МАГНИТОМЕТР ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ Советский патент 1969 года по МПК G01R33/02 

изобретение относится к электроизмерительной технике, которая предназначена для измерения импульсных магнитных полей большой напряженности (IQe-10 а/-м), создаваемых еолеиоидами без сердечника.

Известные магнитометры импульсного магнитного поля, содержащие СВЧ-генератор, феррорезоиансный датчик, детектор, усилитель и индикаторный блок, не обеспечивают достаточно высокой точности при определении мгновенных значений больших напряженностей .магнитного поля, а рабочий объем соленоида ограничен необходимостью размещения в нем датчика магнитного поля.

Предлагаемый магнитометр отличается от известных тем, что, с целью повышения точности измерений и увеличения рабочего объе.ма соленоида, он снабжен вторым феррорезонансным датчиком, калибрационным, соединенны.м с отдельным генераторолг, а ферритовая головка первого датчика расположена вне соленоида, а также тем, что, с пелью расширения пределов измере}1ия, во втором датчике использованы ферриты с малой и большой кристаллографической анизотропией и антиферромагиетики, а измерительные катушки первого датчика секционированы.

фиг. 2 схематически измерите.ль ная головка с измерительными катушками.

-Магнитометр состоит из трех функциональных узлов: блока / измерительного сигнала,

блока // калибровочного сигнала и блока /// индикации.

Блок из.мерительного сигнала содержит широкоцолссный (4,5-10,5 ггц) генератор 1 сантиметрового диапазона волн с волномеpo i 2. К выходу генератора подключена измерительная головка феррорезонаисного датчика 3, расположенного в пространстве между двумя измерительными катушками 4, включенными последовательно с соленоидом

5 при измерении магнитных полей многовитковых соленоидов на импульсные токи до 10 а. При измерении магнитного поля маловитковых сильноточных соленоидов на -5-105 а измерительная головка располагается вблизи отрезка токовой шины на точно устаг1овленном расстоянии. Сигнал с измерительной головки поступает на СВЧ-детектор 6, а затем на усилитель-преобразователь 7 блока индикации.

Блок калибровочного сигнала состоит из генератора 8 вол;и 4-миллиметрового диапазона с волномером 9. калибрационной головки второго датчика 10, подключенной к генератору 8 через одно из плеч ферритового V-цирToporo подключена СВЧ детекторная головка 12. С головки 12 калибрационный сиг нал подается на вход усилнтеля-смеснтеля 13 блока индикадяи. Блок ннднкации состонт нз осциллографа 14 с заноминающей трубкой низкоомиого безындуктивного сонротивления 15, включенного последовательно с соленои дом 5 и измерительными катушками 4, элек тронного блока 16, формирующего импульс синхроиизации и напряжение развертки осциллографа, усилителя-преобразователя 7, формирующего узкий прямоугольный импульс-метку, соответствующий но времени максимуму сигнала феррорезонансного поглощения с датчика 3, и усилителя-смесителя 13, из которого сигнал калибровки, смещанный с нмпульсо 1-меткой, далее подается на вход усилителя вертикального отклонения осциллографа 14. При измерении мгновенных значений импульсного ноля и исследовании физических процессов в сильных магнитных нолях временная развертка осциллографа 14 занускается импульсом синхронного запуска блока 16. Этот имнульс может быть задержан во времени относительно момента начала импульса тока в соленоиде 5 при просматривании на быстрых развертках отдельных участков имиульса магиитного поля. При исследовании процессов в магнитном поле и нлОХОЙ повторяемости импульса тока в соленоиде 5 напряжение развертки осциллографа и сигнал подсветки формируются в -блоке 16 пз импульса напряжения с сопротивления 15. Этот импульс калиброванно ограничивается снизу до напередзаданного значения и подается на горизонтальные пластины осциллографа 14. РЬмерительная головка датчика магнитного ноля состоит из отрезка прямоугольного волновода 17 (см. фиг. 2) сечением 35x3 лш из тонкостенной пержавеющей стали с разрезом вдоль одной из щироких стенок для исключения спин-эффекта и мопокристаллпческой сферы IS иттриевого феррит-граната (ИФГ) с узкой кривой феррорезонансного поглощенпя порядка 102 а/м, расположенной в волноводе в области круговой поляризации СВЧ магнитного ноля. Монокристалл ориентирован на кварцевом держателе 19 таким образом, что одна из его главных осей симметрии нараллельна магнитному нолю катущек 20. Последние секционированы таким образом, чтобы нри последовательном включении отдельных секций ток рабочего соленоида 5 создавал в иих магнитное поле в пределах -3-105 а/м. В зависимости от пределов измерений поля соленоида в его цепь подключаются те или иные секции катущек 20. Калибрационная головка выполнена на короткозамкнутом волноводе сечением 5,2х Х2,6 мм. В Остальном по конструкции она не отличается от измерительной головки. При калибровке относительно низких импульсных магнитных полей селеноида в пределах 10 а/м датчиком является сферический образец ПФГ, при калибровке более магнитных (в диапазоие аДм) - юнокристаллическая сфера высокоанизотроиНОГО феррита или антиферромагнетика с больщим внутренним эффективным магнитным иолел и достаточио узкой кривой резонансного поглогцения. Магнитометр работает в двух режилшх - калибровки и измерений. В режиме калибровки калибрационная головка датчика 10 находится в измеряемом соленоиде 5. В момент нрохождения через соленоид импульса тока на экране осциллографа 14 регистрируются сигналы с датчиков 3 и 10. Пмпульс-метка измерительного датчика .3 совмещается с верщиной импульса феррорезонансного поглощения калибранионного датчика 10, что осуществляется на задержанных быстрых развертках перестройкой генератора 1. При известных ориентации кристаллов датчиков 3 и W и их анизотропии 1зычисляют отнощение /( магнитных полей измеряемого соленоида и измерительной :,1агннтной системы для различных вариантов включения секций катущек (в случае слаботочных соленоидов) или для различных расстояний от монокристалла до измерительной щипы (в случае сильноточных соленоидов). В режиме измерений мгновенных значений ноля нодвижпый импульс-метка сов: 1ещается с началом развертки, задержанной (в блоке 16) но врел1ени относительно начала ил 1пульса ноля. При совпадении импульсов-меток, возникающих на переднем и заднем фронтах имнульса НОЛЯ, измеряют амплитуду импульса. Определение значения ноля, соответствующего моменту появления метки, при известных К ц ноле анизотропии на датчике 3 сводится к измерению частоты Q генератора 1: где Y - гиромагнитное отношение. Если необходимо сопоставить время появления илн фазу сигнала какого-либо исследуемого процесса со значением поля, этот сигнал также совмеигается с импульсом-MeTKoii. При том удобно пользоваться разверткой осциллорафа, линейной по нолю и задержанной в локе 16 до момента, когда поле достигнет апередзаданного значения. Предмет изобретения 1. Магнитометр импульсного магпитного оля для измерений мгновенных значений анряженности в соленоидах без сердечника, одержащий СВЧ-геиератор, феррорезонансый датчик, детектор, усилитель и индикаторый блок, отличающийся тем, что, с целью поышения точности измерений и увеличения абочего объема соленоида, он снабжен втоым феррорезонансным датчиком, калнбраионным, соед,инен1нь№ с отдельным генератоом, а фсрритовая головка норвого датчика асположена вне соленоида.