Когда кому-то предлагают поискать иголку в стоге сена, обычно имеют в виду задачу очень сложную, нудную и почти невыполнимую. Так и было до недавних пор, пока прогресс в электронике не подарил людям множество полезных инструментов, с помощью которых можно не только найти иголку в стоге сена, но и, например, обнаружить мельчайшие ферромагнитные включения в различных материалах. Один из таких инструментов – магнитометры японской компании Aichi MI, которые могут обнаруживать магнитные поля в 5000 раз более слабые, чем магнитное поле Земли.
В машиностроительной и металлургической промышленности часто требуется определить наличие ферромагнитных частиц в изделиях из немагнитных сплавов (например, титановых). Такие включения являются дефектами, которые снижают прочность изделий. А учитывая, что из подобных сплавов изготавливают детали ракет, самолётов и турбин, от сохранности которых в условиях экстремальных нагрузок зависит очень многое, вплоть до человеческих жизней, выявить все посторонние включения в металле очень, очень важно.
Попасть в сплав частицы ферромагнетиков могут, например, в виде отколовшихся кусочков резцов и фрез, попавших в стружку, направляющуюся на переплавку. Обнаружение таких частиц в стружке – один из вариантов применения сверхчувствительных магнитометров Aichi NI серии DH.
Эти изделия рассчитаны на детектирование изменений магнитного поля, так как для того, чтобы на магнитометры не влияло магнитное поле Земли, в них встроен фильтр, отсекающий колебания частотой менее 0.1 Гц. Поэтому лучшее применение таких магнитометров – контроль в движении. Проходящие мимо датчика ферромагнитные частицы вызывают возмущения магнитного поля, которые регистрируются датчиком. Чувствительность магнитометров DH такова, что они могут обнаружить движение небольшого постоянного магнита на расстоянии до 10 м.
Работа магнитометров Aichi MI основана на эффекте, получившем название «гигантский магнитоимпедансный». Если через тончайшую нить из аморфного металла пропускать пульсирующий ток, её импеданс будет изменяться в зависимости от приложенного магнитного поля. Изменение импеданса детектируется катушкой, намотанной поверх нити (Рис. 1).
 |
| Рис. 1. Гигантский магнитоимпедансный эффект. |
Диаметр чувствительной нити в магнитометре DH – всего 20 мкм, это в семь раз меньше толщины человеческого волоса. Размеры самого сенсора – полмиллиметра на полтора (Рис. 2, 3).
 |
| Рис. 2. Сенсор магнитометра Aichi MI DH. |
 |
| Рис. 3. Плата магнитометра Aichi MI. |
Чувствительность этих сенсоров простирается в область естественных биологических магнитных полей, где ранее господствовали дорогостоящие сверхпроводящие магнитометры (Рис. 4). С их помощью обнаруживаются магнитные поля напряжённостью в нанотеслу – 1/5000 от напряжённости магнитного поля Земли. А благодаря высокой точке Кюри (температуре, при которой скачкообразно изменяются свойства вещества) применяемого аморфного металла магнитометры Aichi MI нечувствительны к изменениям температуры в пределах рабочего диапазона (Рис. 5). Это выгодно отличает их от полупроводниковых аналогов (датчиков Холла).
 |
| Рис. 4. Диапазон чувствительности магнитометров Aichi MI DH. |
 |
|
| Рис. 5. | Зависимость (точнее, её отсутствие) чувствительности магнитометра Aichi MI от температуры. |
Магнитометры Aichi MI выпускаются в двух исполнениях – с продольной и поперечной ориентацией сенсора. При необходимости можно модифицировать плату магнитометра так, чтобы с его помощью можно было измерять и постоянные (статические) магнитные поля. Правда, в этом случае производитель лишает изделия гарантийной поддержки.
Характеристики магнитометра MI-CB-1DH:
- напряжение питания: 5 В;
- рабочий ток: 15 мА;
- динамический диапазон: 4 мкТл (при постоянном поле ±40 мкТл);
- чувствительность: 1 В/мкТл;
- диапазон рабочих частот: 0.1 Гц – 1 кГц;
- линейность: <2% полной шкалы;
- шум: 200 пТл/1σ (диапазон 1 Гц – 1 кГц);
- размер: 35×11 мм.
О компании
|
|
Японская компания Aichi Micro Intelligent – разработчик и производитель микроимпедансных магнитометров и приборов на их основе. Aichi IM входит в корпорацию Aichi Steel, основанную в 1934 году как металлургический департамент компании Toyoda Automatic Loom Works (теперь – Toyota Industries), производящий сталь для автомобильной промышленности. |
