Устройство для измерения квазистатических магнитных полей Советский патент 1991 года по МПК G01R33/32 

fe

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения малых квазистатических магнитных полей. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности измерений - достигается тем, что сердечник соленоида 5 выполнен в виде стержня с зеркальным торцом, а компенсатор выполнен в виде зеркального гальванометра с фотоприемником. Устройство содержит лазер 1, светоделитель 2, зеркала 3, мэгнитострикционный стержень 4, генератор 6 подмагничивания, зеркало 7 гальваноматоа, светоделитель 8. растровую диафрагму 9. объективы 10, 11, 15. 16. фотоприемник 12,усилитель 13 зеркального гальванометра, растровую диафрагму 14, фотоприемник 17. резонансный усилитель 18, источник 19 постоянного напряжения. 2 ил.

Фиг Л

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения малых квазистатических магнитных полей.

Цель изобретения - повышение точности и чувствительности измерений.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства для измерения инфранизких магнитных полей; на фиг.2 - зависимость деформации X магнитострикционного стержня от приложенного магнитного поля.

Устройство (фиг. 1) содержит лазер 1, оптически соединенный с интерферометром Майкельсона, содержащим светоделитель 2, зеркала 3, причем зеркалом сигнального плеча интерферометра является зеркальный торец магнитострикционного стержня 4, помещенного в катушку соленоида 5, соединенного с генератором 6 подмагничива- ния, зеркало 7 гальванометра, расположенное на выходе интерферометра, оптически соединенный с ним светоделитель 8, в проходящем луче которого находится первая растровая диафрагма 9, расположенная между первым и вторым обьективами 10 и 11, и фотоприемник 12, находящийся в фокусе объектива 11 и соединенный с усилителем зеркального гальванометра 13, а в отраженном луче светоделителя 8 - вторая растровая диафрагма 14, расположенная между третьим и четвертым обьективами 15 и 16, фотоприемник 17, находящийся в фокусе объектива 16, соединенный с резонансным усилителем 18, выход которого соединен с выходом устройства, К соленоиду 5 подключен также источник 19 постоянного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Образующуюся на выходе интерферометра интерференционную картину ориентируют относительно растровой диафрагмы 9 так, чтобы светлые полосы были полностью перекрыты ею. Таким образом, положение рабочей точки для фотоприемника 12 соответствует минимуму интерференционной картины. Растровая диафрагма 14 уста- навливэется так, что рабочая точка фотоприемника 17 соответствует участку максимальной крутизны интерференционной картины. Стабильное положение рабочей точки обоих фотоприемников обеспечивается цепью обратной связи с усилителем зеркального гальванометра 13 в качестве регулирующего блока. Смещение полос, возникающее за счет дестабилизирующих факторов (влияние температуры, давления, вибраций) вызывает появление сигнала рассогласования на выходе фотоприемника 12, который по цепи обратной

связи воздействует на зеркало 7 гальванометра, что вызывает поворот последнего на угол, компенсирующий смещение интерференционных полос на растровых диафрагмах 9 и 14. Компенсация смещений интерференционной картины относительно растров диафрагм 9 и 14 производится в полосе частот, много меньших резонансной частоты, магнитострикционного стержня 4,

который является чувствительным элементом устройства. Собственная резонансная частота продольных колебаний стержня 4 есть:

15

Fp(0,4-0,8)C/2L.

где С - скорость звука; L - длина стержня. Стержень помещен в тестовое переменное магнитное поле соленоида 5 частоты FI, равной собственной резонансной частоте стержня Fp, которое обеспечивается соле- оидом 5 и генератором 6 подмагничива- ния. Для установки рабочей точки на нуль

зависимости Х(Н) (фиг.2) к обмотке соленоида дополнительно подключается источник 19 постоянного напряжения.

При отсутствии измеряемого магнитного поля рабочая точка находится в нуле зависимости деформации от магнитного поля, при этом в спектре частот колебаний длины стержня, а следовательно.и колебаний интерференционной картины присутствуют только четные гармоники 2Fi, 4Fi,... и т.д.

При наложении внешнего измеряемого квазистатического магнитного поля рабочая точка на характеристике (фиг.2) смещается, и в спектре колебаний стержня, а следовательно, и колебаний интерференционной

картины появляются нечетные гармоники Fi, 3Fi,... и т.д.

Колебания стержня на частоте FI резонансно усиливаются в Q раз (Q - добротность стержня на резонансной частоте Fi).

Фотоприемником 17с резонансным усилителем 18 измеряется амплитуда первой гармоники интерференционного сигнала, по величине которого определяют магнитное поле. В эксперименте при чувствительности

интерферометра 10 б мкм/Гц, длине стержня 1 м с механической добротностью , получают величину минимального измеряемого магнитного поля 10 А/м, что на два порядка ниже, чем в известном устройстве.

Формула изобретения

Устройство для измерения квазистяти ческих магнитных полей, содержащее лязер, оптически соединенный с интерферометром Майкельсона, в сигнальном плече которого помещен соленоиде сердечником из магнитострикционного материала, соединенный с генератором подмагничивания и источником постоянного напряжения, фотоприемник, по оптическому входу соединенный с выходом интерферометра, а по электрическому выходу - с усилителем компенсатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности измерений, сердечник соленоида выполнен в виде стержня с зеркальным торцом, компенсатор выполнен в виде зеркального гальванометра с фотоприемниФиг.2

ком, оптически соединенным с выходом интерферометра через последовательно пс хо ду луча расположенные зеркал гальванометра, светоделитель, первый объектив, первую растровую диафрагму и второй объектив, в фокусе которого расположен фотоприемник, в отраженном светоделителем луче последовательно расположены третий объектив,вторая растровая диафрагма, четвертый объектив, в фокусе которого расположен второй фотоприемник, электрический выход которого подключен к входу резонансного усилителя, выход которого соединен с выходом устройства.