Устройство для воспроизведения за-дАННыХ зНАчЕНий МАгНиТНОй иНдуКции Советский патент 1981 года по МПК G01V3/40 

ниткой индукции создается в рабочем объеме эталонной катушки с током в условиях компенсации МПЗ, причем постоянная эталонной катушки рассчитывается на основе точных измерений геометрических размеров ее обмотки, а сила тока воспроизводится при помош,и эталонных мер напряжения (нормального элемента) и сопротивления, получающих значение от соответствуюш,их первичных эталонов.

Недостатком данного устройства является недостаточно высокая точность воспроизведения заданных значений магнитной индукции, обусловленная ограниченной стабильностью и воспроизводимостью силы тока, определяемой нормальным элементом и эталонным резистором. Точность воспроизведения ограничивается также тем, что остаются неисключенными магнитные помехи, обусловленные нестабильностью элементов цепи компенсации постоянной составляющей МПЗ. Другим недостатком его является возможность воспроизведения лишь крайне ограниченного числа значений магнитной индукции, определяемого числом эталонных резисторов разного номинала.

Целью изобретения является повышение точности воспроизведения и расширение диапазона задаваемых значений магнитной индукции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для воспроизведения заданных значений магнитной индукции, содержащее эталонную катушку магнитной индукции и первый регулируемый источник постоянного тока, соединенные последовательно, две разнесенные в пространстве эквивалентные катушки компенсации МПЗ, ориентированные по его направлению, первая из которых концентрична с эталонной катушкой, и второй регулируемый источник постоянного тока, соединенные последовательно, фазовый детектор, выход которого подключен к управляемому входу второго источника тока, и квантовый преобразователь магнитной индукции в частоту, выход которого подключен к первому входу фазового детектора, дополнительно введены помещенные внутрь второй катущки компенсации две соосные с ней идентичные токозадающие катущки магнитной индукции, второй преобразователь магнитной индукции в частоту, идентичный первому, сумматор частот, второй фазовый детектор и синтезатор частот, при этом токозадающие катущки включены встречно-последовательно в цепь первого источника тока, преобразователи размещены внутри них, причем выход первого преобразователя подключен также к первому входу сумматора, выход второго преобразователя подключен к второму входу первого фазового детектора и второму входу сумматора, а выходы сумматора и синтезатора частот подключены к входам второго фазового детектора, выход которого подключен к управляющему входу первого источника тока.

На чертенке представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит эталонную катущку 1 магнитной индукции, намотанную на кварцевом каркасе и помещенную внутрь первой катушки 2 компенсации магнитного поля Земли (МПЗ). Две дополнительные

идентичные ., встречно-последовательно включенные токозадающие катущки 3 и 4 магнитной индукции намотаны на общем каркасе из кварца, ориентированы по направлению эталонной катущки и размещены внутри второй катушки 5 компенсации МПЗ, эквивалентной катущке 2 и удаленной от нее на расстояние, обеспечивающее исключение влияния системы катущек 3, 4 и 5 на поле, создаваемое эталонной катущкой 1. Система последовательно соединенных эталонной и токозадающих катушек магнитной индукции подключена к первому регулируемому источнику постоянного тока 6, а система последовательно соедипенных катущек компенсации - к второму регулируемому источнику постоянного тока 7. Внутрь рабочих объемов катущек 3 и 4 помещены соответственно два идентичных квантовых преобразователя 8 и 9 магнитной индукции в частоту, например преобразователи на оптической накачке Sz-типа. В электронную часть устройства входят также сумматор 10 выходных частот преобразователей, первый и второй фазовые детекторы 11 и 12 и синтезатор 13 частот промыщленного типа, например 46-31.

Устройство работает следующим образом.

В основу воспроизведения магнитной ипдукции положено соотношение

5 /Сэ/+ДД

где /Сэ - постоянная эталонной катушки, в рабочем объеме которой создается заданное значение магнитной индукции, определяемая посредством прецизионных измерений геометрических размеров ее обмотки;

/ - сила постоянного тока, поддерживаемая с высокой точностью на заданном определенпом уровне;

АВ - пескомпенсированный остаток МПЗ в рабочем объеме эталонной катушки.

Значение тока / стабилизируется первым кольцом автоматического регулирования, состоящим из регулируемого источника тока 6, катушек 1, 3 и 4, а также преобразователей 8 и 9, сумматора частот 10, фазового детектора 12 и синтезатора частот 13. Требуемое значение тока устанавливается грубо на источнике тока 6, а точно - на синтезаторе 13. Благодаря идентичности и встречному включению катушек 3 и 4 в рабочнх объемах последних создается магнитное поле с индукциями S, К-,1 + Д5 и Б-.Л/ - Д5, где /Ст - постоянная токозадающих катушек 3 и 4. Преобразователи 8 и 9, помеш,енные внутрь катушек 3, 4, вырабатывают сигналы с частотами 1,ГВ, и Л Г5„ где Г - фундаментальная константа атомов (ядер) рабочего вещества преобразователей. На выходе сумматора частот 10 выделяется сигнал с частотой /z::/, + /,:2r/r,/, которая в фазовом детекторе 12 сравнивается с опорной частотой /о, поступающей с синтезатором частот 13. Значение частоты /о определяет значение тока /: сигнал с выхода фазового детектора 12 управляет током источника 6, поддерживая его равным у 2ГК.-, Значение коэффициента пропорциональности оиределяется при аттестации устройства ио первичным эталонам единиц силы тока и времени (частоты). Стабильность и воспроизводимость значений тока в предлагаемом устройстве выше, чем в известном, так как эти характеристики определяются только свойствами таких высокостабильных элементов, как кварцевые катушки, квантовые преобразователи и синтезатор частот. Долговременная нестабильность указанных элементов не превышает (1 . . . 2) , что на порядок меньше, чем для нормальных элементов и эталонных резисторов. Кроме того, в устройстве диаиазон задаваемых значений магнитной индукции щире, чем в прототипе, так как он оиределяется практически непрерывным рядом частот, задаваемых синтезатором. Следовательно, количество задаваемых значений практически неограниченно, тогда как в известном оно равно трем. Магнитное поле Земли компенсируется вторым кольцом автоматического регулирования, состоящим из катушек компенсации 2 и 5, регулируемого источника тока 7, катушек 3 и 4, преобразователей 8, 9 и фазового детектора И. Благодаря ориентации всех катушек по МПЗ и эквивалентности катушек 2 и 5 обмотками последних создаются одинаковые поля, равные и иротивоположно направленные МПЗ. Сигнал с выхода детектора 11 следит за изменениями МПЗ, управляя током источника 7 таким образом, что выполняется условие равенства частот /i /2 с выходов преобразователей 8 и 9, что равносильно АВ 0. Благодаря исключению независимой цепи компенсации постоянной составляющей МПЗ и создаваемых ею магнитных помех, предлагаемое устройство обеспечивает более высокую степень компенсации МПЗ по сравнению с прототипом, что является необходимым условием повыщения точности восироизведения магнитной индукции. Формула изобретения Устройство для воспроизведения заданных значений магнитной индукции, содержащее эталонную катущку магнитной индукции и первый регулируемый источник постоянного тока, соединенные иоследовательно, две разнесенные в иространстзе эквивалеитные катушки компенсации магнитного поля Земли, ориентированные по его направлению, первая из которых соосиа с эталонной катушкой, и второй регулируемый источник постоянного тока, соединенные иоследовательно, фазовый детектор, выход которого подключен к управляемому входу второго источника тока, и квантовый преобразователь магнитной индукции в частоту, выход которого подключен к первому входу фазового детектора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности восироизведения и расширения диапазона задаваемых значений магннтной индукции, оно снабжено помещенными внутрь второй катущки компенсации двумя соосными с ней идентичными токозадающими катушками магнитной индукции, вторым квантовым преобразователем магнитной индукции в частоту, идентичным первому, сумматором частот, вторым фазовым детектором и синтезатором частот, при этом токозадающие катущки включены встречнопоследовательно Б цепь первого источника тока, преобразователи размещены внутри них, причем выход первого иреобразователя иодключен также к первому входу сумматора, выход второго преобразователя подключен к второму входу первого фазового детектора и второму входу сумматора частот, а выходы сумматора и синтезатора частот нодключены к входам второго фазового детектора, выход которого подключен к управляющему входу первого источника тока. Источники информации, принятые во внимание ири экспертизе 1. Владимиров В. М. и др. Протонный стабилизатор заданных значений постоянного магнитного поля. Приборы и техника эксперимента, 1974, № 5, с. 242. 2. Барахннн К. К. и др. Результаты исследований первичного эталона единицы магнитной индукции. Сб. Исследования в областн магнитных измерений. Выи. 180, Л., Энергия, 1975, с. 3-9 (ирототип).

99

ffl

j S 9