Устройство для измерения распределения осевой компоненты магнитной индукции

 

Изобретение относится к технике магнитных измерений и предназначено для измерения в периодических системах с пролетными каналами малого диаметра. Цель - повышение точности и чувствительности измерений. Устройство содержит расположенные последовательно источник 1 линейно-поляризованного излучения, четвертьволновую пластину 2, поляризатор 3, светоделитель 4, микрообъектив 5, отрезок одномодового волоконного световода 6, установленные в отраженном от удаленного торца световода и выделенном светоделителем световом потоке лиолизатор 10 и фотопреобразователь 11, измеритель 14 отношений, дифференцирующий усилитель 17, индикатор 18, механизм 9 перемещения испытуемой магнитной системы 8 вдоль оси световода 6 с электроприводом. Цель изобретения - достигается введением модуляционно-компенсационной ячейки 7 Фарадея, синхронных детекторов 12, 13 на частоте модуляции и на удвоенной частоте модуляции соответственно. Опорные сигналы для синхронных детекторов 12 и 13 задаются генератором 19 и формируются цепями из формирователей 21, 20 и электронных ключей 24, 23 соответственно. При этом выход формирователя 21 через усилитель, образованный модулятором 22 и выходным усилителем 25 модулятора, соединен с модуляционной обмоткой ячейки Фарадея 7, на компенсационную обмотку которого нагружен усилитель, образованный предусилителем компенсатора 15 и усилителем 16 постоянного тока. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 33/032

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯ}4

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4463132/24-21 (22) 19.07.88 (46) 30.03.90. Бюл. Р 12 (72) В.В.Зеленков, В.И.Ио@ин и В.К.Николаев (53) 621. 317 (088.8) (56) Испытание магнитных материалов и систем. Под ред. А.Я.Шихина.-М.:

Энергоатомиздат, 1984, с. 302-304.

Авторское свидетельство СССР и 1320780, кл. G 01 R 33/032 1987.

ЯЮ ф я

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ:. ОСЕВОЙ KOHIIOHEHTH МАГНИТНОЙ

ИНДУКЦИИ (57) Изобретение относится к технике магнитных измерений и предназначено для измерения в периодических системах с пролетными каналами малого диаметра. Цель — повышение точности и чувствительности измерений. Устройство содержит расположенные последова1553910 тельно источник 1 линейно поляризованг ного излучения, четвертьволновую плас тину 2, поляризатор 3, светоделитель !

4, микрообъектив 5, отрезок одномодового волоконного световода 6, уста5 новленные в отраженном от удаленного торца световода и выделенном светоделителем световом потоке лиолизатор

10 и фотопреобразователь 11, измери тель 14 отношений, дифференцирующий усилитель 17, индикатор 18, механизм

9 перемещения испытуемой магнитной системы 8 вдоль оси световода 6 с ,электроприводом. Цель изобретения дос-;5 игается введением модуляционно-ком пенсационной ячейки 7 .Фарадея, сии)

i)

Изобретение относится к технике магнитных измерений и предназначено ля измерения распределения продоль- 25 ой (осевой) компоненты магнитной индукции в магнитных периодических фокусирующих системах (МПФС) с пролетны и каналами малого диаметра (0,2(,8 мм) и может быть использовано для 0 сследования топологии магнитного nos я в фокусирующих и других магнитных с истемах с большим диаметром и произi ольной формой сечения канала.

Цель изобретения — повышение точ« ости и чувствительности измерений.

На чертеже приведена структурная хема устройства.

Устройство содержит источник 1 лит ейно поляризованного зондирующего из-, 0 учения (Л), четвертьволновую пластинкуу 2 (Д /4), поляризатор (П) 3, свеч, оделит ель (СД) 4, микрообъектив (ИО) одномодовый волоконный световод ОВС) 6, модуляционно-компенсационную 5 ячейку 7 Фарадея (ЯФ), магнитную пе-: ф иодическую фокусирующую систему (ИПФС) 8, механизм. 9 перемещения МПФС

cl электроприводом (ИП), анализатор (,А) 10, фотопреобразователь (ФП) 1 I,, с инхронные. детекторы (СД) 12 и 13, 50 измеритель 14 отношения (ИО), предва, р ительный усилитель 15 компенсатора (ПУК), усилитель 16 постоянного тока (УПТ), дифференцирующий усилитель (ДУ) 17, выходной индикатор (ВИ) 18

55 г енератор 19 опорного сигнала (ГОС), формирователи (Ф) 20 и 21, электронь(ый ключ 22, предусилитель (ПУИ) 23, хронных детекторов 12 и 13 на частоте модуляции и на удвоенной частоте модуляции соответственно. Опорные сигналы для синхронных детекторов 12 и 13 задаются генератором 19 и формируются цепями иэ формирователей 21, 20 и электронных ключей 24, 23 соответственно. При этом выход формирователя 21 через усилитель „образованHbIH модулятором 22 и выходным усилителем 25 модулятора, соединен с модуляционной обмоткой ячейки Фарадея 7, на компенсационную обмотку которого нагружен усилитель, образованный предусилителем компенсатора 15 и усилите" лем 16 постоянного тока. 1 ил. электронные ключи (ЭК) 24, выходной усилитель 25 модулятора (ВУИ) .

Оптические элементы 2-6 расположены последовательно по ходу зондирующего излучения источника 1. В обратно отраженном от удаленного торца ОВС

6 и выделенном СД 4 луче последовательно расположены элементы А 10 и

ФП 11. ЯФ ? представляет собой часть

0ВС 6 на оси соленоида, содержащего модуляционную и компенсационную обмотки. МПФС 8 механически соединена с

MII 9, обеспечивающего юстировку и перемещение ИПФС 8 по оси ОВС 6 относи тельно его рабочего торца (зонда).

Выход ФП 11 параллельно подключен к сигнальным входам СД 12 и 13. Выходы СД 12 и 13 подключены соответственно к входам числителя и знаменателя ИО 14. Выход ИО 14 соединен с входом усилителя, образованного последовательно соединенными ПУК 15 и УПТ 16, выход которого подключен параллельно к компенсационной обмотке соленоида

ЯФ 7 и входу ДУ 17, выход которого соединен с входом ВИ 18. Выход ГОС

19, генерирующего на частоте 2х, соединен параллельно с входами формирователей Ф 20, 21, формирующих синфазные сигналы с частотами соответственно 2ыи ы. Выход Ф 20 через электронный ключ ЭК 22 соединен с- опорным входом СД 13. Выход Ф 21 через ЭК 24 соединен с опорным входом СД 12. Одновременно выход Ф 21 подключен к входу усилителя, образованного последовательно соединенными ПУИ 23 и ВУИ 25, (4) + 2I д 8созы t

46г

8о

2I Е,Е cosa) t

1 — -I 82соз2Ыt о о (5) То sin В, 8 =8,совы t; в„= — ) в(к)а, 2Ч

Ро (3) (6) 5 15539 выход которого нагружен на модуляционную обмотку ЯФ 7, настроенную в резонанс на частоте ur..

Устройство работает следующим об-. разомом.

Излучение источника 1 через четвертьволновую пластину 2, поляризатор 3 и светоделитель 4 микрообъективом 5 вводится в отрезок одномодового 10 волоконного световода 6. Отраженное от рабочего торца излучение возвращается по ОВС 6 и светоделителем 4 направляется через .анализатор 10 на фотопреобразователь 11. Четвертьволновая пластина 2 и поляризатор 3 установлены таким образом, чтобы излучение на входе анализатора 10 имело максимальную степень линейной поляризации. Анализатор установлен на ми- 20 нимум пропускания.

Модуляционный канал, включающий в себя блоки 19, 21, 23, 25 и 7, обеспечивает азимутальную модуляцию положения плоскости поляризации излу- 25 чения, распространяющегося в ОВС 6.

На выходе А 10 интенсивность излучения изменяется при отсутствии испытуемой МПФС 8 в с о от ветс твин с с оотноше нием 30 где I, I 0 — интенсивность на выходе и входе A 10 соответственно;

ы — угловая частота модуля- 40 ции; — время.

Для малых 6 выражение (1) имеет вид:

IяI 8 cos utt=I 8 + I 9 cos2vt

1 1 о о о о 2 о о ()

Таким образом, выходной сигнал

ФП 11 содержит постоянную составляю-, 50 щую и сигнал второй гармоники частоты модуляции. При введенном зонде в канал испытуемой МПФС 8 в ОВС 6 возникает дополнительный постоянный угол пОВОр От а плОс к Ости поляризации из 55 лучения, распространяющегося в ОВС 6:

10 6 где U — постоянная Верде материача

ОВС 6; ро — магнитная постоянная;

8(Z) — функция распределения продольной компоненты магнитной индукции по оси канала

ИПФС 8

Z — координата положения рабочего торца ОВС 6 (расстояние от центра ИПФС 8) .

Перед началом измерений рабочий торец должен выступать за пределы

МПФС 8 на расстояние, приблизительно- равное внешнему диаметру МПФС 8, где магнитным полем можно пренебречь, а Z = ao . Теперь на выходе А 10 возникает сигнал на частоте модуляции:

I = — — Ie + I 8 + — — Ie cos2W+

1 1 о о о

СД 12 и СД 13 усиливают и детектируют сигналы первой и второй гармоник фототока. На выходе ИО 14 сигнал пропорционален отношению сигналов этих гармоник

Таким образом, выходной сигнал ИО

14 пропорционален наведенному ИПФС 8 углу поворота плоскости поляризации и обратно пропорционален амплитуде азимутальной модуляции и не зависит от интенсивности излучения на входе

ФП 11. СД 12 и СД 13 управляются синфаэными сигналами ЭК 24 и ЗК 22. Быстрые и медленные, изменения интенсивности излучения оказывают одинаковое действие на сигналы rармоник, работу

СД 12 и СД 13 и оказываются скомпенсированными в ИО !4. Углы 6„ и О, пропорциональны магнитооптической постоянной Верде ОВС 6, поэтому выходной сигнал ИО 14 не зависит от температурных и временных изменений V. Указанные факторы обеспечивают достижение положит.ельного эффекта изобретения °

При перемещении испытуемой МПФС 8 относительно зонда происходит изменение интегрального действия (3) МПФС 8 на ОВС 6

e,(z) = — f e(q)e Y

2V

Ро

1553910

Усилитель (ПУК 15 и УПТ 16) на груженный на компенсационную обмотку соленоида ЯФ 7, усилиЬает сигнал ИО

14 и непрерывно отслеживает изменения

g<(Z) Компенсационная обмотка соле5 ноида ЯФ 7 создает маг«п«тное поле,„ которое компенсирует наведенный ИПФС

1 8 угол поворота 6 (Z), создает поворот плоскости поляризации излучения

ls ОВС 6, равньп«O„(Z), но противопоожного знака. Ток в компенсационной обмотке соленоида ЯФ 7 пропор««««онале««

9 (Е) . Изменения во времени 6„(Х) силиваются дифференцирующим усилиелем 17 и выводятся на ВИ 18. Выход«ой сигнал ДУ 17 пропорционален зна4ению магнитной индукции в окрестноси рабочего торца ОВС 6 в пределах

ara перемещения ИПФС 8 10 ,1„8„(z) = v — -Å (Î v a(z),(7)

Z д г je г р де U — скорость перемещения МПФС 8;25

Z = V t, Для устойчивой работы СД 12, СД

3 и ИО 14, а также для обеспечения змерения знакопеременных магнитных олей, характерных для МПФС 8, вво- 30 фится псевдоповорот плоскости поляри. ации путем поворота А 10 на угол

8р < 0,59о (8)

В компенсационном соленоиде автоь тически поддерживается ток, пропорональный 8<. При изменении знака происходит увеличение (уменьшение) плитуды сигнала первой гармоники, «0

1то позволяет осуществить индикацию распределения магнитной индукции пол ей различной ориентации. Суть рабо «ты устройства при этом не изменяется .

Формула и з обр ет ения

Устройство для измерения распредел ения осевой компоненты магнитной инл; укции, содержащее оптический блок, включающий в себя оптически соединеннЫе и расположенные последовате««ьно нй одной оси источник линейно поляризованного излучения, четвертьволновую п «ас тинку, попяризатор, светоделитель. микрообъектив, отрезок одномодового волоконного световода, установленные в обратно отраженном от удаленного торца световода и выделенном светоделителем луче анализатор и фотопреобраэователь„ а также механизм перемещения испытуемой магнитной системы вдоль оси световода с электроприводом и электронный блок, включающий в себя информационный канал, состоящи«« из измерителя отношения, вход числителя которого соединен с фотопреобразователем, а выход через дифференцирующий усилитель — с выходным индикатором, отличающее ся тем, что, с целью повьппения точности и чувствительности измерений,в оптический блок введена модуляционно-компенс аци онна я яч ей ка Фара де я, раб очим т елом которой является часть длины отрезка одномодового волоконного световода, удаленная от рабочей части световода, в электронный блок введены модуляционньп«канал, вьп«олненный в виде генератора опорного сигнала, соединенного с формирователями синфазных сигналов, выходы которых соединены с соответствующими электронными ключами, а выход формирователя на частоте модуляции соединен с усилителем, нагруженным на модуляционную обмотку соленоида ячейки Фарадея, опорный канал, состоящий из синхронного детектора второй гармоники фототока, сигнальный вход которого соединен с фотопреобразователем управляющий вход — с выходом соответствующего электронного ключа модуляционного канала, а выход — с входом знаменателя измерителя отношения сигналов первой и второй гармоник фототока, а в информационный канал дополнительно введены синхронньп«детектор первой гармоники фототока, c,èãíàj«üíüïi вход которого соединен с .выходом фотопреобразователя, управляющий вход— с выходом соответствующего электронного ключа модуляционного канала, а выход подключен к первому входу измерителя отношения, выход которого соединен с усилителем, нагруженным на компенсационную обмотку соленоида ячейки Фарадея и вход дифференцирующего усилителя.