Устройство для измерения магнит-НОгО пОля Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО

ПОЛЯ

1

Изобретение, относится к измерительной технике и может быть использовано в тех случаях, когда требуется измерение или индикация чрезвычайно слабых магнитных полей напряженностью не выше Э или измерение малых изменений больших полей с такой же точностью.

Известны измерители магнитного поля, основанные на эффекте Джозефсона, с чувствительностью около 10 Э 1.

этот измеритель является недостаточно чувствительным и довольно громоздким из-за использования сверхпроводимости и связанной с ней криогенной техники.

Цель i изобретения - повышение чувствительности и уменьшение габаритов устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем генератор СВЧ, усилитель с магнитным зондом в обратной связи- и .выходной прибор, магнитный зонд ..выполнен в виде ферритовой линии задержки.

Кроме того, линия-задержки выполнена на монокристаллическом стержне из железо.иттриевого граната.

На фиг. 1 представлена схема чувствительного элемента предлагаемого измерителя магнитного зонда, который непосредствен но помещается в измеряемое магнитное поле; на фиг. 2 - зависимость времени задержки магнитостатической волны от магнитного поля; на фиг. 3 - блок-схема устройства; на фиг. 4 - зависимость коэффициента передачи системы от магнитного поля.

Магнитный зонд (фиг. 1) содержит аи- тенну 1, монокристаллический стержень 2 из железо-иттриевого граната, магнит 3, антенну 4.

0 Устройство работает следующим образом. Входной сигнал сверхвысокой частоты поступает на проволочную антенну 1, помещенную вблизи торца стержня 2, помещенного, в постоянное подмагничивающее поле, создаваемое магнитом 3, измеряемое магнитное поле также действует на стержень. При таких условиях из-за неоднородности внутреннего магнитного поля в стержне внутри его распространяется магнитостатическая волна. На другом (выходном), торце стержня эта волна преобразуется в электромагнитную и улавливается антенной 4. Скорость магнитостатической волны на несколько порядков (6-8) ниже скорости электромагнитной волны, поэтому выходной сигнал задерживается относительно входного. Время задержки гсильно зависит от магнитного поля Н (фиг. 2), например, при изменении магнитного поля на 1Э время задержки изменяется на 10 МКС, причем величина -д увеличивается с увеличением времени задержки, которое определяется величиной поля Н. Чувствительность измерителя становится максимальной при поле, соответствующем максимальному времени задержки. Учить1вая, что из-за малой скорости магнитостатической волны на стержне 2 длиной в несколько миллиметров укладываются сотни тысяч длин волн, можно видеть, что для изменения фазы электромагнитной волны на выходе относительно фазы входной волны на R достаточно изменить магнитное поле не более чем на . Сигнал СВЧ от генератора СВЧ 5 (фиг. 3) поступает на вход усилителя 6, в цепь обратной связи которого включен магнитный зонд 7. С выхода усилителя 6 сигнал поступает на выходной прибор 8 (приемник). Такая система (усилитель с задержкой в цепи обратной связи) имеет гребенчатый вид частотной зависимости коэффициента передачи К (фиг. 4). При изменении магнитного поля гребенка сжимается или расширяется по частоте, причем положение начального пика (на нулевой частоте) остается неизменным, при этом чем больше номер пика, тем меньшее поле требуется для смешения его на расстояние, равное своей ширине.. Величина магнитного поля, требуемого для смещения пика на свою ширину, имеет вид

до1г

2ггХ7dri

(

где К - коэффициент усиления усилителя (с учетом компенсации потерь в линии задержки);

()игГ10мкс/э (фиг. 2).

Sxo

/

ЛЛ/777/7 7,

Изменение поля вызывает изменение амплитуды сигнала на входе приемника.

Магнитный зонд вместе с магнитом, создающим подмагничивающее поле (200-400Э) может быть выполнен в объеме.не превышающим 5-10см1 Этот объем не превосходит, а часто бывает значительно меньше объема известных измерителей магнитного поля (например квантовых, где требуется криогенная техника).

Использование в предлагаемом измерителе магнитного зонда в виде ферритовой линии задержки, работающей в сверхвысокочастотном диапазоне, а также включение его вцепь обратной связи усилителя сверхвысокочастотного сигнала позволяет измерять магнитные поля с высокой точностью.

20Формула изобретения

I. Устройство для измерения магнитного поля, содержащее генератор СВЧ, усилитель с магнитным зондом в обратной связи и выходной прибор, отличающееся тем, 25 что, с целью повышения чувствительности и уменьшения габаритов устройства, магнитный зонд выполнен в виде ферритовой линии задержки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

дыхоЗ

ifi

/ /

W////

иг.1

ID

Т (и К сек)

270277Фиг.г