Устройство для измерения максимальных значений индукции импульсного магнитного поля Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАКСИМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ИНДУКЦИИ ИМПУЛЬСНОГО А ГНИТНОГО Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для измерения максимальных значений индукции импульсного магнитного поля, градуировки и поверки индукционных тесламетров импульсного магнитного поля и тесламет эов на основе гальваномагнитных эффектов, для градуировки гальваномагнитных преобразователей, а также для аттестации и поверки индуктивных мер импульсного магнитного поля. Известно устройство для измерения максимальных значений индукции импульсного магнитного поля на основе магнитооптического эф|)екта Фарадея, содержащее источник света, измерительный датчик Фарадея, анализатор, фотодетектор с нагрузочным резистором и устройство для измерения максимального значения импульса напряжения (осциллограф или импульсный вольтметр) D-3. При использовании этого устройства максимальное значение индукции импульсПОЛЯо магаитного поля В определяют по муле max ve, И максимальное значение импульса напряжения на выходе фотодетектора, В; V - постоянная Верде измерительного датчика Фарадея, град/ /Тл см; Ч - длина измерительного датчика Фарадея, см; R - сопротивление нагрузочного резистора фотодетектора, Ом; Q - .сила тока нагрузки фотодетектора при параллельных оптических осях поляризатора к аналиЬатора, А. Основным недостатком этого устройстявляется большая погрешность измеремаксимальных значений индукции имьсного магнитного поля. Наиболее близким по технической сущти к предлагаемому является устрой8ство для измерения индукции постоянного магнитного поля, содержащее источник све та, пол5физатор, измерительный датчик Фа радея, анализатор, два фотодетёктора с на грузочными резисторами и устройство индукции разбаланса схемы (гальванометр )С2 Недостатком известного устройства является большая погрешность измерения максимальных значений индукции импульсного поля, которая определяется всеми со ставляющими суммарной погрешности аналога и дополнительно погрешностью индикации разбаланса схемы, обусловленной тем, что это устройство не предусмотрено для измерения индукции импульсных магнитных полей. Цель изобретения - повышение точности измерения максимальных значений индукции импульсного магнитного поля. Эта цель достигается тем, что устройство для измерения максимальных значений индукции импульсного магнитного поля, содержащее оптически связанные между собой источник света, поляризатор, измерительный датчик Фарацея, анализатор и два фотодетектора с нагрузочными резисторами, снабжено генератором прямоугольных импульсов, индукционной обмоткой, подключенной ко входу внешне|Х) запуска генератора прямоугольных импульсов, а также, установленные между анализатором и измерительным датчиком Фарадея, меру индукции постоянного магнитного поля и датчик Фарадея постоянного магнитного поля, расположенный в поле меры, при этом выход генератора прямоугольных импульсов подключен к иыходам фотодетекторов через конденсаторы. На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - возможные формы импульса напряжения, фиксируемого на экране осциллографа при вводе из ;1ерительнога датчика Фарадея в измеряемое импульсное магнит ное поле. Устройство (фиг. 1) содержит источник 1 света, светоделительную пластину 2, зеркало 3, поляризатор 4, меру 5 индукции постоянного магнитного поля, источник 6 постоянного тока, датчик 7 Фа радея постоянного магнитного поля, распо ложенный в рабочем объеме меры 5, измерительный датчик 8 Фарадея, расположенный в измеряемом импульсном попе, анализатор 9, два фотодетектора 1О и 11 с нагрузочными резисторами 12 и 13 соответственно, генератор 14 прямоуголь- гтых импуЛЬГОВ, выход которого подключен 34 к фотодетектору 10 через конденсатор 15, а к фотодетектору 11 - через конденсатор 16,дифференцйальш 1й усилитель 17 с входами 18 и 19, осциллограф 2О и индукционную обмотку 21 для запуска генератора 14. Устройство работает следующим образом. Дуч света от источника 1 света делят . светоделительной пластиной 2 на 2 луча (и и «J), луч а направляют с помощью зеркала 3 на фотодетектор 1О, луч $ направляют на фотодетектор 11 через поляризатор 4, датчик 7 Фарадея постоянного магнитного поля, расположенный в рабочем объеме меры 5, измерительный датчик 8 Фарадея, расположенный в измеряемом импульсном поле, анализатор 9. В отсутстю1е постоянного и импульсного магнитных полей при работе генератора 14 в режиме внутреннего запуска с нагрузочного рюзистора 12 фотодетектора Ю и с нагрузочного резистора 13 фото1 детектора 11 снимают периодические сигналы прямоугольных импульсов напряжения, которые подают соответственно на входы 18 и 19 дифференциального усилителя 17, с помощью которого производят вычитание этих сигналов иразностный периодический сигнал импульсов прямоугольной формы наблюдают на экране осциллографа 2О. При этом фотодетекторы Юн 11 работают в режиме импульсного питания от генератора 14 прямоугольных импульсов. Затем изменяют значение сопротивления резистора 12 фотодетектора Ю и тем самым изменяют максимальное значение переменного сигнала импульсов прямоугольной формы, поступающехх) на вход 18 дифференциального усилителя 17,до тех пор, пока на экране осциллографа зафиксируют нулевой уровень (отсутствие прямоугольным импульсов напряжения при максимальной чувствительности осциллографа). Включают источник 6 постоянного тока и устанавливают некото- рое значение индукции В постоянного Marvнитного поля меры 5 индукции и тем самым поворачивают плоскость поляризации светового луча и в датчике 7 Фарадея постоянного магнитного поля длиной BQ на угол oL, который описывается выражением , 06. ,(1) где Vg - постоянчая Верде материала датчика 7 Фарадея постоянного поля. Затем переключают, генератор 14 в режим внешнего запуска, подают импульсное магнитное поле с максимальным значением индукции В,д , лротивоположное по направлению постоянному, и тем самым поворачивают плоскость поляризации светового луча а в измерительном датчике 8 Фарадея на угол (з1л причем

,ftn,c, , (2)

где Vj. - постоянная Верде измерительного датчика 8 Фарадея. Для датчиков, выполненных из одного и того же материала, постоянные Верде одинаковы, т.е.

Vo V

В момент действия импульса магнитного поля сигнал с индукционной обмотки 21 запускает генератор 14 прямоугольных импульсов, который работает в режиме внешнего запуска, и на экране осциллографа 2О фиксируют сигнал от одновременного воздействия постоянного магнитного поля меры 5 индукции и противоположного ему по направлению измеряемого импульсного поля на направление плоскости поляри-2 зации светового луча а соответственно в датчике 7 Фарадея постоянного магнитного поля и в измерительном датчике 8 Фарадея во время действия импульса генерато- .ра 14.. Форма сигнала, фиксируемого на экране осциллографа в общем случае представлена на фиг. 2 (кривая О). тем изменяют силу тока питания меры 5 индукции постоянного магнитного поля до тех пор, пока на экране осциллографа 2О фиксируют импульс, максимальное значение которого совпадает с нулевым уровнем. При этом изменяют силу тока питания меры 5 индукции постоянного маг нитного поля. Форма сигнала, фиксируемая на экране осциллографа 2О в этом случае, представ лена на фиг. 2 (кривая S), В момент совпадения, максимального значения импульса с нулевым уровнем угол поворота плоскости поляризации све та в постоянном магнитном поле с индукцией Во в датчике 7 Фарадея длиной Со равен по абсолютному значению углу пово рота плоскости поляризации света в им. пульсном магнитном поле с максимальным значением индукции в измерительном датчике 8 Фарадея длиной Ви|Т.е. , (3)

где V - постоянная Верде датчиков 7 и 8 Фарадея, откуда

ft - ft iSтпах оСи

(4)

В -fcl(5) mtjy-

где К - постоянная Mejfti индукции постоянного магнитного поля, ТЛ/А

J - сила тока питания меры индукции постоянного магнитного поля, измеренная в момент совпадения максимального значени импульса нулевым уровнем на экрйне осциллографа 20. ,Вд,1 к измерив вычисляют максимальное значение индукции импульсного поля по формуле (5).

Наибольшую точность измерения им пульсного поля с помошью устройства достигают при установке поляризатора 4 и анализатора 9 так, чтобы их оптические оси были направлень - ДРУГ к другу под углом 45, поскольку в этом случае обеспечивают наибольшую чувствительность устройства. Таким образом, по сравнению с известными устрюйствами (о (5-1О)%) использование предлагаемогхэ устройства позволяет повысить точность измерения максимальных значений индукции импульсного магнитного поля минимум в 1О раз. Устройство может найти широкое при „ „„ измерении индукции; импульс магнитного поля от десятых долей до единиц тесла и в частотном-от О до ЗО МГц с погрешностью, не превышающей +0,5% для поверки широкодиапазонных тесламетров импульсного магнитного поля на основе индукционных и гальваиомагнитных эффектов, для градуировки гальваномагнитных преобразователей, используемых в тесламетрах как постоянного, так и импульсного магнитных полей, а также для аттестации и поверки индуктивных мер импульсного магаитного поля. Фор м.у ла изобретения Устройство для измерения максимальных значений 1Й1дукции импульсного магнитного поля, содержащее оптически связанные между собой источник света, поляртзатор, измерительный Фарадея, анализатор и два фотодетектора с нагру зонными резисторами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности иэмерекия, оно снабжено генерато- ром прямоугольных имщльсов, индукциейной обмоткой, подключенной ко входу внещнего запуска генератора прямоугольных импульсов, а также, установленные меяаду 5 Oir л fTMi аЯА/ЧГЧУ Ь л rx TXTlft fj ntrfftf rwr rm л анализатором и измерительным датчиком Фарадея, меру индукции постоянного магнитного поля и датчик Фарадея постоянного магнитного поля, расположенный в поле меры, при этом выход генератора пря- ю моугольны-х импульсов подключен к выходам фотодетекторов через конденсаторы, 8665 138 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе l.Tolp.Tournafc о AppC.. V. 7, NQ 10, 0& 1968.Meoisurenients of Puiesea -Oiven ana Mcicfneiic ШЗ Ъу ttie .. : e , Faraaaj E iecrk H.Toi4/arei ,е.-1225. 2. Гончаренкс А. Н. и Ягола Г. К. Применения магнитооптического эффекта Фарадея для измерения магнитной индукции сильных магнитных полей. - Измерительная техника , 1974, № 2, с. 54-56.

Л

Р