Дослідження будови і технічних параметрів сучасних космічних магнітометрів
Автор: Притолюк В'ячеслав Васильович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Радіоелектронні пристрої, системи та комплекси
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2021-2022 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Робота присвячена дослідженню будови та технічних параметрів сучасних космічних магнітометрів. Індукційні сенсори [1] (так звані магнітні антени) - одні із найстаріших і найбільш відомих типів магнітних сенсорів. Їх функція перетворення типу V=f(B) виходить із закону індукції Фарадея. Робочий принципи котушки відомий всім, але технічні деталі і практичне застосування таких пристроїв відоме тільки фахівцям. Наприклад, відомо, що сигнал на виході котушки V залежить від швидкості зміни магнітної індукції, db/dt. З цього можемо зробити висновок, що чутливість котушки залежить, від кількості витків n і активної області. Проте, процес оптимізації для отримання хороших характеристик котушки, у багатьох випадках, - не є простий. Властивості котушки були описані детально багато років тому. Проте, котушки, які зроблені по тому самому принципі все ще широко використовується в багатьох галузях, особливо для детектування паразитних магнітних полів (які потенційно небезпечні для здоров’я). Метод виробництва котушки простий, і матеріали (дріт обмотки) доступні і дешеві. Є багато історичних прикладів застосування котушок. Наприклад, котушка Chattock-Rogowski яка була розроблена і описана в 1887, сьогодні використовується як чудовий перетворювач струму і як пристрій для вимірювань властивостей м’яких магнітних матеріалів. Старий Австрійський патент з 1957, в якому описано використання голкового датчика для дослідження локальної магнітної індукції в електричній сталі був відновлений декілька роки тому. Вимірювання значень магнітних полів можливо з допомогою сучасних інформаційно-вимірювальних систем [2] (ІВС), найважливішою ланкою яких є сенсор магнітного поля, який здійснює лінійне і високоточне перетворення напруженості досліджуваного магнітного поля в проміжний параметр,наприклад, електричну напругу, яка потім легко піддається подальшому підсиленню, аналізу і опрацюванню в ІВС. Сучасні магнітометри є одним з основних інструментів, що використовуються для вимірювання хвильових магнітних полів у діапазоні частот від декількох Гц до ~ 10 кГц. Ряд основних критеріїв проектування відповідає майже всім конструкціям індукційних магнітометрів. Однак різні модифікації та доопрацювання були використані в ряді місій для спроб підвищити чутливість та знизити рівень шуму або досягти конкретних наукових цілей. Захоплюючі нові ідеї та проекти досліджуються та плануються для майбутніх космічних місій. Цікавою новою конструкцією є двосмуговий магнітометр, що дозволяє вимірювати два різних діапазони частот (кілька кілогерц для одного, десятки або сотні кілогерц) одним сенсором. Дослідження питань побудови високоефективних індуційних сенсорів для геофізичних і космічних дослідів показує, що досягнення високих технічних і метрологічних характеристик, задовольнять раніше сформульовані потреби, можливо тільки в тому випадку, якщо сенсор магнітного поля роздивлятись як єдиний блок-вузол, складається включно з самим індукційним підсилювачем [3]. Тільки при такому підході можна реалізувати граничні значення (при заданій масі і габаритах) і знизити погрішності вимірів. У цій роботі буде описано оптимальну конструкцію індукційного магнітометра з надмалошумними параметрами в діапазоні частот від 1 мГц до 10 кГц. 5-паралельний диференціальний підсилювач з двома польовими транзисторами JFET, що використовується як вхідний підсилювач для зменшення еквівалентного шуму вхідної напруги. Це також враховується в математичній оптимізації для індукційного магнітометра. Була проведена значна робота щодо оптимізації NEMI [4] (NEMI – це поріг чутливості по магнітному полю) оскільки вона відіграє важливу роль в оцінці індукційнихмагнітометрів. Поточні дослідження використовують два основних підходи оптимізації індукційних магнітометрів. Об’єкт дослідження – будова та технічні параметри сучасних космічних магнітометрів. Предмет дослідження –методи оптимізаціх порогу чутливості по магнітному полю NEMI. Сфера досліджень – проведення експереминтів підбору найкращого відношення діаметру дроту до кількості витків. Мета роботи: дослідження будови та технічних параметрі сучасних космічних магнітометрів а саме які параметри (діаметр дроту обмотки, габарити осердя, кількість витків, зовнішні габарити). Дослідити методи оптимізації NEMI використовуючи JFET транзистори. Ппровести порівняння існуючих сучасних космічних магнітометрів. Ключові слова: Індукційні магнітометри, ІМ, ІС, осердя, котушка, NEMI, JFET, сенсор, оптимальний сенсор, шум, джерело шуму. Список літератури: 1. P.Ripka, “Induction sensors,” in Magnetic sensors & magnetometers, Boston MA: Artech House, 2001, ch. 2, pp. 47-74. 2. H. C. Seran and P. Fergeau, “An optimized low-frequency three axis search coil magnetometer for space research,” Rev. Sci. Instrum., vol. 76, no. 4, pp. 044502-1–044502-10, Apr., 2005. 3. Нічога В.А. Вимірювання дуже слабких низькочастотних магнітних полів у геофізичних та космічних дослідженнях // Відбір та передача інформації. - Вип.9. - 1993. - С.70-77. 4. V.Nichoga, I.Gontar, P.Dub. Three-component Wide-band Low-frequency Magnetic Antenna for Diagnostics of Magnetic Fields in Outboard Space // Proceedings of 5th International Conference on Telecommunications in Modem Satelite, Cable and Broadcasting Service (T