Магнитометр Советский патент 1982 года по МПК G01R33/00 

(54) МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к технике электрического измерения магнитных величин, в частности к устройствам для преобразования магнитного поля в электрический сигнал.

Известен магнитометр, содержащий один либо несколько датчиков магнитной индукции, одновременно установленных по длине оси магнитной системы 1 .

Недостатком известного магнитометра является то, что интегральное магнитное поле измеряется разбиванием магнитного поля на мультйполя с последующим суммированием произве.дений длин участков с соответствующей- им индукцией.

Известен магнитометр, содержащий токонесущий проводник диаметром 5 мм и длиной 2,5 м, натянутый силой порядка 1000 Н, помещенный в трубку прямоугольного сечения. Трубка с проводником соединена с двумя пьезоэлектрическими датчиками силы, подключенными к измерителю. Трубка обоими концами закреплена на основании с помощью упругих пластинок, которые обеспечивают движение трубки по направлению оси чувствительности пьезоэлектрических датчиков силы. Через проводник проходит низкочастотный синусоидальный ток от источника питания. Когда магнитометр находится в магнитном поле, возникающая пондермоторная сила Ампера, пропорциональная интегральному магнитному полю, уравновешивается опорными реакциями трубки. Так как опорами трубки являются пьезоэлектрические датчики силы которые преобразовывают силу в пропорциональный электрический сигнал, то интегральное магнитное поле равно сумме выходных сигналов пьезоэлектрических датчиков силы с коэф15фициентом преобразования, зависящим от чувствительности пьезоэлектрических датчиков силы и от величины тока в проводнике 2.

Недостатками известного магнито20метра являются недостаточная точность измерения, плохая виброустойчивость, наличие динамических погрешностей и, как следствие, недостаточная чувствительность.

25

Цель изобретения - повышение чувствительности .

Поставленная цель достигается тем, что в магнитометре, содержащем проводник, подключенный к источнику пи30тания и закрепленный между двумя

порами, причем каждый конец проводика связан со своим датчиком силы, ыход которого подсоединен к измериелю, индентор каждого датчика силы выполнен из металлокерамического твердого сплава, а чувствительный элемент - из монокрйсталлического германия ориентации (111) электронного типа проводимости.

На чертеже изображена схематическая конструкция магнитометра с электрической схемой соединений.

Магнитометр состоит из проводника 1, изготовленного из легкого токопроводящего материала (алюминий, люминиевые сплавы и т.п.) диаметром 0,8 мм .натянутого силой 100 Н с помощью пружины 2 между двумя опорами 3 и 4, которые соединены с основанием 5 и электрически изолированы от него. На основании 5 установлены два кронштейна 6 и 7, на которых закреплены датчики 8 и 9 силы, соединенные с проводником 1. Расстоянием, между датчиками силы 8 и 9 определяется рабочая длина магнитометра. Датчики 8 и 9 силы состоят из чувствительного элемента 10 из монокристаллического германия ориентации (ill) с электронной проводимостью, легированного сурьмой с удельным электрическим сопротивлением 3-10 Ом.м (марки ГЭС-3) и индентора 11 (вдавливающее тело), изготовленного из металлокерамического твердого сплава, содержащего 90% карбида вольфрама и 10% кобальта, с радиусом закругления сферического кончика 30 мкм. Индентор 11 закреплен в корпусе 12 через изолирующую втулку 13, а чувствительный элемент 10 закреплен на плоской пружине 14. Плоские пружины 14 и 15 с шаром 16, прокладкой 17 и винтом 18 составляют прижимное устройство датчиков силы 8 и 9, с помощью которого создано первоначальное усилие величиной 0,272 Н. При этом максимальная чувствительность датчиков силы 8 и 9 по току от усилия порядка 100 мА/Н. Проводник 1 питается от источника питания 19 с величиной тока 2 А. Каждый из. полупроводниковых пьезорезистивных датчиков 8 и 9 силы подсоединен к измерителю 20. Электрические датчики 8 и 9 силы включены в одно из плеч неуравновешенных мостов, которые входят в состав измерителя 20 Магн.итометр работает следующим образом.

Изменением величины питающего напряжения мостов, в плечи которых вклю чены датчики 8 и 9 силы, устанавливается их чувствительность по напряжению от усилия 1000 В/Н. При этом порог чувствительности датчиков 8 и 9 силы на уровне собственных щумов порядка 100 мкВ и на нагрузке 10 кОм составляет не хуже Н. Регулировкой режима измерителя 20 добиваются отсутствия выходного сигнала. Магнитометр помещается в магнитное поле так, чтобы направление магнитной индукции Z было перпендикулярно к оси J чувствительности датчиков силы 8 и 9 - У (направления на чертеже показаны координатной системой). При этом возникает пондермоторная сила Ампера, перпендикулярная направлению Z магнитной индукции и совпадающая с направлением оси чувствительности датчиков 8 и 9 силы. Эта сила равна сумме реакций проводника 1 на датчи(ки 8 и 9 силы.

5 От возникающего усилия соответственно меняются сопротивления .чувствительных элементов 10 и появляется разбаланс мостов в измерителе 20. Сигнал .разбаланса с учетом его

0 знак-а суммируется в измерителе 20 и преобразуется в выходной сигнал, пропорциональный величине магнитного поля.

Применение данного магнитометра

5 в измерительной технике магнитных величин повЕлшает точность измерения интегрального магнитного поля вдоль заданной оси магнитной системы более чем в б раз, одновременно повышая чувствительность примерно в 300 раз.

Его применение снижает влияние на измерение вибрационных возмущений, исключает динамические погрешности, упрощает конструкцию и облегчает съем и обработку информации.

Формула изобретения

Магнитометр, содержащий проводник, подключенный к источнику питания и закрепленный между двумя опорами, причем каждый конец проводника связан со своим датчиком силы, выход которого подсоединен к измерителю, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, индентор каждого датчика силы выполнен из металлокерамического твердого сплава, а чувствительный элемент - из монокристаллического германия ориентации (III) электронного типа проводимости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

magnetic field integrals, servizio Docuraentazione dei Laboratori Nazionali di Franscati del CNEN, LNF-71, 12,25, Mazzo, 1971.

П