Для цитирования:
Тихонов В. В., Пташенко А. С., Гришин С. В. Векторный измеритель геомагнитных полей на основе бинарных модулей ЖИГ-генераторов // Известия вузов. ПНД. 2026. Т. 34, вып. 5. С. 654-664. DOI: 10.18500/0869-6632-003231, EDN: JATIBQ
Векторный измеритель геомагнитных полей на основе бинарных модулей ЖИГ-генераторов
Цель. Разработка физических принципов построения высокочувствительных термонезависимых векторных измерителей слабых геомагнитных полей, состоящих из трех идентичных однокоординатных сенсоров геомагнитных полей, ориентированных по осям трехмерного базиса.
Методы. В качестве первичных преобразователей геомагнитных полей предлагается использовать бинарные модули, состоящие из двух автогенераторов сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, в цепи обратной связи которых содержатся идентичные резонаторы, выполненные на основе пленки железоиттриевого граната (ЖИГ). ЖИГ-резонаторы намагничены в противоположных направлениях по нормали к поверхности пленки. Сигналы с выходов ЖИГ-генераторов поступают на входы смесителя, где выделяется разностная частота СВЧ-сигналов. Разностная частота измеряется цифровым частотомером. При наложении внешнего геомагнитного поля возникает сдвиг разностной частоты, который адекватно отражает величину только одной нормальной составляющей геомагнитного поля, совпадающей с направлением базового намагничивания ЖИГ-резонаторов. При этом сдвиги частот, вызванные касательными составляющими поля, а также температурным нагревом ЖИГ-резонаторов, полностью
компенсируются.
Результаты. Предложена оригинальная конструкция портативной системы базового намагничивания пленочных ЖИГ-резонаторов. Проведены предварительные испытания лабораторного макета ЖИГ-генератора в составе портативной системы базового намагничивания. Испытания проводились на прецизионном поворотном стенде. Показано, что порог ориентационной (угловой) чувствительности ЖИГ-генератора не превышает 0.012 град.
Заключение. Предлагаемая методика векторных измерений геомагнитных полей отличается простотой, надежностью и технологичностью. Она может применяться в системах высокоточной геомагнитной навигации, а также в системах мониторинга геомагнитной обстановки для проведения научно-исследовательских, картографических и геологоразведывательных работ.
- Lenz J., Edelstein S. Magnetic sensors and their applications // IEEE Sensors Journal. 2006. Vol. 6, no. 3. P. 631–649. DOI: 10.1109/JSEN.2006.874493.
- Diaz-Michelena M. Small magnetic sensors and their application // Sensors. 2009. Vol. 9. P. 2271. DOI: 10.3390/s90402271.
- Tumanski S. Modern magnetic field sensors – a review // Przeglkad Elektrotechniczny. 2013. Vol. R89. P. 1–12.
- Hall Effect Sensing and Application. Freeport: Honeywell Inc., 1998. 127 p.
- Tadigadapa S., Mateti K. Piezoelectric MEMS sensors: State-of-the-art and perspectives // Meas. Sci. Technol. 2009. Vol. 20. P. 092001. DOI: 10.1088/0957-0233/20/9/092001.
- Fetisov Y.K. Piezoelectric resonance sensor of DC magnetic fields // IEEE Sensors Journal. 2014. Vol. 14, no. 6. P. 1817–1821. DOI: 10.1109/JSEN.2014.2301711.
- Freitas P.P., Ferreira R., Cardoso S., Cardoso F. Magnetoresistive sensors // J. Phys.: Condens. Matter. 2007. Vol. 19. P. 165221. DOI: 10.1088/0953-8984/19/16/165221.
- Mahdi A.E., Panina L., Mapps D. Some new horizons in magnetic sensing: High-Tc SQUIDs, GMR and GMI materials // Sens. Actuators A. 2003. Vol. 105, no. 3. P. 271–285. DOI: 10.1016/S0924-4247(03)00106-7.
- Wikswo J.P. Applications of SQUID Magnetometers to Biomagnetism and Nondestructive Evaluation // In: Weinstock H. (ed) Applications of Superconductivity. vol. 365 of NATO ASI Series. Dordrecht: Springer, 2000. P. 139–228. DOI: 10.1007/978-94-017-0752-7_3.
- Серов В.Н., Фетисов Л.Ю., Фетисов Ю.К., Шестаков Е.И. Высокочувствительный магнетометр на основе магнитоэлектрического датчика // Российский технологический журнал. 2016. Т. 4, № 5. С. 24–37. DOI: 10.32362/2500-316X-2016-4-5-24-37.
- Balynsky M., Gutierrez D., Chiang H., Kozhevnikov A., Dudko G., Filimonov Y., Balandin A.A., Khitun A. A magnetometer based on a spin wave interferometer // Sci. Rep. 2017. Vol. 7. P. 11539. DOI: 10.1038/s41598-017-11881-y.
- Гурзо В.В., Игнатьев А.А., Ляшенко А.В., Сотов Л.С., Маринин А.В., Плешков В.В. Векторный магнитометр малых магнитных полей // Гетеромагнитная микроэлектроника. 2004. № 1. С. 47–49.
- Castera J.-P., Hartemann P. Magnetostatic wave magnetometer // Patent No. EP0093650 A1 France, IPC G01R 33/02, H03H 2/00: appl. 04.05.1982: publ. 09.11.1983. Assignee: THOMSON-CSF. 13 p.
- Тихонов В.В., Ануфриев А.Н. Однокомпонентный сенсор геомагнитных полей // Патент № 2679461(13) C1 Российская Федерация, МПК G01R 33/24: заявл. 07.03.2018: опубл. 11.02.2019. Заявитель: ООО <<СПИНЛАБ>>. 12 c.
- 134 просмотра