Магнитометр Советский патент 1981 года по МПК G01R33/07 

(54) МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в магнитометрии для измерения индукции магнитного поля и топографии магни-рного поля в узких зазорах, например в зазорах уплотнений на основе магнитно жидкости. Известны миниатюрные кристаллические преобразователи Холла из нитевидных кристаллов антимонида индия, имеющие малые геометрические размеры и обладающие более высокой временной и тй 1пературной стабильностью всех пар метре, а также высокой механической прочности D-J. Однако такие устройства имеют недос таточную точность измерений. Наиболее близким к предлагаемому . по технической сущности и достигаемому эффекту является магнитометр, содержащ измерительный зонд с датчиком Хоппа и катушкой, регулируемый источник посто янного тока, источник переменного тока. преобразователь напряжения, фильтр и ре гистрируюший прибор Г2. Недостатком известного устройства является то, что напряжение электромагнитной наводки, воэникаемое на электродах катушки, поступает на вход преобразователя напряжения и приводит к изменению управляющего тока датчика Холпа, а следовательно, к снижению точности измерений. Кроме того, необ содимость уста новки на измерительном зонде катушки приводит к увеличению геометрических размеров зонда и не позволяет производить измерения в узких (менее 1 мм) зазорах . Цель изобретений - повышение точности измерений магнитных, полей в узких зазорах. Поставленная цель достигается тем, что в магнитометре, сояержаща взмер тельный зонд с датчиками измерения магнитной индукции и термOKtnrfneнее иия, два регулируемых источника постоянного тока, к которым подключены входные электроды обоих датчиков соответс1вен- но, и регистрирующий прибор, введен блок ГОмерения отношения напряжений, входы которого подключены к выходным эпек-рродам датчиков, а выход - к регулируемому источнику постоянного тока датчика измерения магнитной индукции, при этом датчики выполнены из нитевидных кристаллов, а измерительная часть зонда из медной фольги, при этом в месте расположения датчиков выполнен пррдольный паз, глубина которого превышает высоту датчика. На фиг. 1 схематически представлен измерительный зонд, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - функиио-. нальная схема магнитометра. Магнитометр содержит измерительный зонд 1, выполненный в виде пластины 2. К нижней части конца пластины 2 подпаяна полоска 3 . медной фольги, ширина которой равна ширине этой пластины. К верхней.части пластины 2подпаяно две полоски 4 и 5 фопьги, ширина которых равна одной трети ширины пластины. Свободный конец полоски фольги спаян со свободными концами полосок 4 и 5 фольги так, что образуется продольный паз, внутри которого установлен датчик 6измерения магнитной индукции,.и датчи 7тэрмокомпенсации. . Датчик 6 измерения магнитной индукции представляет собой датчик Холла, изготовленный из нитевидного кристалла, например антимонида индия, и обладает высокой Чувствительностью к магнитному полю, при этом имеет большой температу рный коэффициент выходного сигнала, Да-п чик 7 термокомпенсации также выполнен в виде датчика Холла из нитевидного крис талла, например антимонида индия , однако обладает слабой чувствительностью к т«у1пературе и к магнитному полю. Такое отношение между чувствительностью датчиков- 6 и 7 к магнитному полю и температурным дрейфам выходного напряжения достигается благодаря тому, что датчик 6 измерения магнитной индукции иэготовпен из нитевидного кристал ла антимонида индия, специально легированного, и поэтому имеющего низкую кониентрагтю свободных носителей тока (« ), а датчик 7 термокомпен сации изготовлен из ннт идного кристалла антимоница индия, легированного в про цессе роста, так, что концентрация свобод ных носителей тока составляет 5- Ю см. Благодаря применению ни8434 евидных кристаллов размеры датчиков и 7 малы. Выходные электроды 8 и 9 датчика измерения магнитной индукции и выодные электродЬ 10 и 11 датчика 7 ермокомпенсации подключены к входу лока 12 измеревшл отношения напряжений. ыход блока 12 подключен к входу регуируемого источника 13 постоянного тока, выход которого подключен квходным элект одам 14 и 15 датчика 6 измерения агнитной индукции. Входные электроды , 16 и 1 7 датчика 7 подключены к регули руемому источнику 18 постоянного тока, а регистрирующий прибор 19 подключен к выходным электродам 8 и 9 датчика 6. Устройство работает следующим образом. Измерительный зонд 1 помещается своей концевой частью в зазор, в котором необходимо измерить магнитную индукшпо. Благодаря конструкции измерительного зонда 1 и применению нитевидных кристаллов для изготовления датчиков 6 и 7 концевая часть измерительного зонда имеет малую толщину, что позволяет производить измерения в зазорах порядка 0,1 мм. При наличии в зазоре магнитного поля на выходных электродах 8 и 9 датчика 6 измерения магнитной индукции и выходных электродах 1О и И датчика 7 термокомпенсации возникают напряжения U и (J соответственно. Эти напряжения поступают на вход блока 12 измерения отношения напряжений, на выходе которого возникает сигнал, пропорциональный отношению напряжений LL .Ми где - коэффициент передачи блока 12. Напряжение Ц , поступая на вход регулируемого источника 13 постоянного тока, вызывает изменение выходного тока, протекающего через входные элект роды 14 и 15 датчика 6 измерения магнитной индукции, что, в свою очередь, приводит к изменению напряжения на его выходных электродах 8 и 9 и к последующему изменению напряжения на выходе блока 12 измерения отношения напряжеНИИ. Процесс изменения тока будет продолжаться до тех пор, пока на выходе блока 12, а следовательно, на входе регулируемого источника псх:тоянного тока не установится определенное значение напряжения U/j , при этом напряжения Uj и UT соответственно равны. и, к,(т)в y,.(T)72-6 где k( т) -удельная чувствительность датчика 6 измерения магни ной индукции (величина, сил но зависящая от T«v nepajry -удельная чувствительность датчика 7 терм оком пенс ации (величина, не зависящая от температуры ); ток, протекающий через эл роды 14 и 15 датчика 6; ток, протекающий через эл троды 16 и 17 датчика 7,-индукция иамеряииого маг- нитного поля. Подставляя выражения (2) и (З) в формулу (l) и учитывая, что .в уста вившемся состоянии и UQ , находим-, - УО Ка Ш) а Изменение температуры приводит к изменению удельной чувствительности датчика 6, а следовательно, и к изменению напряжения U. . Напряжение U2 на выходных электродах Юн 11 датчика 7 от температуры не зависит , поэ тому изменение температуры приводит к тому, что напряжение на выходе блока 12 измерения отношения напряжений становится отличным от UQ , что вызыв ет изменение тока, протекающего через входные электроды 14 и 15, в результате чего изменится напряжение на выходных электродах 8 и 9 датчика 6 намерения магнитной индукции. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока на выходе блока 12 не установится первона чальное значение напряжения UQ , при этом ток, протекающий через входные электроды 14 и 15 датчика 6 будет так же определяться по формуле (4), Подставляя формулу (4) в выраж ние (2), находим, что напряжение U , посту па ем ое на вход регистрирующего прибора 19, равно .а j Из формулы (5) находим, что чувствительность магнитометра к магнитному полю равна ML- Jlei/ -, (То) (6) ав i- к гдeK(TpV значение удельной чувствительности датчика 6 при некоторой температуре Т Из формулы (6) следует, что чувствительность магнитометра к магнитному полю определяется чувствительностью датучика 6 измерения магнитной индукции. Температурный коэффициент выходного сиг нала -1 эи Uo „ 1 ака Уо 1 3Uu /т,л 7 К т эт определяется температурным коэффициентов выходного сигнала датчика 7 термоком пенсации. Таким образом, в предлагаемом устройстве ссжмещается высокая чувствительность к магнитн(жгу полю с низким температурным коэффициентом. Формула изобретения Магнитометр, содержащий тамеритвпыный зонд с датчиками измерения магнитной индукции и термокомпенсации, два регулируемых источника постоянного тока, к котчэрым подключены входные электроды обоих датчиков соответственно, и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен блок измерения отношения напряжений, входы которого подключены к выходным электродам датчике, а выход- к регулируемому источнику постоянного тока датчика измерения магнитной индукции, при этом датчики выполнены из нитевидных кристаллов, а измерительная часть онда из медной фольги, при этом в месте асположения датчиков выполнен продопь 1й паа, глубина которого превышает ысоту датчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Петрушко И. А. и Шелкин А. П. иниатюрные преобразователи Холла для пределения топографии магнитного поля. Автометрия, 19 7О, с. 55-56. 2. Авторское свидетельство СССР 631827, кл. GO1R 33/06, 1978.

1

Фиъ. 1

Л-А

115 J

7 6