геометрические и магнитные параметры системы;
исследованы режимы скачкообразных переключений, что позволяет проектировать высокоскоростные переключатели для различных областей науки и техники.
разработана методика проектирования высокочувствительных датчиков магнитных и вибрационных полей, а также силовых электромеханических элементов;
даны рекомендации по проектированию магнитных вариометров.
Внедрение результатов диссертационной работы вносит значительный вклад в
развитие теории электромеханических систем, в частности по изучению поведения нелинейной системы с одной механической степенью свободы под действием двух возмущений.
Достоверность научных результатов. полученных в работе, обеспечивается строгостью постановки задач, применяемых математических методов, статистической обработкой полученных результатов. Обработіса экспериментальных данных проводилась на базе кафедры Мехатроники СПбТУ ИТМО.
Практическая ценность работы заключается в получении общих результатов исследований, позволяющих проекгировать и улучшать характеристики существующих электромеханических приборов и силовых элементов. К ним относятся чувствительные элементы и датчики различных полей, транспорт на магнитной подвеске, силовые элементы. По результатам диссертационной работы получен патент РФ на конструкцию и принцип действия датчика магнитометра, подана заявка на патент РФ на конструкцию и принцип действия устройства для измерения параметров магнитного поля. Результаты работы внедрены в ИАнП РАН и в учебный процесс кафедры Мехатроники СПбТУ ИТМО при проведении занятий со студентами по курсу «Аналитическая механика».
Реализация работы. Проведенные в диссертационной работе исследования применялись при улучшении параметров магнитостатического вариометра, связанных с повышением его чувствительности, выпускаемого СПбФ ИЗМИР АН.
Работа получила развитие и поддержку в рамках стипендии Леонарда Эйлера № 06/31629 (2006) по программе академических иностранных обменов DAAD (Германия).
Апробация работы. Результаты работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на 7 Сессии международной научной школы «Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и диагностики машин и механизмов» VPB-05, Санкт-Петербург, 2005; I Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов (с международным участием) «Робототехника, мехатроника и интеллектуальные системы», г. Таганрог, 2005; семинаре политехнического симпозиума «Молодые ученые - промышленности Северо-Западного региона», Санкт-Петербург, 2005; на XXXV научно-методической конференции ППС СПбГУ ИТМО, Санкт-Петербург, 2006; VIII конференции молодых ученых «Навигация и управление движением», Санкт-Петербург, 2006; XI Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике, г. Нижний Новгород, 2006.
Публикации. По материалам диссертационных исследований опубликовано 8 работ, в том числе в журнале «Известия ВУЗов. Приборостроение» и получен патент РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, 5 приложений, библиографического списка из 63 наименований. Объем диссертации с приложениями 139 страниц.
Цель работы и задачи исследования
История исследования нелинейных уравнений началась со знаменитой задачи Кеплера [50]. Задача Кеплера содержит типичные атрибуты нелинейной колебательной системы с параметрическим резонансом: зависимость периода обращения планеты вокруг Солнца от параметров орбиты, большое число гармонических составляющих во временных характеристиках текущих координат планет.
Данная проблема оказалась общей при решении различных прикладных задач в различных областях механики, физики, биологии и медицины. Отметим лишь некоторые из них: а) роботизация - пространственное бесконтактное ориентирование, удержание и управление микродеталями при сборке различных устройств, изделий и приборов; б) сверхчувствительные датчики полей (электромагнитных, акустических, гидродинамических, гравитационных) на основе подвесов; в) взвешивание, удержание и перемещение различных тел (роторов двигателей, гироскопов, игрушек, транспорта на магнитном подвесе); В динамике решение задач наталкивается на многочисленные математические проблемы. Основная проблема состоит в отсутствии общей теории колебаний сильно нелинейных систем при отсутствии малого параметра и в появлении «странных» особенностей даже при рассмотрении достаточно простых модельных систем, таких как аттрактор и хаос [25].
Как правило, в качестве «простой» модельной системы вынужденных колебаний с аддитивным и параметрическим воздействием рассматривается маятник с вибрирующей точкой подвеса. Это обусловлено тем, что соответствующее уравнение довольно часто встречается в различных областях физики: механике, электродинамике, физике плазмы и т.д. [1 - 4, 22 - 23,25, 36, 52-53]. Для математического анализа и расчета необходима ясность схемы и какое-то конечное число учитываемых исходных свойств, которое не охватывает все множество свойств реального объекта, но заключает в себе его существенное, главное [14]. При решении задач динамики, в частности колебаний, приходится схематизировать физические явления и свойства упругих элементов. Например, силы сопротивления движению обычно принимают пропорциональными скорости или не зависящими от скорости (силы трения без смазки), хотя в действительности таких сил нет.
Наряду со схематизацией физических явлений и свойств отдельных элементов колебательных систем установление расчетной схемы в теории колебаний во многом обусловлено выбором числа степеней свободы.
Впервые, на устойчивость состояния перевернутого маятника указал В. Van der Pol в 1925 году [63]. В 1950 году П.Л. Капица [22], используя метод приближенного решения, описал и экспериментально продемонстрировал эффект перевернутого маятника («маятника» Капицы). «Хорошо известно, -отмечал П.Л. Капица [22], - что для тела в состоянии покоя наиболее устойчиво то состояние, при котором его центр тяжести находится в наинизшем положении (соответствующем минимуму потенциальной энергии), а при динамическом равновесии наиболее устойчиво то состояние, при котором центр тяжести занимает наиболее высокое положение (соответствующее максимуму потенциальной энергии)».
Наиболее ярким примером этого принципа является обычный волчок. Как известно, сила, вызванная трением опоры волчка о поверхность, заставляет ось волчка подниматься и принимать наиболее вертикальное положение, прецессия гасится, и волчок как бы "замирает". Но кроме классических случаев динамической устойчивости, вызванной гироскопическими силами, известен ряд других. Например, при быстром движении человека на ходулях, велосипедиста, автобуса, локомотива и пр. наиболее устойчивое состояние достигается тогда, когда центр тяжести занимает, по возможности, более высокое положение. Одним из самых ярких примеров динамической устойчивости является шест с колеблющейся точкой подвеса. Это явление при демонстрации (XIV век, Бомбей) не менее поразительно, чем волчок.
В 1908 году, математик А. Стефенсон из университета Манчестера США, используя законы Ньютона, доказал, что шест можно удерживать, вибрируя точку опоры по вертикали [62], а не перемещая ее, из стороны в сторону, как это обычно делают, по горизонтали.
П.Л. Капица предложил простой и наглядный метод [22] разбора динамической устойчивости перевернутого маятника с вибрирующей точкой подвеса вне зон параметрического резонанса и описал устройство для его демонстрации. Вертикальное положение перевернутого маятника вполне устойчиво. На опыте эта устойчивость хорошо наблюдается. Например, если вывести маятник из вертикального положения на некоторый угол, то около отвесного положения возникнут колебания, которые благодаря трению будут затухать, и через некоторое время маятник "замрет" в вертикальном положении. [49]. Этот эксперимент был объяснен П.Л.Капицей на основе введения так называемого «эффективного потенциала», что соответствует варианту метода усреднения. Работа П.Л.Капицы дала толчок к развитию нового раздела механики — вибрационной механики [7, 8, 57]. Аналогичные идеи легли и в основу соответствующего раздела теории управления: вибрационного управления [55, 61].
Маятниковая система в переменном магнитном поле
Проведен ряд исследований, в результате которых определены типовые реакции системы на действие того или иного возмущения (таблица 2.1).
Установлено, что при действии вибрации в вертикальном направлении в системе имеется два положения равновесия - верхнее и нижнее ( р=ж и (р-0 соответственно). Нижнее полностью устойчиво, стабилизация верхнего положения равновесия обеспечивается действием внешнего возмущения. При действии вибрации в горизонтальном направлении в системе появляется ряд новых положений равновесия, предельными из которых являются горизонтальные {(р=±ж12). Кроме того, при определенных сочетаниях параметров системы в последней наблюдается мгновенная скачкообразная смена положения равновесия на симметричное ему относительно нижнего положения равновесия, т.е. переключение.
Необходимо отметить характерную «бахрому» на переходных кривых. Высокочастотные составляющие (односторонняя "бахрома" на пиковых значениях колебательного процесса - в отличие от двухсторонней в случае перевернутого маятника) - это реакция-отклик маятника на действие ускорения свободного падения g.
В результате исследования определено особое влияние начальных условий на положения равновесия системы. В зависимости от величины начального угла отклонения маятника щ происходит либо не происходит стабилизация нетривиальных положений равновесия. Кроме того, начальный угол отклонения маятника влияет на частоту переключений в системе.
Переключения для рассматриваемой системы быстрые и «мягкие», а также высокочувствительные, поскольку реагируют на малейшее изменение параметров системы. Эти обстоятельства позволяют использовать эффект переключений для разработки высокоскоростных и высокочувствительных переключателей. Рассмотрим модельную задачу для электромеханической маятниковой системы в переменном магнитном поле (рисунок 2.4). Для обобщения возможных ситуаций расположим основание платформы под углом а к горизонтали Оу. F= а) Bos mvt Рисунок 2.4 -Маятниковая система в переменном магнитном поле: а) обобщенная расчетная схема; б) фотография экспериментального макета
В нашем случае роль твердого тела играет замкнутый контур тока /, жестко соединенный с подвесом невесомым стержнем длиной / [48]. Будем предполагать, что маятник находится в переменном однородном магнитном поле, частота которого v много больше, чем частота малых свободных колебаний маятника. Обозначим (р угол отклонения маятника от вертикальной оси, принимая, что р=0 соответствует его нижнему положению.
Уравнения, описывающие взаимосвязанные электромагнитные и механические процессы в электромеханической системе, называются уравнениями Лагранжа-Максвелла и в общем случае имеют вид [48]: d dW дФ dV „ ,. , + — + = Ej (у = \,...,т ), (2.20) dt dij dij dgj d dT d(T + W) d(IJ + V) „ . t - + — =QP (p = l,...,n), dtdq dq dq где qi,...,qn - обобщенные координаты; n - число степеней свободы механической системы; m - число электрических замкнутых неразветвленных контуров; Т,П- кинетическая и потенциальная энергии механической системы; Qp - непотенциальные обобщенные силы; Ej - алгебраическая сумма ЭДС в J-ом контуре; Ф - электрическая диссипативная функция, которая определяет тепловое рассеяние на омических сопротивлениях; /} - ток в/-ом контуре; V- энергия электрического поля; W- энергия магнитного поля; gj - заряду-го конденсатора. В рассматриваемом случае система имеет только сопротивление проводника рамки R при протекании тока /, которое постоянно и поэтому для функции Ф можем записать: Ф=-Ш2. Известно, что переменные магнитные силы могут дестабилизировать устойчивое положение равновесия, приводя к развитию автоколебаний. Этот эффект математически связан с изменением структуры уравнений Лагранжа-Максвелла, в которых при задании переменного внешнего поля кроме гироскопических сил появляются и циркуляционные обобщенные силы.
При решении задачи о медленных движениях проводящего твердого тела в переменном магнитном поле, можем записать выражение для энергии магнитного поля в вертикальном Wy и горизонтальном Wu направлениях соответственно: 1 2 Wv=—Li + B0Ss mvt sin ері, 1 2 WH=-Li + B0S smvt cos д і, где L - коэффициент самоиндукции контура тока /; Во - амплитуда внешнего поля; S- площадь рамки. Энергия электрического поля Vопределяется следующим выражением: 1 т 2 the/ где gj, Cj - заряд и емкость конденсатора в/-ом контуре. В рассматриваемом случае в системе отсутствуют конденсаторы, поэтому энергия электрического поля равна нулю.
Магнитное поле и вибрация в вертикальном направлении
Для выражений (3.7), (3.8) были составлены расчетные схемы в пакете Simulink ППП Matlab и исследована динамика систем. Расчетная модель, алгоритм работы программы и текст управляющего файла приведены в Приложении Д. Последовательно рассмотрим результаты исследований по четырем основным сочетаниям направлений линий действия возмущений.
Для рассматриваемого сочетания амплитуда виброперегрузок в горизонтальном направлении пту полагалась равной нулю. На рисунке 3.3 приведен типовой результат моделирования. Представлены графики колебательных процессов (p{t), p(t), i(t) и фазовые портреты ф{ф), і (і). Также указаны значения параметров исследования.
Анализ одновременного действия возмущений проводился по поверхностям состояний равновесия. Для этого результаты исследований сведены в матрицы результатов исследований, по которым построены поверхности состояний [34]. По осям абсцисс и ординат откладываются значения параметров системы, а по оси уровня - средний угол отклонения маятниковой системы на конечном временном интервале фк. При исследованиях конечный интервал был назначен равным десятой доле общего времени интегрирования. В проекции на нулевую плоскость (сечении (рк = О) получаем контурные диаграммы этой поверхности. На рисунке 3.4 представлены результаты по исследованию влияния частот є и h на конечный угол отклонения системы. Фазовый портрет
Влияние частот є и /z на конечный угол отклонения системы при действии магнитного поля и механической вибрации в вертикальном направлении: а) поверхность состояний равновесия; б) контурная диаграмма Из анализа рисунка 3.4, а следует, что предпочтительными для работы являются горизонтальные участки поверхности, поскольку поведение системы на этих участках прогнозируемо. Также на рисунке 3.4, а видны участки хаотического поведения, предварительный анализ которых показывает наличие их фрактальной природы, однако исследование фрактальности выходит за рамки данного диссертационного исследования.
На рисунке 3.5 представлен фрагмент контурной диаграммы по влиянию сочетаний амплитуды виброперегрузки птх и величины агрегатного коэффициента у (из его выражения - амплитуды магнитного поля В0) в вертикальном направлении выход маятниковой системы в верхнее положение равновесия [34]. Пунктирными линиями, смещенные на некоторое расстояние от кривой, обозначен допуск на погрешности численного моделирования и погрешности измерения параметров. Область под кривой соответствует нижнему положению равновесия, над кривой - верхнему. Также представлены графики колебательных процессов, по которым можно проводить измерения параметров.
Также на рисунке 3.5 проведены вертикальная и горизонтальная линия, по которым проводились исследования чувствительности системы [42]. При переходе через точку у=1,845 происходит жесткая потеря устойчивости со стабилизацией верхнего положения равновесия.
При фиксированной величине магнитного поля и переменной амплитуде вибрации, а также при переменной величине магнитного поля и фиксированной амплитуде вибрации наблюдается высокая чувствительность системы.
Проведенное исследование по влиянию коэффициентов диссипации показало, что коэффициент вязкого трения п отвечает за сжатие по оси относительной амплитуды виброперегрузки птк, а коэффициент внутренней диссипации г - за коэффициент масштаба по обоим осям диаграммы (у, п ) (рисунок 3.6). W/Ww w 5[ j р 11 и Область нижнего положения равновесия 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 « Рисунок 3.5 - Влияние амплитуды механической вибрации и величины магнитного поля на выход маятниковой системы в перевернутое (верхнее) положение равновесия мпi.B-fl = 0,0.1...20; пях =0,0.5.. .50; Исследование влияния коэффициентов диссипации на конечный угол отклонения системы при действии магнитного поля и вибрации в вертикальном направлении Таким образом, при изменении коэффициента внутреннего сопротивления системы г имеется возможность сужать или расширять зоны хаотичных движений. Более того, поскольку большинство коэффициентов в уравнениях движении системы - безразмерные величины (за исключением коэффициента вязкого трения п), то исследования носят универсальный характер. Это обстоятельство позволяет изменять масштабный фактор геометрических размеров проектируемых измерительных приборов.
По сечениям поверхности состояний по выбранному параметру построены диаграммы состояний равновесия системы. На рисунке 3.7 представлена диаграмма состояний по значениям параметра у. Эти диаграммы показывают реакцию (отклик) системы на изменение одного из параметров при неизменных прочих.
Альтернативные конструкции устройств для измерения параметров магнитных полей
В группу электромагнитных магнитометров отнесены электрические, индукционные и гальваномагнитные магнитометры.
Электрические магнитометры основаны на сравнении измеряемого магнитного поля Яизм с полем эталонной катушки. Электрические магнитометры состоят из компаратора для измерения размеров катушки и её обмотки, теодолита для точной ориентации оси катушки по направлению измеряемой компоненты поля, потенциометрической системы для измерения тока / и чувствительного датчика — индикатора равенства полей.
Индукционные магнитометры основаны на явлении электромагнитной индукции — возникновении ЭДС в измерительной катушке при изменении проходящего сквозь её контур магнитного потока.
Гальваномагнитные магнитометры основаны на явлении искривления траектории электрических зарядов, движущихся в измеряемом магнитном поле Яизм, под действием силы Лоренца. К этой группе относятся: магнитометры на эффекте Холла (возникновении между гранями проводящей пластинки разности потенциалов, пропорциональной протекающему току и Яизм), магнитометры на эффекте Гаусса (изменении сопротивления проводника в поперечном магнитном поле Яизм), магнитометры на явлении падения анодного тока в магнетронах и электроннолучевых трубках (вызванного искривлением траектории электронов в магнитном поле) и др.
Квантовые магнитометры — приборы, основанные на ядерном магнитном резонансе, электронном парамагнитном резонансе, свободной прецессии магнитных моментов ядер или электронов во внешнем магнитном поле и других квантовых эффектах. Для наблюдения зависимости частоты со прецессии магнитных моментов микрочастиц от Яизм необходимо создать макроскопический магнитный момент ансамбля микрочастиц — ядер или электронов. В зависимости от способа создания макроскопического магнитного момента и метода детектирования сигнала различают: протонные магнитометры (свободной прецессии, с динамической поляризацией и с синхронной поляризацией), резонансные магнитометры (электронные и ядерные), магнитометры с оптической накачкой и другие.
Квантовые магнитометры применяются для измерения напряжённости слабых магнитных полей (в том числе геомагнитного и магнитного поля в космическом пространстве), в геологоразведке, в магнетохимии, в биофизике.
Действие магнитостатических (оптико-механических) магнитометров основано на взаимодействии измеряемого магнитного ноля Яизм с постоянным (индикаторным) магнитом, имеющим магнитный момент М. В поле Яизм на магнит действует механический момент 1=[МНИШ].
Основное назначение магнитостатических магнитометров - измерение компонент и абсолютной величины напряжённости геомагнитного поля, градиента поля, а также магнитных свойств веществ. Магнитный момент в различных конструкциях уравновешивается: а) моментом кручения кварцевой нити; б) моментом силы тяжести; в) моментом, действующим на вспомогательный эталонный магнит, установленный в определенном положении (оси индикаторного и вспомогательного магнитов в положении равновесия перпендикулярны). Определяя дополнительно период колебания вспомогательного магнита в поле Яизм, можно измерить абсолютную величину Яизм (абсолютный метод Гаусса). Магнитометры этого типа имеют, как правило, только одну плоскость вращения постоянного магнита (вертикальную или горизонтальную) и применяются для измерения соответствующей компоненты поля — обычно компоненты X, Y или Z, напряжённости геомагнитного поля, а также для измерения градиента поля и абсолютной величины напряженности геомагнитного поля Я. Магнитостатические магнитометры обладают рядом достоинств: 1. Высокая чувствительность в диапазоне ультранизких частот. 2. Небольшие габариты и вес. 3. Возможность работы в полевых условиях. 4. Высокая надежность. Прибор требует минимального обслуживания. Следует отметить, что существует разновидность магнитостатического магнитометра - магнитный вариометр, который служит для измерения отклонения компонент и абсолютной величины напряжённости геомагнитного поля относительно установленной величины поля, градиента поля, а также магнитных свойств веществ. В данной главе рассмотрим особенности конструкции магнитного вариометра и на основе диссертационного исследования разработаем методику проектирования его электромеханической части, связанную с повышением чувствительности.
