Устройство для измерения постоянного магнитного поля Советский патент 1984 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к устройствам для измерения напряженности магнитных полей, в частности для определения концентрации магнитного поля в воздушных зазорах.

Известно устройство, содержащее металлический проводник, генератор импульсов тока, высокочастотную катушку, усилитель, измерительный прибор. Генератор импульсов тока по соединен к катушке, размещенной на проводнике. Генератор посылает радиимпульсы на катушку, в результате чего на поверхности проводника наводятся вихревые токи, которые, взаимодействуя с измеряемым полем, возбуждают ультразвуковые сигналы в проводнике, которые вызывают колебания проводника. Это приводит к появлению на его поверхности вторичных вихревых токов, которые характеризуют измеряемое магнитное поле j

Недостатком известного устройства является значительная могцность возбуждения при измерениях сильных полей, при этом поверхность проводника разогревается вихревыми токами что искажает результаты измерений.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее генератор импульсов, электромехан, /ческий преобразователь и проводник, на конце которого размещен акустичекий детектор, подключенный к измерительному прибору. Генератор импульсов нагружен на электромеханический преобразователь, размещенный на конце проводника, представляющего собой ферромагнитный стержень. При работе устройства в проводнике возбуждаются ультразвуковые волны, которые распространяются по проводнку и вослринимаются акустическим детектором. При внесении проводника в магнитное поле происходит его намагн чивание, вследствие чего изменяется скорость распространения возбужденных ультразвуковых волн в нем и, соответственно, изменяется напряжение на акустическом детекторе, которое фиксируют измерительным прибором. Измерение выходного сигнала пропорционально напряженности магнитного поля 2 .

Однако данное устройство не может быть использовано в широком диапазоне (более 0,1 Т измеряемых магнитных полей с достаточноГг точностью, так как с увеличением напряженности магнитного поля намагниченность ферромагнитного материала проводника перестает линейно зависеть от величины магнитного поля, а следовательно, и скорость звука в ферромагнитном проводнике, помещенном в магнитное поле, будет с меньшей точностью соответствовать измеряемой величине магнитного поля

Цель изобретения - повьгшение точности измерений при одновременном расщирении диапазона измеряемых полей.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее генератор импульсов, отрезок металлического проводника, последовательно соединенные акустический детектор и измерительный прибор, дополнительно снабжено линией задержки, вход которой соединен с одним из торцов отрезка металлического проводника, к которому одновременно подключен первый выход генератора импульсов, второй выход которого связан с втор торцом отрезка металлического проводника, при этом акустический детектор размещен на выходе линии задержки, а измерительный прибор синхронизирован с генератором импульсов .

Длина линии задержки L удовлеворяет соотношению

L t ,

где L - длительность импульса тока Е и р - модуль Юнга и плотность материала линии задержки соответственно.

Использование генератора импульсов и подключение к нему проводника позволяет через этот проводник пропустить импульс тока. При размещении проводника в измеряемом ма:- нитном поле на участок проводника с током действует объемная нестационарная сила Ампера со стороны магнитного поля. Эта сила, кратковременно деформируя учаток проводника, вызывает в импульсные ультразвуковье сигналы, амплитуда которых прог орциональна величине .магнитного поля.

Размея1ение акустического детектора на линии задержки длиьой L от торца проводника, подключеиног-о к генератору импульснь/х токов, дает возможность защитить измерительную

цепь от электромагнитных помех, сопровождающих импульс тока, что позволяет измерять магнитные поля в широком диапазоне-. 10 Т - 20 Т без снижения точности. Ограничения на диапазон измеряемых магнитных полей накладывают только контактные токовые шумы нижний предел измерений ) и возникающие в проводнике пла тические деформации (верхний предел измерений).

На чертеже показана функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 импульсов токов, соединенный с двум торцами отрезка металлического проводника 2, линию 3 задержки, укрепленную на одном из торцов проводника 2, и имеющую на другом торце акустический детектор 4, измерительный прибор 5, соединенный с аку тическим детектором 4 и генератором

1импульсов токов. Устройство снабжено опорами 6, позволяющими расположить участок 7 проводника 2 в измеряемом магнитном поле В. Проводник

2может быть изготовлен, напримерi из медной проволоки.

Устройство работает следующим образом.

69064

Праведник 2 размещают в постоянном измеряемом магнитном поле и пропускают через его торцы ток от генератора. На участок 7 проводника 5 2 действует сила Ампера, вызывая деформации сдвига, которые приводят к возбуждению ультразвуковых волн, поступающих на акустический детектор 4 через линию 3 задержки, сигнал to с которого 4 регистрируется измери- . тельным прибором 5.

Базовым объектом для измерения магнитных.полей являе1ся прибор комбинированный цифровой в основу которого заложен способ измерения магнитных полей с использованием датчика Холла. Этот прибор позволяет измерять магнитную индукцию полей в диапазоне 2-200 тТ, так как с ростом магнитного поля нарушается линейный характер зависимости ЭДС Холла от измеряемой величины магнитного поля.

Изобретение позволяет расширить диапазон измеряемых полей до 20000 тТ, при этом полученная точность измерений не хуже, чем у базового образца.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащее генератор импульсов, отрезок металлического проводника, последовательно соединенные акустический детектор и измерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений при одновременном расширении диапазона измеряемых полей, в него дополнительно введена линия задержки, вход которой соединен с одним из торцов отрезка металлического проводника, к которому одновременно подклю-.. чен первый выход генератора импульсов J второй выход которого связан с вторь м торцом отрезка металлического проводника, прн этом акустический детектор размещен на выходе линии задержки, а измерительный прибор синхронизирован с генератором импульсов. 2. Устройство по п.I, о т л и чающееся тем, что длина линии задержки L удовлетворяет соотношению L 5- t ЧЁТр, где t - длительность импульса тока; 5 Е и П - . модуль Юнга и плотность SsaA материала линии задержки соответственно.