СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТА ПРОТОННОГО СИНХРОТРОНА Советский патент 1971 года по МПК H05H13/02 

Изобретение относится к способам измерения магнитного поля в ускорителях заряженных частиц.

При формировании магнитного поля электромагнита протонных синхротронов с жесткой фокусировкой необходимо знать усредненные по длине магнитные характеристики пакетов электромагнита. Получение этих характеристик связано с проведением большого объема прецезионных измерений. Особую важность нредставляют измерения магнитного поля в момент инжекции, где наиболее трудной задачей является измерение градиента.

Дальнейшее развитие ускорителей по пути увеличения их «жесткости ставит задачу значительного увеличения точности магнитных измерений, которая не может быть решена известными в настояш,ее время способами.

Для определения напряженности магнитного поля широкое распространение получил способ измерения, основанный на использовании пермаллоевых датчиков с катушкой подмагничивания. Этот способ основан на генерировании датчиком импульса в момент неремагничивания пермаллоевого сердечника. Напряженность поля в точке измерения i вычисляется по формуле:

«, ,.+(if)/r,

где:Нго, /го - напряженность поля и ток

катушки подмагничивания измерительного датчика,

Ягь k I1 - скорость нарастания .поля

At It

в точке i,

АГ, - промел ;уток времени между импульсом измерительного датчика и импульсом, задаюш,им момент измерения,

k - коэффициент пропорциональности.

Таким образом, определение значения напряженности магнитного поля в каждой точке связано с измерениями тока подмагничивапия, скорости изменения поля и промежутка времени импульсами. По результатам

точечных измерений вычисляется усредненная по длине магнита величина магнитного поля. Величина градиента поля вычислялась из результатов измерений поля в точках, смешенных относительно друг друга по радиусу

Недостатками данного способа являются:

-большая трудоемкость процесса измерения и обработки результатов, обусловленные измерениями в каждой точке тока подмагничивания датчика, скорости изменения поля и промежутка времени между импульсом, задающим момент измерения и измерительными сигналами;

-относительно низкая точность определения значения магнитного поля и его градиента;

-сложность и неточность измерения в краевой области магнита, где скорость изменения поля резко спадает;

-необходимость стабилизации режил1а питания магнита или контроль его параметров при измерении в каждой точке.

Целью изобретения являются сокращение трудоемкости процесса и повыщение точности измерений.

Сущность изобретения заключается в исключении трудоемких операций по измерению тока подмагничивания и сигнала с датчика в каждой точке измерения поля.

Описываемый способ измерения магнитного поля основан на использовании магнитомодуляционных датчиков. Датчик этого типа представляет собой пермаллоевый зонд, у которого для съема сигнала и создания поля компенсации измеряемого поля имеются сигнальная и компенсирующая обмотки. Возбуждение датчика осуществляется с помощью компенсирующей обмотки.

При наличии внещнего магнитного поля, проекция вектора которого совпадает с магнитной осью датчика, в спектре сигнала последнего содержатся четные гармоники высокочастотного тока возбуждения. При линейном характере изменения исследуемого магнитного поля также линейно изменяются амплитуды четных гармоник (область t - /i на чертеже). Если измерение осуществляется в момент to, то величина магнитного поля определяется полем компенсации Но и некоторой добавкой 6Я1, получаемой из измерений амплитуды четных гармоник.

Н, Н, + 6Я1(I)

или

HI klo + mU(2)

где: kyim - коэффициенты пропорциональности,

/о - ток компенсации,

и-амплитуды четных гармоник в момент 0Усредненную по длине элемента электромагнита величину магнитного поля можно не.посредственно получить, используя N датчиков, расположенных по контуру измерения:

допустим, что

ki k2 kz . .. kN k(4)

5/7 /Па /-«3 ... mjv т (5)

тогда

/.ср-(,.+ /я.Уи) (6)

Осуществляя суммирование и усреднение токов компенсации датчиков и амплитуду 15 сигналов четных гармоник, получаем:

Я1ср - А/ср }- тИ,

(7)

ср

где:

ЛJ.

1 u

11 77 2 io }v2 t/cp -

(: l-l

Для уменьшения ошибок из-за неточности работы аппаратуры, измеряющей амплитуды четных гармоник, регулированием суммарного тока Уор добиваются нулевых показаний измерителя гармоник, т. е. t/cp 0. Таким

образом, измерение магнитного поля Яср, усредненного по длине элемента электромагнита, сводится к измерению суммарного тока компенсации /ср. В этом случае точность измерения ЯОР при одинаковых параметрах магнитомодуляционных датчиков определяется точностью измерения/ср.

При измерении градиента поля датчики группируются в «градиентные пары и располагаются по контуру измерения. Компенсационные обмотки, обозначенные как «основные, включаются последовательно. Усреднендая по длине измеряемого элемента электромагнита величина градиента определяется между двумя равно стоящими линиями расположения датчиков, причем поле на «основной линии есть измеряемая напряженность Яа. В точках расположения датчиков «дополнительного ряда поле можно представить как

Я2 Яог + ДЯ2г (8)

где ДЯзг - величина поля, подлежащая измерению.

Эта величина определяется полем компенсации АЯог, создаваемая током Д/ог, протекающим по специально созданной в датчике «дополнительной обмотке, и бЯгг, получаемой за счет амплитуды четных гармоник в момент /о