Стабилизатор поля электромагнита Советский патент 1984 года по МПК G01N24/02 

Изобретение относится к магнитной радиоэлектроскопии и может быть использовано для стабилизации и регулирования магнитного поля электромагнитов, например в спектрометрах электронного парамагнитного резонанса (ЭПРК При проведении экспериментов по магнитному резонансу требуется высокая стабильность внешнего магнитного поля и линейность его развертки.

Известен стабилизатор поля, содежащий датчик Холла, помещенный в стабилизируемое поле электромагнита 13.

Недостатком этого устройства является достаточно большой температурный дрейф параметров датчика.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является стабилизатор поля электромагнита, содержащий катушку развертки и два датчика Холла, один из которых опорный и помещен в опорный магнит, а другой стабилизирующий и помещен в стабилизируемое поле.

Разность напряжений этих датчиков, обусловленная разбалансом магнитных полей опорного магнита и стабилизируемого поля электромагнита, усиливается и подается на регулятор тока электромагнита такой полярностью, -ч то поле стабилизируемого магнита автоматически подстраивается под поле опорного магнита. Поскольк датчики находятся примерно в равных температурных условиях, то .температурный дрейф ЭДС Холла обоих датчиков взаимно компенсируется. Развертка поля электромагнита осуществляетс я: как механически - перемещением опорного датчика Холла вдоль зазора между полюсами опорного магнита, так и электрически с помощью поля катушки развертки, намотанной на опорный магнит 2. .

Недостатком известного стабилизатора является то, что при электрической развертке поле катушки развертки приводит к частичному периодическому намагничиванию и размагничиванию опорного магнита по гистерезисной петле и, следовательно, к нелинейности развертки поля электромагнита. Причем эта нелинейность тем больше, чем больше амплитуда развертки. Кроме того, перемещение опорного датчика в зазоре опорного магнита приводит к изменению масштаба электрической развертки поля электромагнита, так как опорный датчик при заданной амплитуде тока развертки оказывается npi-ь различных амплитудах поля катушки развертки.

Цель изобретения - повышение надежности и точности измерений путем улучшения линейности развертки и

сохранения величины масштаба развертки.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе поля электромагнита, содержащем катушку развертки и два датчика Холла, один из которых опорный и помещен в опорный магнит, а другой стабилизирующий и помещен в стабилизируемое поле, катушка развертки помещена между полюсами электромагнита так, что создаваемое ею магнитное поле ортогонально к стабилизируемому полю, а стабилизирующий датчик Холла ориентирован таким образом, что его рабочая плоскость составляет угол оС arcsin(Ho/Hp) с направлением стабилизируемого поля Н, где HQ - напряженность поля опорного магнита.

На чертеже показана схема стабилизатора поля электромагнита.

Устройство содержит опорный магнит 1, опорный датчик 2 Холла, стабилизируемый электромагнит 3, стабилизирующий дат,чик 4, обмотки 5 электромагнита 3, схему 6 управлени катушку 7 разве&тки, генератор 8 развертки. В поле опорного магнита 1 помещен опорный датчик 2 Холла, а в стабилизируемое поле электромагнита 3 - стабилизирующий датчик 4 Холла. Датчики 2 и 4 Холла идентичны и связаны со схемой 6 управления Обмотки 5 электромагнита 3 подключены к выходу схемы 6 управления. Катушка 7 развертки помещена в зазоре электромагнита 3 и электрически связана с генератором 8 развертки. Катушка 7 развертки ориентирована таким образом, что создаваемое ею магнитное поле перпендикулярно стабилизируемому полю электромагнита 3

Стабилизатор работает следующим образом.

ЭДС датчиков 2 и 4 Холла подаются в схему 6 управления, где их разность усиливается и подается в виде электрического тока в обмотки 5 электромагнита 3. Схема б управления обеспечивает такое соотношение между опорными и стабилизирующими полями, что всегда выполняется соотношение

Нр sin 0,

HO

где Н - напряженность поля стабилизируемого электромагнита 3 ,

Ир - напряженность поля опорного магнита 1 в месте расположения датчика 2 Холла; oL - угол между плоскостью датчика 4 Холла и направлением поля.

Развертка стабилизируемого поля осуществляется пропусканием тока генератора 8 через катушку 7 развертки При этом в месте расположения датчи ка 4 Холла создается напряженность поля развертки Нр, которая в свою очередь, создает дополнительную ЭДС в этом датчике (наряду с имеющейся ЭДС, вызванной полем H) : Эта дополнительная ЭДС компенсируется схемой б управления изменением Н(- на такую величину лН, что выпол няется условие llpcosoi &} sinoL, Отсюда величина развёртки стабилизи руемого поля Hg (. Поскольку угол фиксирован и за дается, в частности, максимальными значениями опорного (Нр) и стабилизируемого (IL ) полей d arcsin Молзмг-, то масштаб развертки, определяемый отношением 4Hj./H р ctg d , остается неизменным при любых значениях HQ. Причем величину этого масштаба можно задать в любых разумных пределах подбором величины Н,.В :Данном конкретном случае при H,j.j 15 кГс и Н дх масштаб дНс/Н р « 9. Кроме того, как показали исследозания, поле катушки 7 развертки практически не влияет на однородность стабилизируемого поля и позволяет получить линейную развертку даже при максимальных значениях стабилизируемого поля, когда железный магнитопровод (ярмо, керн и наконечники ) находится в режиме насыщения. Поскольку в предлагаемом стабилизаторе катходка развертки не оказывает никакого воздействия на опорный магнит, то исключается и эффект гистерезисного подмагничивания этого магнита, приводящий к нелинейности развертки стабилизируемого поля электромагнита. Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет существенно улучшить линейность развертки стабилизируемого поля без ухудшения всех положительных качеств, присущих известному устройству. Кроме того, в стабилизаторе обеспечивается со хранение величины масштаба разверт-. ки при любых значениях стабилизируемого поля.

СТАБИЛИЗАТОР ПОЛЯ ЭЛЕКТРО- МАГНИТА, содержащий катушку развертки и два датчика Холла, один из которых - опорный и помещен в опорный магнит, а другой - стабилизирующий и помещен в стабилизируемое поле, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности измерений путем улучшения линейности развертки и сохранения величины масштаба развертки, катушка развертки помещена между полюсами электромагнита так, что создаваемое ею магнитное поле ортогонгшьно к стабилизируемому полю, а стабилизирующий датчик Холла ориентирован таким образом, что его рабочая плоскость составляет угол oL arcsin (Н0/Н) и направлением стабилизируемого поля Н,;,, где HQ напряженность поля опорного магнита. S (X 00 / в 00