ВИБРАЦИОННЫЙ МАГНИТОМЕТР Российский патент 2008 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к магнитоизмерительной технике и может быть использовано при исследовании магнитных свойств веществ и материалов в следующих областях: физика магнитных явлений, геофизика.

Вибрационный магнитометр представляет собой прибор для определения магнитных свойств веществ и материалов. Принцип действия вибрационного магнитометра основан на индукционном методе измерения магнитных моментов.

Известна конструкция вибрационного магнитометра [Боярский Л.А., Стариков М.А. Вибрационный магнитометр с компенсирующей катушкой. - Сб. Работы по физике твердого тела.- Новосибирск: Наука, 1967. - С.191-202], в которой вибратор собран на базе электродинамического громкоговорителя, вибрация от звуковой катушки к исследуемому образцу передается посредством штока, причем жесткое скрепление штока со звуковой катушкой обеспечивается за счет клеевого соединения их с помощью втулки.

Недостатками данной конструкции являются: излишняя сложность операции смены образца, поскольку приходится демонтировать в сборе вибратор вместе со штоком; высокая вероятность поломать при этом шток либо разрушить клеевое соединение; сложность юстировки при повторной сборке.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является конструкция вибрационного магнитометра [А.с. №1277757, МПК G01R 33/02, опубл. 30.10.91, Бюл. №40], содержащая электромеханический вибратор, источник питания, измерительные и компенсационные катушки, источник намагничивающего поля, питаемый от регулируемого источника тока, измерительную систему, самописец и криостат. Отличительной особенностью магнитометра является то, что электромеханический вибратор выполнен с аксиальным отверстием, через которое в источник намагничивающего поля установлены блок регулировки и стабилизации температуры, капилляр и контейнер высокого гидростатического давления.

Недостатками данного магнитометра являются: присутствие в эдс, индуцированной в измерительных катушках, помехи, пропорциональной неоднородности намагничивающего поля; сложность операции смены образца, в ходе которой необходимо отсоединить капилляр от генератора давления, демонтировать блок регулировки и стабилизации температуры и контейнер высокого давления.

Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационных характеристик вибрационного магнитометра за счет упрощения операции смены образца, улучшения воспроизводимости положения образца и простоты регулировки положения образца.

Технический результат достигается тем, в вибрационном магнитометре, содержащем электромеханический вибратор с питающей катушкой, источник питания, шток с держателем образца, источник намагничивающего поля, питаемый от первого регулируемого источника тока, нагреватель, питаемый от второго регулируемого источника тока, датчики магнитного поля и температуры, измерительные катушки, усилитель, фазовый детектор, регистрирующее устройство и термостат, новым является то, что электромеханический вибратор выполнен с аксиальным отверстием, через которое пропущен якорь, жестко соединенный с питающей катушкой и мембранами и имеющий аксиальное отверстие, через которое в источник намагничивающего поля установлен шток с держателем образца, причем якорь в верхней части имеет внешнюю резьбу и выточку, шток в верхней части жестко скреплен с втулкой, которая располагается в выточке якоря и жестко соединяется с якорем через шайбу при помощи накидной гайки.

На фиг.1 представлена функциональная схема вибрационного магнитометра. На фиг.2 показан пример выполнения одного из вариантов мембраны (плоский диск с концентрическими прорезями).

Электромеханический вибратор состоит из постоянного магнита 1, фланцев 2, 3, обеспечивающих радиальное поле, питающей катушки 4, якоря 5, жестко соединенного с катушкой 4 и мембранами 6, 7, которые, в свою очередь, жестко соединены с корпусом 8, снабженным крышкой 9. Питающая катушка 4 вибратора подсоединена к первому выходу источника 10 питания. Шток 11 с держателем образца 12 жестко скреплен с втулкой 13, которая располагается в выточке якоря 5 и жестко соединяется с ним через шайбу 14 при помощи накидной гайки 15. Магнитометр также содержит источник 16 намагничивающего поля, питаемый от регулируемого источника 17 тока, датчик 18 магнитного поля, нагреватель 19, питаемый от регулируемого источника 20 тока, датчик 21 температуры, измерительные катушки 22, усилитель 23, фазовый детектор 24, регистрирующее устройство 25 и термостат 26, в котором размещены держатель 12 образца, нагреватель 19 и датчик 21 температуры. Измерительные катушки 22 подсоединены к входу усилителя 23, выход которого подключен к первому входу фазового детектора 24. Второй вход фазового детектора 24 подключен ко второму выходу источника 10 питания. На входы регистрирующего устройства 25 подаются сигналы с датчиков 18, 21 магнитного поля и температуры и с выхода фазового детектора 24.

Вибрационный магнитометр работает следующим образом. Электромеханический вибратор питается переменным током низкой частоты от источника 10. Переменный ток, проходя через питающую катушку 4, взаимодействует с постоянным магнитным полем магнитной системы вибратора и создает электродинамическую силу, приводящую в колебания питающую катушку 4 и скрепленный с ней якорь 5, который с помощью мембран 6, 7 центрирован в корпусе 8. Вибрация укрепленному в держателе 12 образцу передается посредством штока 11. Осциллирующий магнитный момент диполя образца индуцирует переменное электромагнитное поле, которое наводит в неподвижных измерительных катушках 22 эдс, пропорциональную величине магнитного момента образца. Полезный сигнал, наведенный в измерительных катушках 22, усиливается усилителем 23, затем выделяется фазовым детектором 24, опорным напряжением для которого служит сигнал со второго выхода источника 10 питания. Измерение напряженности намагничивающего поля источника 16 производится датчиком 18 магнитного поля. Регулировка температуры образца осуществляется с помощью нагревателя 19, измерение температуры производится датчиком 21. Результаты измерений фиксируются регистрирующим устройством 25.

Смена образца производится при выключенном источнике 10 питания. Для этого откручивается гайка 15, через аксиальное отверстие в якоре 5 аккуратно вынимается вверх шток 11 с держателем 12 образца. Шток 11 с держателем 12 переносится в оборудованное рабочее место, где можно произвести замену образца в держателе 12, не опасаясь повредить шток 11 или держатель 12. Установка штока 11 с держателем 12 образца в источник 16 намагничивающего поля производится в обратном порядке. Затяжка гайки 15 выполняется до обеспечения жесткого соединения втулки 13 с якорем 5. Подбирая толщину шайбы 14, можно менять положение образца, укрепленного в держателе 12, относительно измерительных катушек 22, и производить таким образом настройку на максимум полезного сигнала.

Пример. Электромеханический вибратор изготовлен на основе мощного электродинамика. В качестве постоянного магнита 1 и фланцев 2, 3 использован магнитопровод электродинамика, по центру которого в керне просверлено аксиальное отверстие. В качестве питающей катушки 4 использована звуковая катушка. Якорь 5 изготовлен из диэлектрика, в частности из оргстекла. Мембраны 6, 7 выполнены в виде гофрированных шайб. Возможно и иное исполнение мембран 6, 7, например, в виде плоских дисков с концентрическими прорезями (фиг.2). Шток 11 изготовлен из кварцевого стекла. Соединение якоря 5 с питающей катушкой 4 и мембранами 6, 7, а также штока 11 с втулкой 13 клеевое. В качестве источника 16 намагничивающего поля задействован лабораторный электромагнит типа ФЛ-1. В качестве датчика 18 магнитного поля используется датчик Холла. Нагреватель 19 выполнен в виде бифилярной обмотки. Датчик 21 температуры выполнен на основе термопары. В качестве регистрирующего устройства 25 использован персональный компьютер, оснащенный контроллером.

Итак, предлагаемое техническое решение обладает рядом неоспоримых достоинств:

- упрощена, облегчена и стала более удобной операция смены образца;

- снижена трудоемкость операции смены образца;

- на извлечение и установку штока с держателем образца в источник намагничивающего поля требуется меньше времени;

- более удобно стало укреплять образец в держателе;

- снижена вероятность поломки штока или держателя образца;

- улучшена воспроизводимость положения образца при повторной установке, и, следовательно, результатов магнитных измерений;

- простота регулировки положения образца;

- в индуцированной в измерительных катушках эдс нет помехи, пропорциональной неоднородности намагничивающего поля.

Изобретение относится к магнитоизмерительной технике и может быть использовано при исследовании магнитных свойств веществ и материалов в следующих областях: физика магнитных явлений, геофизика. Вибрационный магнитометр содержит электромеханический вибратор с питающей катушкой, источник питания, шток с держателем образца, источник намагничивающего поля, питаемый от первого регулируемого источника тока, нагреватель, питаемый от второго регулируемого источника тока, датчики магнитного поля и температуры, измерительные катушки, усилитель, фазовый детектор, регистрирующее устройство и термостат, при этом электромеханический вибратор выполнен с аксиальным отверстием, через которое пропущен якорь, жестко соединенный с питающей катушкой и мембранами и имеющий аксиальное отверстие, через которое в источник намагничивающего поля установлен шток с держателем образца, причем якорь в верхней части имеет внешнюю резьбу и выточку, шток в верхней части жестко скреплен с втулкой, которая располагается в выточке якоря и жестко соединяется с якорем через шайбу при помощи накидной гайки. Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик вибрационного магнитометра за счет упрощения операции смены образца, улучшения воспроизводимости положения образца и простоты регулировки положения образца. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Вибрационный магнитометр, содержащий электромеханический вибратор с питающей катушкой, источник питания, шток с держателем образца, источник намагничивающего поля, питаемый от первого регулируемого источника тока, нагреватель, питаемый от второго регулируемого источника тока, датчики магнитного поля и температуры, измерительные катушки, усилитель, фазовый детектор, регистрирующее устройство и термостат, отличающийся тем, что электромеханический вибратор выполнен с аксиальным отверстием, через которое пропущен якорь, жестко соединенный с питающей катушкой и мембранами и имеющий аксиальное отверстие, через которое в источник намагничивающего поля установлен шток с держателем образца, причем якорь в верхней части имеет внешнюю резьбу и выточку, шток в верхней части жестко скреплен с втулкой, которая располагается в выточке якоря и жестко соединяется с якорем через шайбу при помощи накидной гайки.2. Вибрационный магнитометр по п.1, отличающийся тем, что мембраны выполнены в виде гофрированных шайб.3. Вибрационный магнитометр по п.1, отличающийся тем, что мембраны выполнены в виде плоских дисков с концентрическими прорезями.