Дополнительные эффекты, возникающие в магнитомодуляционных преобразователях

Для создания датчиков электрических и неэлектрических величин используются и другие эффекты, связанные с модуляцией параметров магнитной цепи преобразователя.

Например, пьезомагнитный эффект – намагничивание, появляющееся в веществе (антиферромагнетике) под действием внешнего давления.

Гиромагнитный эффект заключается в следующем. Свободно подвешенный в магнитном поле проводник или ферромагнетик приходит во вращательное движение около оси, совпадающей с направлением магнитного поля. Вращение возникает за счет взаимодействия магнитных моментов атомов с внешним магнитным полем.

Рисунок 5.26 Схема, поясняющая гиромагнитный эффект.

 

При равномерном вращении в магнитном поле тело намагничивается (обратный эффект Барнета). Во вращающемся вокруг оси (z) образце элементарные магнетики представляют собой своеобразные гироскопы, обладающие механическим моментом количества движения и магнитным моментом. Вращение гироскопов с постоянной угловой скоростью _z вокруг неизменной оси z эквивалентно прецессии вращения гироскопов вокруг этой оси под действием некоторой ”опрокидывающей” пары сил, стремящейся поставить ось каждого гироскопа параллельно оси z. В то же время вращение всех гироскопов с постоянной угловой скоростью вокруг неизменной оси z эквивалентно воздействию на эти магнетоны поля Н_эф, направленного вдоль оси z, т.к. подобное поле вызовет, согласно теореме Лармора, прецессию гироскопических магнетиков. Наличие же эффективного поля Н_эф должно проявиться не только в прецессии магнетиков, но и в возникновении намагниченности образца вдоль оси z.

Рисунок 5.27 Намагничивание вращающегося стержня

 

Данный эффект возможен при температуре ниже точки Кюри и проявляется на телах удлиненной геометрической формы. Результирующая магнитного поля направлена вдоль оси вращения.

Физический эффект применяется для исследования природы и строения ферромагнитных веществ. Он позволил установить, что в некоторых ферромагнитных металлах (Fe, Co, Ni, Cd) элементарными магнетиками являются спиновые магнитные моменты электронов, тогда как в других ферромагнитных телах и парамагнетиках - спиновые и орбитальные магнитные моменты электронов.

При создании высокочувствительных электромагнитных преобразователей приходится считаться с шумами, обусловленными эффектом Баркгаузена (1919 г.). Суть его заключается в скачкообразном изменении намагниченности ферромагнетиков при непрерывном изменении внешних условий, например магнитного поля. При медленном намагничивании ферромагнитного образца в измерительной катушке, надетой на образец, в цепи катушки появляются импульсы тока, обусловленные скачкообразным изменением намагниченности образца.

Особенно ярко эффект Баркгаузена проявляется в магнито-мягких материалах на крутых участках кривой намагничивания и петли гистерезиса, где доменная структура изменяется в результате процессов смещения границ ферромагнитных доменов. Имеющиеся в ферромагнетике различного рода неоднородности (инородные включения, дислокации, остаточные механические напряжения и т.д.) препятствуют перестройке доменной структуры. Когда граница домена, смещаясь при увеличении магнитного поля Н, встречает препятствие (например, инородное включение), она останавливается и остается неподвижной при дальнейшем увеличении поля. При некотором возросшем значении поля граница преодолевает препятствие и скачком перемещается дальше, до очередного препятствия, уже без увеличения поля. Из-за подобных задержек кривая намагничивания ферромагнетика имеет ступенчатый характер.

Рисунок 5.28  Зависимость намагниченности от величины магнитного поля.

 

Скачкообразное изменение намагниченности может быть вызвано не только полем, но и другими внешними воздействиями (например, плавным изменением механических напряжений или температуры), при которых происходит изменение доменной структуры образца.

Эффект Баркгаузена - одно из непосредственных доказательств доменной структуры ферромагнетиков, он позволяет определить объем отдельного домена. Для большинства ферромагнетиков этот объем равен 10^-6-10^-9 см³. Изучение эффекта Баркгаузена позволило лучше понять динамику доменной структуры и установить связь между числом скачков и основными характеристиками петли гистерезиса (коэрцитивной силой и т.д.).

По аналогии с эффектом Баркгаузена в ферромагнетиках скачки переполяризации в сегнетоэлектриках также называются скачками Баркгаузена.

Принцип работы измерительных устройств, реализующих данный эффект лежит генерация переменной ЭДС в катушке индуктивности при плавном изменении напряженности магнитного поля в сердечнике, вызванной скачкообразными смещениями доменных границ при перемагничивании ферромагнетиков (магнитный шум).

Рисунок 5.29 Генерация сигнала при эффекте Баркгаузена.

 

Векторы намагниченности доменов ориентированы таким образом, что при отсутствии внешнего магнитного поля намагниченность образца в целом равна нулю. При наложении внешнего магнитного поля элементарные области перемагничиваются. Переориентация доменов происходит скачками, при этом в витках обмотки наводится ЭДС. Неоднородность структуры ферромагнетика обусловлена немагнитными включениями или локальными механическими включениями и вызывает скачки намагниченности при изменении напряженности магнитного поля.

Рисунок 5.30 Измерительное устройство, реализующее эффект Баркгаузена:  Ф – фильтр, АД – амплитудный дискриминатор, f - частотомер.

 

Данный эффект используется при построении ряда измерительных преобразователей. При этом измеряют частоту пульсаций или дисперсию шума.     Используют для измерения скорости перемещения, толщины покрытий.

 

⇐ Предыдущая39404142434445464748Следующая ⇒

Поделиться: