Способ измерения неоднородности индукции постоянного магнитного поля

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (504 G 01 R 33/02 рсрр iл1р у, g

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A8TOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3676969/24-21 (22) 23.12.83 (46) 15.04.86. Бюл. У 14. (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) В.В.Калиниченко (53) 621.317.44(088.8) (56) С.Germain Nuclear Instruments

and Methods Vol. 21 (1963), рр.17-46.

Авторское свидетельство СССР

У 855565, кл. G 01 R 33/02, 1979. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТИ ИНДУКЦИИ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, включающий размещение в исследуемом магнитном поле системы из я: параллельных друг другу жестко соединенных прямолинейных проводников, имеющей одну степень свободы в направлении, перпендикулярном к направлению натяжения проводников, возбуждение вынужденных механических колебаний системы проводников относительно положения ее устойчивого равновесия путем пропускания через каждую соседнюю пару проводников возбуждающих токов в виде периодической последовательности однополярных импульсов, при этом токи в проводниках пары противоположно направлены и равны, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности, в установившемся ре.,&3 1224755 А жиме колебаний измеряют амплитуду возбуждающего тока и амплитуду вынужденных механических колебаний системы проводников, а также сдвиг фаз между первой гармоникой возбуждающего тока и вынужденными механическими колебаниями системы проводников, о знаке неоднородности судят по указанному сдвигу фаз, а абсолютное значение неоднородности определяют из соотношения где а В„„= Ц „— Ь„, б, и B„сРеДнее значение магнитной индукции на площадке шириной 2 А, вдоль i -ro и

К -го проводников соответственно. где — масса системы проводников; Я З вЂ” циклическая частота свободных механических колебаний; о — коэффициент затухания,, — циклическая частота возбуж- р дающего тока;

" — амплитуда вынужденных стационарных колебаний системы проводников;

СЛ

1 — амплитуда первой гармоники возбуждающего тока; — длина проводников.

1 1224

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для исследования постоянных магнитных полей большой протяженности, используемых, и частности, н электро,5 физической аппаратуре.

Цель изобретения — повышение точности, измерений неоднородности магнитного поля.

На фиг. 1 изображена система проводников, расположенных н магнитном поле (проводники параллельны оси У, которая перпендикулярна плоскости чертежа), на фиг.2 — пример реализации способа.

Система проводников 1 — оболочка, обеспечивающая "жесткость" проводникам 4 —, k — o и жесткую связь между ними. Х и Z — координатные оси,  — вектор магнитной индукции, S— расстояние между соседними проводниками, генератор 2 однополярных импульсов, измеритель 3 параметров импульсон, фазометр 4, датчик 5 перемещения.

Способ осуществляют следующим образом.

Систему проводников 1 помещают и исследуемое магнитное поле. Показанное, например, на фиг. 1 и 2 размещение системы проводников 1 позволяет

30 измерять неоднородность вертикальной (параллельной оси Z) компоненты магнитной индукции поля, имеющего большую протяженность по оси У.

Конструкция, обеспечивающая системе проводников возможность занимать 35 необходимое положение в исследуемом поле, должна обеспечить системе проводников одну степень свободы (в данном примере вдоль оси Х) и одно четко выраженное положение устойчивого равновесия. Через пару соседних проводников системы (например,, и k ) пропускают возбуждающие токи н виде периодической последовательности однополярных импульсов,.при этом токи в проводниках пары противоположно направлены и равны. Регулируя амплитуду возбуждающего тока, добиваются установления вынужденных:механических колебаний системы проводников с амплитудой, существенно .превышающей амплитуду "шумовых" колебаний указанной системы, вызванных внешними механическими воздействиями (вибрациями, сотрясениями. и пр.).

В стационарном режиме вынужденных механических колебаний системы проводников, возбужденных вследствие си» л В, В„-В.; (E) ЬВ =СА, (I „, где ЬВ„„= 6„-Ь„, В„и б — среднее значение магнитной индукции на площадке шириной 2А вдоль „ -го и

К -го проводников соответственно.

С,= . (.,7. -а 3 - В Я (, где т — масса системы проводников;

3, — циклическая частота свободных механических колебаний; — коэффициент затухания; — циклическая частота возбуждающего тока;

А,„ - амплитуда вынужденных стационарных колебаний системы проводников, 1 — амплитуда первой гармоники п возбуждающего тока;

I . — длина проводников .

Знак неоднородности определяют исходя из следующих предпосылок.

Сдвиг фаз между первой гармоникой возбуждающего тока и вынужденными механическими колебаниями системы проводников зависит от знака неоднородности: в зависимости от знака неоднородности указанный сдвиг фаз может принимать значения Р или

Y +Ti.:В частности, при Я =иЭ,, устремится к - /2 и, соответственно, сдвиг фаэ принимает значение -1 /2 или +(Т/2 н зависимости от знака неоднородности. В конкретном устройстве, реализующем предлагаемый способ, путем соответствующего выбора направления возбуждающего тока, соответствующей фазировки выходного напряжения датчика перемещения и пр. всегда можно осуществить привязку".

Например, отрицательному значению

Лд„„ будет соответствовать сдвиг фаз

-3 /2, а положительному +М/2. В общем случае„ фаза вынужденных колебаний

У принимает значение от О до — 7 в зависимости от частоты возбуждения.

Затем пропускают возбужданхций ток

755 2 лоного действия неоднородного магнитного поля на указанную пару проводникон с токами, измеряют фазу и амплитуду воэбуждаюшего тока, фазу и амплитуду механических колебаний системы проводников.

Ис:пользуя полученные при измерении значения указанных параметров, определяют абсолютное значение неоднородности магнитной индукции ЛВ„. на интервале Я между проводниками и К

12247

1О

20 . =? ье

J Р ) т\ ) I с где.я е

30

40

50 через другую пару проводников и, повторяя перечисленные выше операции, находят значение и знак неоднородности на интервале между проводниками выбранной пары.

Покажем справедливость соотношения (1). Пусть система проводников

1 помещена в магнитное поле с вертикальной компонентой магнитной индукции В (фиг.1). При пропускании через пару проводников, например, j и к одинаковых по величине пр6тивоположно направленных токов на систему проводников 1 в направлении оси Х будет действовать равнодействующая сила, равная F. -F где F. u F — соответ.) к .) к ственно силы, действующие на проводники j и К, при этом в однородном поле равнодействующая сила равна нулю, а в неоднородном — отличается от нуля и направлена в сторону больших значений индукции °

Если через указанную пару пропускают периодические токи, равнодействующая сила будет периодической функцией времени, под ее действием система проводников 1 совершает вынужденные колебания с амплитудой А

Примем для определенности и упрощения расчетов, что однополярные импульсы возбуждающего тока являются прямоугольными с амплитудой I при этом длительность импульса составляет половину периода частоты повторения. С той же целью будем считать, что = .. В этом случае P =-П/2.

Пусть система проводников 1 находится в положении устойчивого равновесия. На элемент длины М проводника ) с током 1 действует сила

"F„- T Ь(х. у )1Е где X. и У вЂ” координаты элемента Я о в положении устойчивого равновесия.

Кроме того, заметим, что 1)". =-С)У

При колебании системы проводников 1 элемент д(совершает перемещение вдоль оси Х в окрестности У.„ на расстояние + ")„ причем за время действия импульса 1 происходит переход системы проводников 1 из одного ее

55 4 крайнего положения в другое (так как P =-))/2). Игновенное значение силы изменяется в соответствии с изменением магнитной индукции по оси Х, среднее значение силы за время действия импульса тока (т ° е. за половину периода) определим как

<3F. — — J Ь(Х, Ч. 1дх 4Г.

2А -А

Среднее значение силы, действующей на весь проводник j за тот же интервал времени определим как

+А

)= - - f f )) ) x„÷ ) ü õ û, > А„

Ь, В - Ь(,юд, Гз А т.е. 8. представляет собой среднее значение магнитной индукции на площадке шириной 2 A вдоль ) -го проводника.

Заметим, что при прямоугольном импульсе тока импульс силы также явля ется прямоугольным, его амплитуда равна приведенному выше среднему значению F„.

Аналогичйо, на проводник K действует сила „„=? в„е

Амплитуда п первой гармоники вынуждающей силы, действующей на систему проводников 1, с =(ь.-в„)1 е, где I — амплитуда первой гармоники

m1 возбуждающего тока.

Тогда амплитуда колебаний

А =F le, g ) откуда с учетом значения F получают соотношение (1).

1224755

Составитель В. Шульгин

Техред И.Гайдош Корректор 0-Луговая

Редактор А.Ренин

Заказ 1948/46 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4