Senzori de camp magnetic tip bucla pentru frecvente mari

SENZORI DE CAMP MAGNETIC TIP BUCLA PENTRU FRECVENTE MARI

La frecvente mari, se utilizeaza senzori de tip bucla, cu mai putine spire (una, doua) si raza relativ mica, pentru a fi indeplinita conditia de bucla electric mica:

,  (4.36)

unde c este viteza luminii, b este raza buclei si n este numarul de spire.

Pentru eliminarea influentei campului electric, bucla se ecraneaza si/sau se utilizeaza configuratii speciale (fig. 4.9).

In acest scop antena (senzorul) se realizeaza, de obicei, dintr-un cablu coaxial si poate fi:

sub forma asimetrica (neechilibrata), utilizabila la masurarea campului magnetic in apropierea unui plan conductor;

sub forma simetrica (echilibrata), utilizabila la masurarea lui H in spatiul liber.

Senzorul bucla in configuratie asimetrica din fig. 4.9.a este alcatuit dintr-o semibucla din conductor solid - portiunea OA - si un cablu coaxial, a carui suprafata exterioara a ecranului, BO, formeaza cealalta semibucla, iar conductorul central de la punctul A la punctul C si suprafata interioara a ecranului de la punctul B la punctul C, formeaza linia coaxiala pentru transmisia semnalului de la interstitiul AB la impedanta de sarcina, Z_s.

Deci antena bucla ecranata (configuratie asimetrica) din fig. 4.9.a poate fi analizata considerand antena echivalenta si linia de transmisie echivalenta (ca in fig. 4.10).

Referitor la schema electrica echivalenta a antenei (fig. 4.10. a):

- Z_L este impedanta efectiva la interstitiul AB, formata din linia de transmisie de lungime si impedanta de sarcina Z_s.

- Tensiunea indusa la interstitiu - AB este, conform (4.16):

- Z este impedanta interna a buclei (o inductivitate L - fig. 4.1).

- Tensiunea pe impedanta Z_L este:

In fig. 4.9.b si 4.9.c sunt doua variante de senzori simetrici, care au avantajul ca tensiunile datorate campului magnetic se sumeaza, iar cele datorate campului electric se scad. Aceste antene simetrice necesita un transformator de adaptare simetric - asimetric de banda larga, care din considerente tehnologice este coborator de tensiune (n = 0,5). Din acest motiv aria echivalenta a senzorului din fig. 4.9. b) se reduce la jumatate din aria sectiunii:

Configuratia Moebious (fig. 4.9. c) are doua spire: una constituita din firul central al semibuclei din dreapta si suprafata exterioara a ecranului semibuclei din stanga, iar cealalta din firul central al semibuclei din stanga si suprafata exterioara a ecranului semibuclei din dreapta, rezultand astfel aria ei echivalenta:

Se observa ca aceasta configuratie (fig. 4.9. c) poate fi descompusa in doua asimetrice de tipul celei din fig. 4.9.a.

Senzorii prezentati mai sus se utilizeaza, in general, la masurari in domeniul timp a derivatei campului magnetic [Smith93], [Degaque90], [Baum86].

Un senzor ne-echilibrat (asimetric) pentru masurarea campului magnetic in domeniul sutelor de MHz [Spiegel83] este dat in fig. 4.11.

Semibucla poate fi realizata dintr-o linie coaxiala la care:

firul central este conectat la un capat direct la masa, iar la celalalt capat este conectat la masa, prin intermediul unei impedante de sarcina R_s (rezistenta sub forma de disc pentru a avea comportare buna la inalta frecventa);

ecranul, conectat la ambele capete diametral opuse (f si f p) la masa si intrerupt la mijloc (), elimina influenta campului electric asupra raspunsului senzorului.

Tensiunea indusa de campul magnetic H este preluata de pe rezistenta R_s cu un cablu coaxial, prelucrata si afisata pe un osciloscop catodic sau analizor de spectru. Se remarca faptul ca linia coaxiala de transmisie a semnalului de la senzor la mijloacele de masurare nu trece prin zona campului de masurat.

In schema electrica echivalenta (fig. 4.11. b) valorile U_i (tensiunea indusa), L (inductivitatea buclei), C (capacitatea buclei), R (rezistenta de sarcina) se refera la bucla intreaga, iar U_is, L_s, C_s, R_s se refera la semibucla.

Semibucla trebuie sa indeplineasca conditia de senzor electric mic, rezultand astfel frecventa maxima de operare:

(4.37)

Pentru ca senzorul sa functioneze pe portiunea de proportionalitate cu campul, trebuie ca:

sau

(4.38)

Obtinerea unei frecvente inferioare de operare mica, conduce la rezistenta de sarcina mica (4.38), deci sensibilitate mica, de aceea se utilizeaza amplificatoare de tensiune de zgomot redus si banda larga (ABL) inainte de afisare, ca in fig. 4.11.

O alta solutie este conectarea semibuclei la un amplificator de curent (fig. 4.8), lucru ce permite obtinerea unei sarcini mici (deci frecventa inferioara mica) fara scaderea sensibilitatii.