Способ определения максимального значения индукции магнитного поля и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области магнитных измерений. Цель изобретения - расширение функциональных воз- :можностей и повышение точности измерений быстроизменяющихся магнитных полей. На магниторезистивное вещество преобразователя 1 с токовыми и потенциальными вьгоодами воздействует источник 10 исследуемого магнитного поля и система 4 для создания магнитного постоянного ПОЛЯ смещения той же полярности, что и исследуемое магнитное поле. По окончании воздействия исследуемого магнитного поля постоянное поле смещения исключается и включается система 6 для создания посто- tg янного эталонного магнитного поля. При этом производится замер сигнала магнитосопротивления посредством бло- .ка 3 регистрации электрического сигнала преобразователя. Используя иэме- s сл

СО}ОЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК,. SU Ä„282025

А1 (gg 4 G 01 R 33/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

r1O ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3778847/24-21 (22) 03.08.84 . (46) 07.01.87. Бюл. й- 1 (71) Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе (72) В.В.Попов, В.Д.Прочухан, Ю.В.Рузь и В.Е.Скорюкин (53) 621.317.44(088.8) (56) Проскурякова С.Ф,,Чебурков Д.И., Ягола Г.К., Спиридонов P.Â. Современные методы и средства измерений магнитной индукции сильных импульсных магнитных полей. — Обзоры по электронной технике. Сер. 1, вып. 1 (923), 1983, с. 3-9.

Кобус А., Тушинский Я. Датчики

Ф

Холла и магнитореэисторы. M.: Энергия, 1975.

1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО

ЗНАЧЕНИЯ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области магнитных измерений. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей и повышение точности измерений быстроизменяющихся магнитных

:полей, На магниторезистивное вещество преобразователя 1 с токовыми и потен циальными выводами воздействует источник 10 исследуемого магнитного поля и система 4 для создания магнитного постоянного поля смещения той же полярности, что и исследуемое магнитное поле ° По окончании воздействия исследуемого магнитного поля постоянное поле смещения исключается и включается система 6 для создания посто- со янного эталонного магнитного поля.

При этом производится замер сигнала магнитосопротинления посредством бло- С ка 3 регистрации электрического сигнала преобразователя. Используя изме- Я

Ьюав

Ю

QO

Ю

М

Сп

1 2822025 ренную велич ую величину магнитосопротивлейия результирующего магнитного поля, вози известную величину индукции эталон- действующего на магниторезистивное ного магнитного поля, рассчитывают вещество преобразователя 1, и находят дифференциальное м фф енциальное магнитосопротивле- искомую величину максимальной индукние. Из градуировочной кривой опре- ции магнитного поля. 2 с.п. ф-лы, деляют величину максимальной индукции 3 ил, 1

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для определения максимальных значений индукции как периодических, так и одиночных импульсных переменных магнитных полей, для градуировки и по,верки измерительных преобразователей и тесламетров на их основе.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей и повы.шение точности измерений быстроизменяющихся магнитных полей.

На фиг.1 представлена зависимость изменения сопротивления магниторезистивного вещества преобразователя— кристаллического халькопирита и-типа проводимости при рабочей температуре

Т = 1,6 К от магнитного поля, на фиг.2 — зависимость дифференциального магнитосопротивления магниторезистив- 21) ного преобразователя на основе кристаллического халькопирита и-типа проводимости от магнитного поля, которая может быть использована в качестве градуировочной кривой при определении максимального значения магнитного поля (показана зависимость чувствительности т = dr>„ /dB преобразователя от магнитного поля), на фиг.3 — функциональная схема устройства для определения максимального значения индукции магнитного поля.

Устройство содержит магниторезистивное вещеатво преобразователя 1 с токовыми и потенциальными выводами, 35 генератор 2 тока преобразователя, блок 3 регистрации эле..трического сигнала, систему 4 для создания постоянного магнитного ноля смещения, блок 5 питания системы для создания постоянного магнитного поля смещения, систему 6 для создания постоянного .эталонного магнитного поля, блок 7 системы для создания постоянного эталонного магнитного поля, криостат 8, 2 криостатирующую жидкость 9, источник

10 исследуемого магнитного поля.

Сущность способа основана на использовании гистерезисной зависимости магнитосопротивления магниторезистивl

toto вещества преобразователя (фиг, 1) .

При увеличении индукции магнитного поля от нуля до максимальной величины, например до В,, изменение сопротивления дг(В) = r(B) — г(0) (где

r(B) †. значение сопротивления вещества преобразователя в магнитном поле с индукцией В) происходит по криволинейной огибающей (штрихпунктирная ли-, ния на фиг.1). При последующем уменьшении магнитного поля величина pr(B) изменяется по другому закону (сплошная линия a — - обратная ветвь гистерезисной зависимости), причем характер этого закона остается неизменным при любых изменениях величины магнитной индукции как при ее уменьшении, так и увеличении, не превышающих максимальную, т.е. обратная ветвь стабильна. При превышении ранее достигнутой максимальной величины, например при возрастании до величины В после достижения В, ar от точки А до точке ки Б снова меняется по огибающей, а затем, при уменьшении поля, IIo другой обратной ветви — по линии 5 и т.д.

Таким образом закон изменения в магнитном поле обратной ветви гистерезисной кривой pr(B) определяется только величиной максимальной индукции магнитного поля В „,, достигнутой ранее„и не зависит от воздействия любых других магнитных полей воздействующих на вещество, если их величина не превышает В, . Определив этот закон путем измерения ьг в эталонном постоянном магнитном поле В с.В и зная заранее, путем градуйровки магниторезистивного преобразователя перед измерением, вид огибающей, мож1282025 но судить о максимальной величине индукции магнитного поля, воздействовавшей когда-либо ранее на магниторезистивное вещество преобразователя, которая однозначно определяется проекцией точки пересечения огибающей и обратной ветви гистерезисной зависимости на ось абсцисс.

Закон изменения r(B) обратной прямолинейной ветви гистерезисной 10 кривой, изображенной на фиг.1, можно численно охарактеризовать величиной дифференциального магнитосопротивления г, которое численно равно

15 га„,„= аг(В)/В, Ом Т, (1)

В этой формуле г „ неизменно при любых значениях В, не превьппающих максимальную индукцию В „, . Каждому значению В „„ можно соотнести опре- 20 деляемое им значение r>, которое можно рассчитать по формуле (1) из измеренной величины магнитосопротивления дг(В „).

Зависимость г,(В,), показанная25 на фиг.2, имеет участок г,„„ (В„,) = .= const в интервале В = О,..., МаКС

0,6 Т, Соответственно в этом интервале максимальных магнитных полей чувствительность преобразователя г = ЗО

= Йг „ ИВ „, = О, т.е. информация омагнитных полях с максимальной индукцией,меньшей 0,6 Т, теряется.

На магниторезистивное вещество преобразователя воздействуют извест- 35 ным постоянным магнитным полем смещения В, = О 6, . ° ., 0,7 Т того же направления, что и исследуемое магнитное поле. В этом случае результирующее максимальное поле, воздейству-40 ющее на магниторезистивное вещество еед преобразователя В = В + В„ будет всегда больше 0,6 Т, и, следовательно, чувствительность т будет больше нуля при любых значениях

В „, > О. После того как исследуемое и смещающее магнитное поле прекратят свое воздействие на магниторезистивное вещество преобразователя, ае величину Бм „, можно определить по величине га, из кривой га„ (В „„,), (фиг„2), после чего, зная заранее величину В-,, определяется величина максимальчого исследуемого магнитного

Одновременное воздействие постоянного магнитного поля смещения является необходимым, так как определение величины индукции магнитного поля величиной меньше 0,6 Т невозможно изза наличия участка нулевой чувствительности магниторезистивного преобразователя в интервале полей О,..., 0,6 Т (фиг.2). Поле смещения В „

= 0,6, ..., 0,7 Т, суммируясь с исследуемым полем, создает результирующее поле, которое всегда превышает величину 0,6 Т и,следовательно, область регистрируемых магнитных полей выходит за пределы участка с нулевой чувствительностью.

Для того, чтобы иметь возможность точно, рассчитать r „, необходимым для достижения поставленной цели является измерение магнитосопротивления вещества в эталонном поле после прекращения воздействия на данное вещество как исследуемого магнитного поля, так и поля смещения. Если указанное измерение проводить при воздействии суммарного магнитного поля

В = В + В, + В „, после того как В прошло свое максимальное иссл значение, то невозможно определить r по вьппеприведенной формуле, так как величина В„„„ неизвестна.

Исключение исследуемого магнитного поля приводит к тому, что в формулу (1) входит только точно известная величина В, . Поле смещения также необходимо исключить для того, чтобы эталонное магнитное поле было заведомо меньше результирующего магнитного поля, которое воздействовало на магниторезистивное вещество преобразователя до измерения дг(В, ). После исключения магнитного поля смещения совместно с исследуемым магнитным полем, измерение дг(В ) и расчет г дает информацию о численном значении индукции В исследуемого магнитмакс ного поля независимо от величины последней.

Устройство работает следующим образом.

Устройство размещается в объеме, где создается исследуемое магнитное поле, например между полюс«ми магнита 10. Перед измерением, системой 4 для создания магнитного поля смещения создается известное постоянное магнитное поле, той же попярности, что и исследуемое, оба поля совместно воздействуют на магниторезистивное вещество преобразователя 1. Поле сме.— щения исключается после того, как исследуемое поле закончило свое воздей1282025 ствие на магниторезистивное вещество преобразователя 1. Затем включается система б, для создания постоянного эталонного магнитного поля, которое в свою очередь воздействует на магниторезистивное вещество преобразователя 1, при этом проводится замер сигнала магнитосопротивления в известном эталонном магнитном поле с помощью блока 3 регистрации электрического сигнала преобразователя 1 (вольтметра постоянного тока или потенциометра). Используя измеренную величину магнитосопротивления и известную величину индукции эталонного магнитного

° поля, рассчитывают дифференциальное магнитосопротивление, по которому из градуировочной кривой определяют. величину максимальной индукции результирующего магнитного поля, воздействовавшего на магниторе-НсТНВНОе вещество преобразователя 1, откуда, зная

В находится искомая величина максимальной индукции магнитного поля.

В качестве магниторезистивного . преобразователя 1 используют прямо угольную пластину из и — CuFeS > (халькопирита) размером 10 х 1 х .х 0,5 мм с припаянными к ней индием токовыми и потенциальными выводами.

Блок 3 регистрации электрического сигнала с магниторезистивного преобразователя состоит из потенциометра— усилителя P-348. При калибровке преобразователя 1 к выходу подключался двухкоординатный самописец "$ ша с".

Формула изобретения

1. Способ определения максимального значения индукции магнитного поля, включающий воздействие исследуемого магнитного поля на магниторезистивное вещество преобразователя и измерение его магнитосопротивления, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей и повышения точности измерений быстроиэменяющихся магнитных полей, на магниторезистивное вецество, обладающее стабильной обратной ветвью гистереэисной зависимости сопротивления от магнитного поля, одновременно с исследуемым магнитным полем воздействуют постоянным магнитным полем смецения того же направления величиной 0,6...0,7 Т, после прекрацения указанного воздействия на магниторезистивное вещество воздействуют постояйным эталонным магнитным нолем того же направления величиной 0 с В с с 0,6 Т, измеряют магнитосопротивление вещества в этом поле и определя ют искомый параметр из соотношения

20 лг (В) Ом

r (†)

В Т

A где дг(В) — изменение магнитосопротивления, r — дифференциальное магнитосопротивление, определяемое из градуировочной кривой.

2. Устройство для определения максимального значения индукции магнитного поля, содержащее магниторезистивный преобразователь и соединенный с ним блок регистрации электрического сигнала, о т л и ч а ю— щ е е с я тем., что, с целью расширения функциональных возможностей и

35 повышения точности измерений быстроизменяющихся магнитных полей, в него введены соосно расположенные катушки для создания постоянного магнитного поля соответствующими источниками по40 стоянного магнитного поля смещения и постоянного эталонного магнитного поля, а в качестве магниторезистивного вещества преобразователя использован кристаллический халькопирит п-типа 4> проводимости, размещенный в криостате, 1282025

Редактор Н.Иарголина

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного кдмитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 7260/42

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

4ю

3 го

Фгфд

l5

М

6 lл

Составитель М.Клыкова

ТехредД.Сердюкова Корректор Л.Пилипенко