Датчик магнитного поля Советский патент 1993 года по МПК G01R33/35 

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и может быть использовано, в частности, в приборостроении.

Цель - повышение чувствительности и расширение диапазона измерений.

На фиг.1 приведена схема датчика магнитного поля; на фиг. 2 устройство для измерения магнитного поля, лоясня ющее принцип работы датчика; на фиг. 3-для примера показана зависимость амплитуды ЭДС 2-й гармоники F2 от внешнего постоянного поля Н; на фиг. 4 - зависимость амплитуды ЭДС 3-й гармоники ез от внешнего постоянного магнитного поля Н.

Датчик магнитного поля содержит катушку возбуждения 1 и измерительную катушку, выполненную в виде двух равных встречно включенных катушек 2 и 3, в одной из которых расположен сердечник 4, выполненный из поликристаллического высокотемпературного сверхпроводника.

Устройство для измерения магнитного поля, поясняющее принцип работы содержит (фиг. 2) генератор возбуждения 5. датчик магнитного поля 6. избирательный усилитель 7 и регистрирующее устройство 8.

Устройство работает следующим образом. На катушку 1 датчика 6 подается синусоидальный ток частотой f от генератора 5. В силу нелинейности намагниченности М сердечника 4 на концах измерительных катушек 2 и 3 наводится ЭДС пропорциональная производной по времени намагниченности dM/dt, содержащая большое число высших гармоник (п 50) и которая равна:

K(t)(1-/3)

где /Uo - магнитная постоянная, N - число витков измерительной катушки, S - площадь сечения сердечника ft- фактор размагничивания, зависящий от геометрии сердечника. В отсутствии сердечника 4 изза встречного включения двух равных катушек 2 и 3 сигнала на выходе не будет.

Когда внешнего постоянного магнитного поля Н, нет, на измерительных катушках 2 и 3 наводится сигнал к (t), который будет иметь в своем составе только нечетные гармоники

Ј 2n+i(t), (, 1,2. . . .). При помещении датчика магнитного поля 6 (в состав датчика входят элементы позиций 1-4 фиг.1) во внешнее постоянное магнитное поле Н в сигнале Ј (t) появятся четные гармоники Ј2п, амплитуды которых растут с ростом поля, а затем уменьшаются.

На фиг.З для примера показана зависимость амплитуды 2-й гармоники Ј2 от внешнего постоянного магнитного поля Н. Амплитуды ЭДС нечетных гармоник Ј2п+1, наоборот, с ростом поля падают. Чем выш-е номер гармоники, тем рост (падение) для амплитуд четных (нечетных) гармоник с увеличением Н не будет круче).

Таким образом, выделяя и усиливая с помощью избирательного усилителя 7 ЭДС какой-нибудь гармоники и определяя ее величину посредством регистрирующего устройства 8, можно определить величину внешнего постоянного магнитного поля Н, предварительно производя градуировку устройства.

Чувствительность датчика магнитного поля определяется вольтовой чувствительностью Sg д t:/d Н. Из фиг.З определим

Я бЈ2/дН 3 мВ/Э.

и

Чувствительность же датчика с учетом шумов в расчете на единичный интервал частот

есть

о 1/и1/л7,

оС

Ю

где иш - среднеквадратичное напряжение шумов, Af - полоса пропускания усилителя.

г

Учитывая, что основной вклад в иш дает шум Найквиста

1)ш2 4КТВЛт,

где К - постоянная Больцмана, Т - температура (77К), R - эквивалентное сопротивле- 102 Ом) получим:

15

10 7Э/Гц1/2

ние датчика (л

D-2Оптимизируя устройство путем подбора рабочей частоты ( 108 Гц) тока, подаваемого на катушку возбуждения 1, числа витков в катушках 2 и 3 и номера гармоники, можно добиться чувствительности Э/Гц1/2 и

0

5

0

5

0

чувствительность , а у лучших феррозонвыше. Для сравнения СКВ И Да Э/Гц172 дов 10 5Э/ГцШ.

Кроме высокой чувствительности датчик магнитного поля обладает широким диапазоном измерений от Э до 10Э ( 160 дБ) и выраженной диаграммой направленности.

Датчик магнитного поля обладая чувствительностью близкой к чувствительности СКВИДов, имеет ряд преимуществ, например, датчик реагирует непосредственно на величину напряженности самого поля, а не на его изменение как СКВИДа. Датчик работает в интервале температур при которых сердечник является сверхпроводником.

Формула изобретения

Датчик магнитного поля, содержащий сердечник, измерительную катушку и катушку возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения диапазона измерений, измерительная катушка выполнена в виде двух равных встречно включенных катушек, в одной из которых расположен сердечник, выполненный из поликристаллического высокотемпературного сверхпроводника.

Применение: измерительная техника. Суть изобретения: датчик магнитного поля состоит из низкочастотного генератора возбуждения, датчика магнитного поля, избирательного усилителя и регистрирующего устройства. Внутри входной катушки 1 датчика расположены выходные катушки датчика, измерительная 2 и компенсационная 3, плотно собранные на общем диэлектрическом немагнитном каркасе. В катушку 2 введен сердечник из сверхпроводящей керамики, катушки и сердечник погружены в криостат. 4 ил.

%

eft)

фиг.1

4 6 д 10 МЭ

фиг.З

(риг 2