Магнитный экран Советский патент 1982 года по МПК G12B17/02 

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для защиты магниточувствител ных элементов различных физических и измерите/1ьных приборов и установо от, например, составляющих земного магнитного поля, поскольку обеспечивает избирательное уменьшение интенсивности двух заданных квадратур ных компонент вектора индукции магнитного поля, что позволяет использовать подобный экран совместно с модульным квантовым магнитометром в качестве измерителя вариаций третьей неослабляемой компоненты поля. Известен магнитный экран, содерж щий п тонкостенных цилиндрических оболочек с открытыми концами Недостатком такого устройства является низкая стабильность и малая анизотропия коэффициента экрани рования. Наиболее близким по технической сущности является магнитный экран. содержащий п тонкостенных цилиндрических экранирующих оболочек/ между которыми расположены немагнитные прокладки из вспененного гранулированного полимерного материала z. Недостатком такого экрана является ограниченная область применения из-за малой избирательности и низкой стабильности коэффициента экранирования. Известное устройство может быть использовано лишь для устранения внешних магнитных полей внутри рабочей полости экрана.независимо от ориентации этих полей. Применение же его для селективного ослабления заданных компонент вектора индукции магнитного поля полностью исключено. Так, коэффициент экранирования по продольной оси цилиндрической трубы диаметром 8 см, изготовленной из прецизионного сплава 79НЗМ с начальной магнитной проницаемостью 5-10 равен ,501. Темпёратурные изменении проницаемости материала экрана (0,25 /град) при увеличении температуры всего лишь на ведут к увеличению коэффициен та экранирования до к aljBOS. Пусть внешнее измеряемое поле, в которое помещен экран, имеет интенсивность ,4 Э и направлено вдоль оси экрана. В этом случае указанные температурные изменения коэффициента экрани рования приводят к изменению напряженности поля внутри экрана на велимину )H/kQkQ 12 j; что совершенно недопустимо. В то же время расчетный коэффициент экранирования подобного экрана в направлении, перпендикулярном оси, равен всего лишь 18,7 поэтому в общем случае внутри экрана присутствуют интенсивные мешающие составляю-щие вектора напряженности магнитного поля, ортогональные оси экрана и исключающие возможность компонентных измерений. Цель изобретения - повышение избирательности и стабильности коэффициента экранирования. Для достижения указанной цели в магнитном экране, содержащем п экранирующих оболочек с расположенными между ними немагнитными прокладками экранирующие оёолочки и немагнитные прокладки выполнены в виде колец, расположенных соосно. Площадь поперечного сечения экранирующих оболоче возрастает от середины к краям экрана, так что9ц/5о 1 3 где 5, - площадь поперечного сечения у краев экрана, а SQ - в средней части экрана. Кроме того.толщина немагнитных прокладок лежит в пределах : , где а - ширина экранирующих оболочек, t - толщина немагнитных прокладок, Т- толщина экранирующих оболочек. На фиг. 1 представлена конструкция экрана; на фиг. 2 - зависимость параметров исследованной модели экрана от его характерных размеров. Магнитный экран содержит (см. фиг. 1) экранирующие оболочки 1 и немагнитные прокладки 2. Магнитный экран работает следующи образом. Экранирование внешнего магнитного поля достигается, как и у известных магнитных экранов,за счет низкого магнитного сопротивления экранирующих оболочек. Однако в направлении оси экрана магнитное сопротивление велико за счет наличия большого числа немагнитных зазоров, а в направлении перпендикулярном оси - м.ало из-за наличия большого числа экранирующих обоАочек с высокой магнитной проводимостью, расположенных в параллельных плоскостях. , Построение адекватной математимеской модели предлагаемой конструкции экрана затруднено. Поэтому исследована уменьшенная модель экрана с длиной 75 мм, собранная из нескольких сотен колец, изготовленных из сплава 79 НМ. Толщина немагнитных прокладок изменялась от , до 0,798 мм. В±1ешнее магнитное поле частоты 20 Гц -создается кольцами Гельмгольца, отнесенными от экрана на 0,75 м, и соответствующим низкочастотным генератором. Величина напряженности поля внутри экрана измеряется с помощью малогабаритного магнитоиндукционного датчика с пер. маллоевым сердечником. Увеличение площади сечения магнит ного экрана и соответствие гёометрических размеров приведенному неравенству приводит к возрастанию анизотропии коэффициента экранирования, Графики (фиг. 2) показывают, что коэффициент экранирования предлагаемого магнитного экрана резко анизотропен. Мера анизотропии ,S (Kj-l)/ (kcj-l), где KQ и к - соответственно коэффициенты экранирования вдоль оси экрана и в направлении, перпендикулярном оси. Таким образом, выполнение экранитрующих .оболочек в виде соосных колец позволяет создать экран с весьма peS ко выраженной избирательностью коэффициента экранирования. Например при 2,8, ,5 9930. Подобный экран ориентирован по вертикали и помещен в земное магнит ное поле с вертикальной компонентой, например, Z 0, Э и горизонтальной составляющей х 0,1 Э. Внутри экрана, например, ),8 получим;2:o Z/Kj,0,393 Э и . С помощью квантового (протонного или гелиевого) магнитометра, чувствительная ячейка которого помещена в центральную часть экрана, можно определить значение модуля полного вектора напряженности 1агнитног го .поля вну.три экрана: Vzo4x Z(, ( И 1119. 1 О jfez . Таким образом, в данном случае модульный магнитометр реагирует только на вертикальную компоненту земного магнитного поля и ее вариации, незначительно уменьшенные по интенсивности. Величина Кр-Г мала (фиг. 2) и достаточно стабильна вследствие увеличения избирательности коэффициента экранирования Поэтому комбинация из, предлагаемого магнитного экрана и модульного магнитометра может использоваться в качестве компонентного вариометра для измерения величины вариаций геомагнитного поля. Таким образом, предлагаемый магнитный экран позволяет расширить тра диционную область применения магнитных экранов (ослабление магнитный по лей, созданных внешними источниками внутрирабочей полости экрана независимо от ориентации этих полей) и использовать экран в качестве основного узла магнитометрической системы. Применение подобного экрана позволяет выполнять компоненты измерения вектора напряженности магнитного поля с помощью высокоточных модульных квантовых магнитометров. формула изобретения 1 . Магнитный экран, содержащий п экранирующих оболочек с ра сположенными между ними немагнитными прокладками, отличающий с.я тем, что, с целью повышения избирательности и стабильности коэффициента экранирования, экранирующие оболочки и немагнитные прокладки выполнены в виде колец, расположенных соосно. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что площадь поперечного сечения экранирующих оболочек возрастает от середины к краям экрана; так что5к/5о 1 3, где S - площадь поперечного сечения у краев экрана, а S, в средней части экрана. 3. Устройство по пп. 1 и 2. отличаю е е с я тем, что толщина немагнитных прокладок лежит в пределах Т , где а - ширина экранирующих оболочек, t - толщина немагнитных прокладок, толщина экранирующих оболочек. Источники информации, принятые во iBHViMaHHe при экспертизе 1.Mager А. Magnetic shteTdlng Efficiencies df Cylindrtcal shells with Akls Parallel to the Field. aournal of Applied Physics, 1968, 39 V 3, February. 2.Авторское свидетельство СССР W 687391, Ю1. Q 01 R 1/18, от 26.12.76.

Кв «

KJ.

(

т

V г;/г

2,8 Фия.