Устройство для измерения магнитного поля Советский патент 1986 года по МПК G01R33/02 G01R33/26 

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано при измерениях магнит него поля Земли и его вариаций, градиента магнитного поля, в системах ориентации по вектору магнитного поля Земли ив компараторах магнитного поля.

Известен квантовый магнитометр, в котором резонансное оптическое излучение получается- путем возбуждения излучения атомов того же элемента, который используется в качестве рабочего вещества.

Целью изобретения является повышение чувствительности за счет уменьшения потребляемой мощности и отсутствия необходимости температурной стабилизации датчика.

На фиг.1 представлены записанные на самописце спектры магнитоакус- тического резонанса при значениях

Тл (а) ,

- Тл (8) и 0,55 10- Тл

магнитного поля 0,28 0,41 10 (Ь) соответственно, при поле накачки, равном 0,45 на фиг.2 - блок-схема устройства.

Способ осуществляется следующим образом. -В материале с упорядоченной магнитной структурой - ферромагнитной пластине (аморфный сплав В,2 создают линейно-осциллирующее модулированное по амплитуде поле накачки. Изменяя величину амплитуды поля накачки и коэффициент модуляции, добиваются магнитоакустического резонанса в ферромагнитной пластине, регистрируют его. максимум с помощью пьезопреобразователя и по частоте поля накачки, соответствующей максимуму резонанса, судят о величине индукции магнитного поля.

Способ основан на волновых явлениях, имеющих резонансный характер зависимости частоты от величины магнитного поля. Ее можно записать следующим образом: Wp К Н,, где Qp - резонансная частота, К - коэффициент пропорциональности, Н ,cp - напряженность эффективного магнитного поля, причем Н эср является функцией измеряемого магнитного поля, внутреннего поля ферромагнитного рабочего вещества и поля накачки. Для каждого рабочего образца при фиксированном значении поля накачки можно снять экспериментально и представить в виде таблицы или графика соотношения между значением составляющей вектора индукции магнитного поля и резонансной частотой, соответствующей этой составляющей.

Способ реализуется на ферромагнитном материале с упорядоченной магнитной структурой. Преимзгщественное направление создается анизотропией

ферромагнетика и направлением возбуждения, причем направление возбуждения совпадает с преимущественным направлением ферромагнетика и определяет ось измерения составляющей

вектора индукции магнитного поля.

Разрешение линий спектра (фиг.1) закономерно зависит от значения по- стоянного магнитного поля. С увели - чением постоянного поля линии разбегаются от центральной частоты, равной 419,54 кГц. Линии дополнительно расщеплены и расстояние между вершинами одной расщепленной линии составляет порядка 1 кГц. При снятии спектра до бротность постоянного магнитного поля (отношение значения поля , к его градиенту) составляет около 6000. Экспериментальные исследова- , ния показали, что в поле Земли наблюдаются разрешенные спектры с

центральными частотами в районе 200, 220, 280, 420, 980 кГц. Ширина .ч НИИ на полувысоте составляет при этом на частоте 200 кГц 40 Гц, а на частоте 980 кГц - 200 Гц.

I

Устройство для измерения магнитного поля содержит (фиг.2) магнито- чувствительный элемент (датчик), .содержащий стеклянный баллон 1 со впаянны-; ми электрическими проводниками,в кото- ; рой помещены виброгасящая прокладка 2, пьезопреобразователь 3 с прикрепленной к нему магнитоупорядоченной пластинкой 4, причем пьезопреобразователь соединен с вьшодами в стеклян- ном баллоне. На баллон намотана катушка 5, которая подключена к выходу перестраиваемого генератора 6 высо- кой частоты. Выход датчика последовательно соединен с усилителем 7 амплитудным детектором 8, синхронным детектором 9 и регистрирующим прибором 10. Генератор 11 модуляции одним выходом подсоединен к генератору 6 вы-(

сокой частоты, а другими - к синхрон ному детектору 9.

Устройство работает следующим образом.

31

На катушку 5 датчика подается переменное промодулированное по амплитуде напряжение частотой СОр , которое создает в катушке линейно-осцил- .лнрующее поле накачки и поле модуляции. В пластине 2, направленной вдоль составляющей вектора измеряемого магнитного поля, возникает магнитоакустический резонанс, кото- рьш регистрируется пьезопреобразо- вателем 3 и усиливается усилителем детектируется амплитудным детектором 8 и подается на синхронньй детектор 9. В качестве регистратора может быть использован стрелочный прибор. Так как датчик имеет высокую добротность, то для возбуждения магни- тоакустического резонанса требуется малое поле накачки (около 200 нТл). При увеличении поля накачки и коэффициента модуляции до некоторого значения датчик начинает самоосциллировать на резонансных частотах. В этом случае пьезопреобразователь играет не только роль преобразователя упругих волн в электрический сигнал, но является еще и активным зеркалом, поддерживающим магнито- упругие колебания по фазе и амплитуде.

Устройство может работать в двух режимах: в режиме магнитометра и в режиме вариометра. В режиме магнитометра измеряемое поле соответствует частоте магнитракустичес- кого резонанса. При измерении вариаций магнитного поля генератор поля накачки настраивается на максимум резонансной линии, а регистрируются изменения амплитуды сигнала. При такой методике экспериментально полученная чувствительность в режиме вариометра в поле Земли составляет порядка 1 мкВ/нТл при отношении сигнала к шуму, равном 10.

Устройство для измерения магнитного поля дополнительно содержит изолирующую виброгасящую прокладку, помещенную в вакуумированный стеклян ньй баллон с впаянными электрическими вьшодами, причем пьезопреобразователь с полосой из магнитоупорядочен- ного материала закреплен на изолирующей виброгасящей прокладке, а пье4464

зопреобразователь соединен с впаянными электрическими вьшодами баллона. Заключение магниточувствитель- ного элемента в вакуумированный баллон и его расположение на виброгасящей прокладке позволяет снизить уровень акустических шумов, что уменьшит порог чувствительности, повысит стабильность и долговечность, так

0 как исключаются такие факторы, как коррозия ферромагнетика и конденсация влаги при изменениях температуры.

5 Формула изобретения

1.Устройство для измерения магнитного поля,содержащее магниточувст- . вительный элемент, катушку, усили0 тель и регистрирующий прибор, о т- . личающееся тем,что,с целью повьшения чувствительности, оно дополнительно содержит амплитудный и синхронньй детекторы, генератор высо5 кой частоты и генератор модуляции, а магниточувствительньй элемент выполнен из полоски с магнитоупорядо- ченной магнитной структурой, механически соединенной с пьезопреобразоваQ телем и расположенной внутри вакууми- рованного баллона и катушки, при этом катушка подключена к выходу перестраиваемого ге нератора высокой частоты, пьезопреобразователь последовательно соединен с усилителем, .амплитудным детектором, синхронным детектором и- регистратором, а генератор модуляции одним выходом подключен к генератору высокой .частоты, а другим выходом - к второму входу синхронного детектора.

2.Устройство для измерения магнитного поля по п. 1,отлича ю- щ е е с я тем, что магниточувстви- тельный элемент дополнительно содержит изолирующую виброгасящую прокладку, . закрепленную в вакуумированном баллоне с впаянными электрическими выводами, причем пьезопреобразователь с полоской из магнитоупорядоченной магнитной структуры закреплен на изолирующей виброгасящей прокладке и соединен с электрическими вьшодами баллона.

5

0

2.ВкГи

20 кГц

Составитель А;Гуськов Редактор Т.Кугрышева Техред М.Пароцай

779/56 . Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ШШ Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,4 .

Фиг. 1

Корректор О .Луговая

Изобретение Относится к области магнитных измерений и может быть использовано при измерениях магнитного поля Земли и его вариаций. Цель изобретения - повьшение чувствительности. Стеклянный баллон с вибро- гасящей прокладкой 2, пьезопреобразователем 3 с магнитоупорядоченной пластинкой 4,. с катушкой 5, соединенной с генератором 6 высокой частоты, образует датчик. Датчик соединен с усилителем 7, амплитудным 8 и синхронными 9 детекторами и регистрирующим прибором 10. В пластинке 4 создают линейно-осциллирующее модулированное по амплитуде поле накачки. Изменяя величину амплитуды поля накачки и коэффициент модуляции,добиваются магнитооптического резонанса в пластине. С помощью пьезопреобра- зова:теля и по частоте поля накачки, соответствующей зарегистрированному максимуму резонанса, судят о величине индукции магнитного поля. Устройство может работать в двух ре- , жимах: в режиме магнитометра и вариометра. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л 00 ijib 4 о: Фиг. 2