Устройство для измерения распределения осевой компоненты магнитной индукции Советский патент 1990 года по МПК G01R33/32 

315539

телыю источ1шк 1 линейно поляризованного излучения, четвертьволновую пластину 2, поляризатор 3, светоделитель 4, микрообъектин 5, отрезок одномодо™ вого волоконного световода 6, установленные в отраженном от удаленного торца световода и выделенном светоделителем световом потоке лиолизатор 10 и фотопреобразователь 11, измери- д тель 14 отношений, дифференцирующий усилитель 17, индикатор 18, механизм 9 перемещения испытуемой магнитной системы 8 вдоль оси световода 6 с электроприводом Цель изобретения дос-;5 гигается введением модуляционно-ком- Пенсационной ячейки 7 Фарадея, сип04

кронных детекторов 12 и 13 на частоте модуляции и на удвоенной частоте модуляции соответственно. Опорные сигналы для синхронных детекторов 12 13 задаются генератором 19 и формируются цепями из формирователей 21, 20 и электронных ключей 24, 23 соответственно. При этом выход формирователя 21 через усилитель, образованный модулятором 22 и выходным усилителем 25 модулятора, соединен с модуляционной обмоткой ячейки Фарадея 7, на компенсационную обмотку которого нагружен усилитель, образованный пред- усилителем компенсатора 15 и усилителем 16 постоянного тока. 1 ил.

Изобретение относится к технике магнитных измерений и предназначено для измерения в периодических системах с пролетными каналами малого диаметра. Цель - повышение точности и чувствительности измерений. Устройство содержит расположенные последовательно источник 1 линейно-поляризованного излучения, четвертьволновую пластину 2, поляризатор 3, светоделитель 4, микрообъектив 5, отрезок одномодового волоконного световода 6, установленные в отраженном от удаленного торца световода и выделенном светоделителем световом потоке лиолизатор 10 и фотопреобразователь 11, измеритель 14 отношений, дифференцирующий усилитель 17, индикатор 18, механизм 9 перемещения испытуемой магнитной системы 8 вдоль оси световода 6 с электроприводом. Цель изобретения - достигается введением модуляционно-компенсационной ячейки 7 Фарадея, синхронных детекторов 12, 13 на частоте модуляции и на удвоенной частоте модуляции соответственно. Опорные сигналы для синхронных детекторов 12 и 13 задаются генератором 19 и формируются цепями из формирователей 21, 20 и электронных ключей 24, 23 соответственно. При этом выход формирователя 21 через усилитель, образованный модулятором 22 и выходным усилителем 25 модулятора, соединен с модуляционной обмоткой ячейки Фарадея 7, на компенсационную обмотку которого нагружен усилитель, образованный предусилителем компенсатора 15 и усилителем 16 постоянного тока. 1 ил.

I Изобретение относится к технике г агнитных измерений и предназначено для измерения распределения продоль- 25 йой (осевой) компоненты магнитной ин- укции в магнитных периодических фо- });усирующих системах (МПФС) с пролетны- и каналами малого диаметра (0,2- Ф,8 мм) и может быть использовано для . исследования топологии магнитного поля в фокусирующих и других магнитных системах с большим диаметром и произ- нольной формой сечения канала.

Цель изобретения - повышение точ35

ости и чувствительности измерений.

На чертеже приведена структурная 4хема устройства.

Устройство содержит источник 1 ли- i ейно поляризованного зондирующего ИЗ л учения (Л), четвертьволновую пластинку 2 (Л/4), поляризатор Ш) 3, светоделитель (СД) 4, микрообъектив (МО) , одномодовый волоконный световод (ОВС) 6, модуляционно-компенсационную чейку 7 Фарадея (ЯФ), магнитную периодическую фокусирующую систему (МПФС) 8, механизм 9 перемещения МПФС с| электроприводом (МП), анализатор (А) 10, фотопреобразователь (ФП) 1 I , Синхронные детекторы (СД) 12 и 13, Измеритель 14 отношения (ИО), предварительный усилитель 15 компенсатора (ПУК), усилитель 16 постоянного тока (УПТ), дифференцирующий усилитель (ДУ) 17, выходной индикатор (ВИ) 18, г енератор 19 опорного сигнала (ГОС), формирователи (Ф) 20 и 21, электрон- Иый ключ 22, предусилитель (ПУМ) 23,

5

5

Q с

0

5

электронные ключи (ЭК) 24, выходной усилитель 25 модулятора (ВУМ).

Оптические элементы 2-6 расположи ны последовательно по ходу зондирующего излучения источника 1. В обратно отраженном от удаленного торца ОВС 6 и выделенном СД 4 луче последовательно расположены элементы А 10 и ФП 11. ЯФ 7 представляет собой часть ОВС 6 на оси соленоида, содержащего модуляционную и компенсационную обмотки . МПФС 8 механически соединена с МП 9, обеспечивающего юстировку и перемещение ШФС 8 по оси ОВС 6 относительно его рабочего торца (зонда).

Выход ФП 11 параллельно подключен к сигнальным входам СД 12 и 13. Выходы СД 12 и 13 подключены соответственно к входам числителя и знаменателя ИО 14. Выход ИО 14 соединен с входом усилителя, образованного последовательно соединенными ПУК 15 и УПТ 16, выход которого подключен параллельно к компенсационной обмотке соленоида ЯФ 7 и входу ДУ 17, выход которого соединен с входом ВИ 18. Выход ГОС 19, генерирующего на частоте 2w, соединен параллельно с входами формирователей Ф 20, 21, формирующих синфазные сигналы с частотами соответственно 2ыи ы. Выход Ф 20 через электронный ключ ЭК 22 соединен с опорным входом СД 13. Выход Ф 21 через ЭК 24 соединен с опорным входом СД 12. Одн о- временно выход Ф 21 подключен к входу усилителя, образованного последовательно соединенными ПУМ 23 и ВУМ 25,

515

выход которого нагружен на модуляционную обмотку ЯФ 7, настроенную в резонанс на частоте ().

Устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 через четвертьволновую пластину 2, поляриэа - тор 3 и светоделитель 4 микрообъективом 5 вводится в отрезок одномодового волоконного световода 6. Отраженное от рабочего торца излучение возвращается по ОВС 6 и светоделителем 4 направляется через .анализатор 10 на фотопреобразователь 11. Четвертьволно- вая пластина 2 и поляризатор 3 установлены таким образом, чтобы излучение на входе анализатора 10 имело максимальную степень линейной поляризации. Анализатор установлен на ми- нимум пропускания.

Модуляционный канал, включающий в себя блоки 19, 21, 23, 25 и 7, обеспечивает азимутальную модуляцию положения плоскости поляризации излу- чения, распространяющегося в ОВС 6. На выходе А 10 интенсивность излучения изменяется при отсутствии испытуемой МПФС 8 в соответствии с соотношением

I

Vsin 0,

где I, I0 - интенсивность на выходе и входе А 10 соответственно:

Q 00cos w t;

w - угловая частота модуля-

ции,

t - время.

Для малых 60 выражение (1) имеет вид:

IsIeeJcos wt-4-Ie6e + -i-Ie0 cos2wt

(1

Таким образом, выходной сигнал ФП 11 содержит постоянную составляю- щую и сигнал второй гармоники частоты модуляции. При введенном зонде в канал испытуемой МПФС 8 в ОВС 6 возникает дополнительный постоянный угол поворота плоскости поляризации из- лучения, распространяющегося в ОВС 6:

ef 2Y- I B(z)dt, « -

6

де V - постоянная Верде материапа

ОВС 6;

у0 - магнитная постоянная; B(Z) - функция распределения продольной компоненты магнитной индукции по оси канала МПФС 8,

Z - координата положения рабочего торца ОВС 6 (расстояние от центра МПФС 8). Перед началом измерений рабочий торец должен выступать за пределы МПФС 8 на расстояние, приблизительно-равное внешнему диаметру МПФС 8,. где магнитным полем можно пренебречь, a Z х оо . Теперь на выходе А 10 возникает сигнал на частоте модуляции:

I -|-10в| 1.8 + -i- I.8 coe2u t+

+ 2Io 0ceFcosw t .

(4)

СД 12 и СД 13 усиливают и детектируют сигналы первой и второй гармоник фототока. На выходе ИО 14 сигнал пропорционален отношению сигналов этих гармоник

2530

2Ii§o.)t 46jF

- Ieeo cos2u;t

&,

(5)

Таким образом, выходной сигнал ИО 14 пропорционален наведенному МПФС 8 углу поворота плоскости поляризации и обратно пропорционален амплитуде азимутальной модуляции и не зависит от интенсивности излучения на входе ФП 11. СД 12 и СД 13 управляются синфазными сигналами ЭК 24 и ЭК 22. Быстрые и медленные изменения интенсивности излучения оказывают одинаковое действие на сигналы гармоник, работу СД 12 и СД 13 и оказываются скомпенсированными в ИО 14. Углы бк и 0в пропорциональны магнитооптической постоянной Верде ОВС 6, поэтому выходной сигнал ИО 14 не зависит от температурных и временных изменений V. Указанные факторы обеспечивают достижение положительного эффекта изобретения. При перемещении испытуемой МПФС 8 относительно зонда происходит изменение интегрального действия (3) МПФС 8 на ОВС 6

(3)

0F(Z) - L J BCtfdf

о -«

(6)

Усилитель (ПУК 15 и УПТ 16), нагруженный на компенсационную обмотку соленоида ЯФ 7, усиливает сигнал 1Ю 14 и непрерывно отслеживает изменения 6t(Z) Компенсационная обмотка соленоида ЯФ 7 создает магнитное поле,, которое компенсирует наведенный МПФС 8 угол поворота 0F(Z), создает поворот плоскости поляризации излучения

10

микрообъектив, отрезок одномодового волоконного световода, установленные в обратно отраженном от удаленного торца световода и выделеннрм светоделителем луче анализатор и фотопреобразователь., а также механизм перемещения испытуемой магнитной системы вдоль оси световода с электроприводом и электронный блок, включающий в себя информационный канал, состоящий из измерителя отношения, вход числителя которого соединен с фотопреобразователем., а выход через дифференцирующий усилитель - с выходным индикатором, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности измерений,в оптический блок введена модуляционно-компен- сационная ячейка Фарадея, рабочим телом которой является часть длины отрезка одномодового волоконного световода, удаленная о рабочей части световода, в электронный блок введе- - скорость перемещения МПФС 8; 25 ны модуляционный каналf выполненный

IB OBC 6, равный &f(Z), но противоположного знака. Ток в компенсационной обмотке соленоида ЯФ 7 пропорционален 6F(Z) . Изменения во времени 0F(Z) усиливаются дифференцирующим усили- з елем 17 и выводятся на ВИ 18, Выход- шй сигнал ДУ 17 пропорционален зна- че нию магнитной индукции в окрестности рабочего торца ОВС 6 в пределах пага перемещения МПФС 8

20

&вр(2) (

tfle V

Z V t.

Для устойчивой работы СД 12, СД 3 и ИО 14, а также для обеспечения змерения знакопеременных магнитных олей, характерных для МПФС 8, вво- Дится псевдоповорот плоскости поляри- фации путем поворота А 10 на угол

,0,500.

В компенсационном соленоиде авто- N этически поддерживается ток, пропор- 1 иональный 0Д. При изменении знака ()р происходит увеличение (уменьшение) амплитуды сигнала первой гармоники, позволяет осуществить индикацию распределения магнитной индукции по- л|ей различной ориентации. Суть работы устройства при этом не изменяется.

Формула изобретения

35

Устройство для измерения распределения осевой компоненты магнитной индукции, содержащее оптический блок, 50 включающий в себя оптически соединенные и расположенные последовательно на одной оси источник линейно поляризованного излучения, четвертьволновую пЦастинку, поляризатор, светоделитель.

в виде генератора опорного сигнала, соединенного с формирователями синфазных сигналов, выходы которых соединены с соответствующими электронны- 30 ми ключами, а выход формирователя на частоте модуляции соединен с усилителем, нагруженным на модуляционную обмотку соленоида ячейки Фарадея, (8)опорный канал, состоящий из синхронного детектора второй гармоники фототока, сигнальный вход которого соединен с фотопреобразователем управляющий вход - с выходом соответствующего электронного ключа модуляцион- 4Q ного канала, а выход - с входом знаменателя измерителя отношения сигналов первой и второй гармоник фототока, а в информационный канал дополнительно введены синхронный детектор пер- 45 вой гармоники фототока, сигнальный вход которого соединен с выходом фотопреобразователя, управляющий вход - с выходом соответствующего электронного ключа модуляционного канала, а выход подключен к первому входу измерителя отношения, выход которого соединен с усилителем, нагруженным на компенсационную обмотку соленоида ячейки Фарадея и вход дифференцирующего усилителя.