Способ определения изменения градиента магнитного поля Советский патент 1992 года по МПК G01R33/35 

Изобретение относится к измерению магнитных полей и может быть использовано для определения изменения градиента магнитного поля многополюсных постоянных магнитоа.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности измерения,

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, на котором реализуется заявленный способ; на фиг,2 приоеден рисунок, поясняющий суть способа.

Способ осуществляется следующим образом.

В качестве СП-зонда 1 использовался шар диаметром 0,4 см из сверхпроводящего материала. СП-зонд охлаждается и затем взвешивается в парах газообразного азота над цилиндрическим магнитом с внутренним диаметром Явыугр. 0,6 см, внешним диаметром онеш. 4 см и длиной I 4 см, Точка измерения Э Н/ДХ выбиралась на расстоянии 0,3 см от плоскости торца на оси цилиндрического магнита. Для возбуждения колебаний СП-зонда на диаметрально противоположные его участки приклеивали сегменты электретов 2 из воска с таким отношением к массе зонда, что исключается влияние электретов на резонансную частоту свободных колебаний СП-зонда.

СП-зонд взвешивается над цилиндрическим магнитом таким образом, чтобы сегменты электретов были расположены вдоль оси X, затем вводится плоский конденсатор 3 так, чтобы СП-зонд размещался с зазором 0,05 см между обкладками конденсатора, а его пластины были расположены параллельно торцу цилиндрического магнита 4. Изменение амплитуды и частоты колебаний СП-зонда осуществляется приложением от генератора 5 переменного синусоидального напряжения регулируемой величины и частоты к. обкладкам конденсатора, переменное электрическое поле которого взаимодействует вдоль направления X с источником постоянного поля электрета.

Резонансную частоту ato амплитуду А и смещение средней точки резонансных колебаний А)( СП-зонда при данной величине переменного электрического поля, подаваемого на обкладки конденсатора, определяли оптически с помощью микроскопа 6 (увеличение до 300) с помощью блестящей точечной метки, которую наносили на СПзонд. Для этого при данной величине переменного электрического поля изменяли его частоту и фиксировали резонансную частоту СП-зонда по появлению размытия, в виде линии, блестящей точечной метгчИ. OJb определялось при максимальном размахе размытой линии, амплитуда А равнялась максимальному размаху размытой метки, / измерялось по смещению средней точки линии.

Физическая сущность изобретения эагслючается в том. что оысокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) являются сверхпроводниками II рода м ниже температуры сверхпроводящего перехода в магнитном поле Н Нк1 (Нк1 первое критическое поле) магнитное поле проникает в ВТСП, образуя магнитную вихревую решетку, которая закрепляется на центрах пининга (дефектах и нарушениях кристаллической peuJeтки). Когда сила F, необходимая для срыва вихрей, F mg (т - масса ВТСП), то ВТСП а данной точке зависает над источнико-м магнитного поля, С другой стороны при небольших смещениях ВТСП происходит упругое деформирование вихревой решетки с сохранением магнитной индукции В const. Это адекватно появлению в ВТСП упругого элемента, который и задает собственные частоты свободных колебаний ВТСП массой т,

Количественные соотношения между параметрами собственных частот свободных колебаний в данном направлении X и

# Н/5Х можно получить следующим обра0зом, В const позволяет записать изменение энергии при колебании ВТСП в магнитном поле в виде

На.А Lj2

AE--/MdH -

(1)

8л:

5

HI

Тогда в уравнении колебания СП-зонда сферической формы

X H-ft; X/5u. - cosuJt. (2) При учете размагничивающего фактора 1Гл1 ЗК- квадрат резонансной частоты гармонических колебаний вдоль направления X,

/3-1

-dhr

d

8ггр а)

- константа

агармонизма

дсоо

5с- «.Хо

у- коэффициент трения, который равен полуширине линии До; на высоте А/ (А - амплит да колебаний): р - плотность вещества; ш - круговая частота колебаний СП-зонда массой т; f - вынухсдающая сила.

В общем случае решение (2) это ряд Фурье вида X (An COS n йИ + Bn Sin n (U t) (3) n 0 где An, Bn - амплитуды четных и нечетных гармоник, которые могут быть определены при подстановке (3) в (2) в приравнивании коэффициентов при одинаковых гармониках. В гармоническом случае у5 О отличны от нуля лишь , равны дгзрн 1.(. ( gijapM JLY(0 ()+Y(a . Наличие слабого агармонизма (t) и р В1 Р приводит к тому, что, во-первых, появляются малые отклонения AI и Bi от гармонических значений Ai и , во-вторых, появляются не нулевые амплитуды других гармоник. При этом оказывается нетрудно определить амплитуду нулевой гармоники АО, которая удовлетворяет уравнению 1 °° OfeAo -/J(Ai-f-i 5) ()). (5) Наибольшие слагаемые б правой части AI и BI, которые примерно равные AiP и BlP,. Таким образом смещение средней точки исходных резонансных колебаний частотой СП-зонда сферической формы вдоль направления X, котррое происходит при увеличении амплитуды колебания А относительно исходной амплитуды колебаний, имеет вид: дх А,..:-4й-А2 ° ftfe ЭХ Из выражения (6) легко, снимая зависимость А X от А . по тангенсу угла наклона определить # Н/ЭХ ( Р плотность сверхпроводящей фазы СП-зонда). Таким образом в предлагаемом способе выбор сверхпроводящего зонда обусловлен необходимостью обеспечить изменение взаимодействия зонда с магнитным полем при его колебаниях, а сферическая форма возможностью аналитического описания этого взаимодействия. Формула изобретения Способ определения изменения градиента магнитного поля, заключающийся в возбуждении упругих колебаний сверхпроводящего зонда в неоднородном магнитном поле и измерении резонансной частоты упругих колебаний, отличающийся тем. что, с целью повышения разрешающей способности измерений, возбуждают вынужденные гармонические колебания сверхпроводящего зонда, увеличением амплитуды колебаний возбуждают вынужденные негармонические колебания зонда, измеряют амплитуду этих колебаний и смещение средней точки негармонических колебаний относительно средней точки гармонических колебаний и по формуле#J4 AX /рСОо ЭХ А2 0,26 определяют изменение градиента магнитного поля, где ДХ - смещение средней точки колебаний. А - амплитуда негармонических колебаний. р- плотность материала сверхпроводящего зонда. ufe - частота колебаний зонда.

Сущность изобретения: возбуждают вынужденные гармонические колебанил сверхпроводящего (СП) зонда, измеряют резонансную частоту этих колебаний сУо а. увеличивая амплитуду колебаний, возбуждают вынужденные негармонические коле-2бания, измеряют их амплитуду А и смещение средней точки негармонических колеба- ний относительно средней точки гармонических попей ДХ и по формуле#_Н _,ДХ . \^-tUoЭ)^0.26где р - плотностьматериала СП зонда, определяют величину -о., —-^ характеризующую величину измеренияградиента магнитного поля в исследуемой точке поля. Устройство, реализующее поле, содержит сверхпроводящий зонд 1, сегменты электретов 2 из воска, конденсатор 3, цилиндрический магнит 4, генератор 5 пере- менного синусоидального напряжения, микроскоп 6, 2 ил.00о о о оша/