Способ определения максимального значения индукции магнитного поля и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01R33/95 

12.82025

ренную величину магнитосопротивления и известную величину индукции эталонного магнитного поля, рассчитывают дифференциальное магнитосопротивле- ние. Из градуировочной кривой определяют величину максимальной индукции

1

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для определения максимальных значений индукции как периодических, так и одиночных импульсных переменных маг- нитных полей, для градуировки и по- ,верки измерительных преобразователей и тесламетров на их основе.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повы- шение точности измерений быстроизме- няющихся магнитных полей,

На фиг,1 представлена зависимость изйенения сопротивления магниторезис тивного вещества преобразователя - кристаллического халькопирита п-типа проводимости при рабочей температуре Т 1,6 К от магнитного поля; на фиг.2 - зависимость дифференциальног магнитосопротивления магниторезистив ного преобразователя на основе кристаллического халькопирита п-типа проводимости от магнитного поля, которая может быть использована в качестве градуировочной кривой при определении максимального значения магнитного поля (показана зависимость чувствительности f dr /dB преобразователя от магнитного поля); на фиг.З - функциональная схема устройства для определения максимального значения индукции магнитного поля.

Устройство содержит магниторезис- тивное вещество преобразователя 1 с токовыми-и потенциальными выводами, генератор 2 тока преобразователя, блок 3 регистрации эле -трического сигнала, систему 4 для создания постоянного магнитного поля смещения, блок 5 питания системы для создания постоянного магнитного поля смещения систему 6 для создания постоянного эталонного магнитного поля, блок 7 системы для создания постоянного эталонного магнитного поля, криостат 8,

результирующего магнитного поля, воздействующего на магниторезнстивное вещество преобразователя 1, и находят, искомую величину максимальной индукции магнитного поля. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

криостатирующую жидкость 9, источник 10 исследуемого мйгнитного поля.

Сущность способа основана на использовании гистерезисной зависимости магнитосопротивления магниторезистив- ного вещества преобразователя (фиг. 1). При увеличении индукции магнитного поля от нуля до максимальной величины, например до В., изменение сопротивления & г (В) г(В) - г(О) (где г (В) -г значение сопротивления вещества преобразователя в магнитном поле с индукцией в) происходит по криволинейной огибающей (штрихпунктйрная ли-| ния на фиг.1).. При последующем умень- щении магнитного поля величина дг(В) изменяется по другому закону (сплошная линия а - обратная ветвь гистерезисной зависимости), причем характер этого закона остается неизменньм при любых изменениях величины магнитной индукции как при ее уменьшении, так и увеличении, не превьшзающих максимальную, т.е. обратная ветвь стабильна. При превышении ранее достигнутой максимальной величины, например при возрастании до величины В после достижения Б , дг от точки А до точки Б снова меняется по огибающей, а затем, при уменьшении поля, по другой обратной ветви - по линии S, и т.д. . Таким образом закон изменения в магнитном поле обратной ветви гистерезисной кривой дг(В) определяется только величиной максимальной индукции магнитного поля В, , достигнутой ранее,и не зависит от воздействия любых других магнитных полей воздействующих на вещество, если их величина не превышает В. . Определив этот закон путем ивмерения дг в эталонном постоянном магнитном поле В - В, и зная заранее, путем градуировки магниторезистивного преобразователя . перед измерением, вид огибающей, можно судить о максимальной величине индукции магнитного поля, воздействовавшей когда-либо ранее на магнито- резистивное вещество преобразователя, которая однозначно определяется проекцией точки пересечения огибающей и обратной ветви гистерезисной зависимости на ось абсцисс.

Закон изменения йг(Б) обратной прямолинейной ветви гистерезисной- кривой, изображенной на фиг.1, можно численно охарактеризовать величиной дифференциального магнитосопротивления г

Эиф

которое численно равно

эиФ йг(В)/В, Ом-Т

(1)

В этой формуле неизменно пр любых значениях В, не превышающих максимальную индукцию . Каждому

В

Макс

МОЖНО

глакс

соотнести

опре-

значению

деляемое им значение г, которое

можно рассчитать по формуле (1) из

измеренной величины магнитосопротивления

г(В). Зависимость г

f-o Л -

показанна

на фиг.2, имеет участок гэмч . const в интервале

) мсхкс

0,6 Т, Соответственно в этом интервале максимальных магнитных полей чувствительность преобразователя У О, т.е. информация о магнитных полях с максимальной индукцией, меньшей 0,6 Т,теряется.

На магниторезистивное вещество преобразователя воздействуют известным постоянным магнитным полем сме

щения В 0,6,

0,7 Т того же

направления, что и исследуемое магнитное поле. Б 3том случае результирующее максимальное поле, воздейству ющее на магниторезистивное вещество преобразователя см + В,,, будет всегда больше Т, и, следо. вательно , чувствительность У будет больше нуля при любых значениях .

После того как исследуемое и смещающее магнитное поле прекратят свое воздействие на магниторезистивное вещество преобразователя, величину можно определить по величине из кривой , (фиг.2), после чего, зная заранее величину B-j., определяется величина максимального исследуемого магнитног

поля В

Макс

В

реъ

- В

см

Одновременное воздействие постоянного магнитного поля смещения является необходимым, так как определение

величины индукции магнитного поля величиной меньше 0,6 Т невозможно из- за наличия участка нулевой чувствительности магниторезистивного преобразователя в интервале полей О,,.., 0,6 Т (фиг.2), Поле смещения 0,6, ..., 0,7 Т, суммируясь с ис- следуемьм полем, создает результирующее поле, которое всегда превышает величину 0,6 Т и ,следовательно, . область регистрируемых магнитных по- лей выходит за пределы участка с нулевой чувствительностью.

Для того, чтобы иметь возможность точна, рассчитать необходимым для достижения поставленной цели является измерение магнитосопротивле- ния вещества в эталонном поле после прекращения воздействия на данное вещество как исследуемого магнитного поля, так и поля смещения. Если указанное измерение проводить при воздействии суммарного магнитного поля

5

0

5

ом

В.

ИССА

значение

+ В„ + В

после того

ЗТ иссл

прошло свое максимальное , то невозможно определить по вышеприведенной формуле,

неизвестна.

,

так как величина В

иссл

Исключение исследуемого магнитного поля приводит к , что в формулу (1) входит только точно известная величина В . Поле смещения также необходимо исключить для того, чтобы эталонное магнитное поле было заведомо меньше результирующего магнитного поля, которое воздействовало на маг- ниторезистивное вещество преобразователя до измерения йг(В). После исключения магнитного поля смещения совместно с исследуемым магнитным полем, измерение йг(В ) и расчет г дает информацию о численном значении

индукции В

исследуемого магнитмакс

ного поля независимо от величины последней.

Устройство работает следующим образом.

Устройство размещается в объеме, где создается исследуемое магнитное поле, например между полюсами магни- .та 10. Перед измерением, системой 4 для создания магнитного поля смещения создается известное постоянное магнитное поле, той же полярности, что и исследуемое, оба поля совместно воздействуют на магниторезистивное вещество преобразователя 1 . Поле сме,- щения исключается после того, как исследуемое поле закончило свое воздей

ствие на магниторезистивное вещество преобразователя 1, Затем включается система 6, для создания постоянного эталонного магнитного поля, которое в свою очередь воздействует на магии- торезистивное вещество преобразователя t,при этом проводится замер сигнала магнитосопротивления в известном эталонном магнитном поле с помощью блока 3 регистрации электрического сигнала преобразователя 1 (вольтмет-- ра постоянного тока или потенциометра) . Используя измеренную величину магнитосопротивлеиия и известную величину индукции эталонного магнитног «поля, рассчитьшают дифференциальное магнитосопротивление, по которому из градуировочной кривой определяют, величину максимальной индукции результирующего магнитного поля, воздействовавшего на магниторезистивное вещество преобразователя 1, откуда,зна

В

находится искомая величина макСМ )

симальной индукции магнитного поля.

В качестве магниторезистивного . преобразователя 1 используют прямо- угольную пластину из п - CuFe S a (халькопирита) размером 10 х 1 х .X 0,5 мм с припаянными к ней индием токовыми и потенциальными выводами.

Блок 3 регистрации электрического сигнала с магниторезистивного преобразователя состоит из потенциометра усилителя Р-348. При калибровке преобразователя 1 к выходу подключался двухкоординатный самописец Simatic

Формула изобретения

поля соответствующими источниками по- 1, Способ определения максимально- стоянного магнитного поля смещения и

постоянного эталонного магнитного по-. ля, а в качестве магниторезистивного вещества преобразователя использован кристаллический халькопирит п-типа проводимости, размещенный в криого значения индукции магнитного поля, включающий воздействие исследуемого магнитного поля на магниторезистивное вещество преобразователя и измерение его магнитосопротивления, 45 отличающийся тем, что, с

стате.

JO

5

20256

целью расширения функциональных возможностей и повышения точности измерений быстроизменяющихся магнитных полей, на магниторезистивное вещество, обладающее стабильной обратной ветвью гистерезисной зависимости сопротивления от магнитного поля, одновременно с исследуемым магнитным полем воздействуют постоянным магнитньм полем смещения того же направления величиной 0,6...0,7Т, после прекращения указанного воздействия на магниторезистивное вещество воздействуют посто- янным эталонным магнитным полем того же направления величиной О В 0,6 Т, измеряют магнитосопротивле- ние вещества в этом поле и определя- ют искомый параметр из соотношения

t5

дИВ) хОМч сЭ ич 2 Т

где дг(В) - изменение магнитосопротивления; дифференциальное магнитосопротивление, определяемое из градуировочной кривой.

2. Устройство для определения максимального значения индукции магнитного поля, содержащее магниторе- зистивный преобразователь и соединенный с ним блок регистрации электрического сигнала, отлич аю- щ е е с я тем., что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности измерений быстро- изменяющихся магнитных полей, в него введены соосно расположенные катушки для создания постоянного магнитного

стате.

50

4ff

I

30

С

ч

20

iO

0

-10

-го

Ч«

1

/«

/

/ г 8Г 3 в, т

9u.1

Изобретение относится к области магнитных измерений. Цель изобретения - расширение функциональных воз- :можностей и повышение точности изме- рений быстроизменяющихся магнитных полей. На магниторезистивное вещество преобразователя 1 с токовыми и потен- циальными вьгоодами воздействует источник 10 исследуемого магнитного поля и система 4 для создания магнитного постоянного ПОЛЯ смещения той же полярности, что и исследуемое магнитное поле. По окончании воздействия исследуемого магнитного поля постоянное поле смещения исключается и включается система 6 для создания посто- tg янного эталонного магнитного поля. При этом производится замер сигнала магнитосопротивления посредством бло- .ка 3 регистрации электрического сигнала преобразователя. Используя иэме- s сл ю 00 tc ср N3 СЛ

0tt8.Z

Редактор Н.Марголина

Составитель М.Клыкова

Техред Л. Сердюкова Корректор Л.Пилипенко

Заказ 7260/42Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного кдмитета СССР

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

Произвойственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4