자기장 강도 측정기 및 교정기

자기장은 거의 모든 곳에 존재합니다. 그러나 광범위한 강도와 주파수(20Hz ~ 150kHz)에서 자기장 강도를 평가하는 편리한 방법은 널리 사용되지 않습니다. 제한 사항에도 불구하고 이러한 측정이 필요한 이유는 여전히 많습니다. 한 가지 예는 차폐되지 않았거나 제대로 차폐되지 않은 케이블의 간섭을 추적하는 것입니다.

이 프로젝트에서는 케이블을 절단하거나 방해하지 않고 고전류 전원 케이블에서 최대 150kHz의 주파수에서 자기장 방출을 평가하는 방법을 개발할 것입니다.

시작하려면 두 가지 간단한 아날로그 계측기가 필요합니다.

일반적으로 고정밀 측정은 실용적이지 않거나 유용하지 않습니다. 이는 특히 고주파수에서 많은 자기장 강도가 짧은 기간과 거리에서도 상당히 달라질 수 있기 때문입니다. 또한 검증 프로그램은 계측기의 고유 정확도가 높아야 한다는 요구 사항을 극복하지만 안정성은 일반적으로 충분하다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.

휴대용 자기장 강도 장치의 개발 및 구성 요소에 대해 살펴보겠습니다. 먼저 그림 1에 표시된 미터 및 검증기의 블록 다이어그램을 살펴보겠습니다.

미터는 단일 9V 배터리로 전원이 공급됩니다. 여기에서 다양한 필수 구성 요소를 분석해 보겠습니다.

프로브는 길이 8mm, 직경 7.5mm의 1.6μH 인덕터로 구성됩니다. 절연 포머에 감겨 있으며 약 22바퀴 감겨 있습니다. 정전기 차폐(단일 중첩된 절연 구리 호일 회전)가 제공됩니다. 주파수 응답과 관련하여 인덕턴스 값은 중요하지 않지만 물리적 치수는 감도에 영향을 미칩니다. 프로브는 정전 차폐가 케이블 차폐에 연결된 동축 케이블에 연결됩니다.

프로브는 방향성이 있으며 일반적으로 축이 수직(수평 케이블로 가정)으로 배치되어 자기장의 수직 구성 요소를 감지합니다. 그러나 사용자는 수평 구성 요소를 측정하기 위해 수평으로 설정할 수 있습니다.

전반적으로 한 지점의 총 전계 강도는 수직 자기장 Hv의 제곱과 수평 자기장 Hx 및 Hy의 두 구성 요소를 합한 제곱근입니다.

$$H_{총계} = \sqrt{H^2_v + H^2_x + H^2_y}$$

프로브와 프리앰프의 개략도는 그림 2에 나와 있습니다.

프리앰프는 메인 앰프와 물리적으로 통합되어 있으며 공통 접지를 공유합니다. 프리앰프의 출력 X는 아래 그림 3에 표시된 메인 앰프 회로도의 입력 X에 연결됩니다.

프리앰프는 입력 임피던스가 매우 낮은 트랜스컨덕턴스 증폭기로 구성됩니다. 이 기술은 상호 인덕턴스 소스로부터 평탄한 주파수 응답을 생성합니다. 그러나 20Hz에서 1.6μH의 리액턴스와 비교하여 충분히 낮은 입력 임피던스를 얻는 것은 비현실적일 수 있습니다. 이를 극복하는 한 가지 방법은 외부 자기장에 민감하지 않은 직렬 1mH 토로이달 인덕터로 인덕턴스를 높이는 것입니다. 코일의 저항과 추가된 15Ω 저항기는 1kΩ 피드백 저항기와 직렬로 연결된 커패시터를 포함하여 보상됩니다.

이 인덕터는 페라이트 토로이드의 약 20개 턴으로 구성되며 외부 직경은 9.6mm, 내부 직경은 4.7mm, 두께는 3.2mm입니다. 토로이드의 Digi-Key 부품 번호는 240-2522-ND입니다. 시중에서 판매되는 1mH 인덕터는 큰 전류를 전달하도록 설계된 물리적으로 큰 부품이므로 여기에는 적합하지 않습니다.

증폭기는 작은 이득만 가지며 두 개의 필터를 포함합니다. 높은 임피던스 부하를 구동할 때 프로브, 프리앰프 및 메인 증폭기는 프로브에서 1A/m 전계 강도에 대해 1mV의 감도를 제공합니다. SI 단위 A/m(미터당 암페어)은 예를 들어 '큰' 단위인 패럿과 달리 '작은' 단위이므로 일반적으로 정전용량이 패럿의 매우 작은 부분인 부품을 사용합니다. . 얼마나 작습니까? 1A/m는 공기 또는 진공 상태에서 1.26μT(마이크로테슬라)의 자속 밀도를 생성하는 반면 이어버드의 자석은 약 1T를 생성합니다.