Вибрационный магнитометр

 

Изобретение касается измерения магнитных величин и может быть исьол зовано для измерения функциональной загисимости намагниченности от напряженности внешнего намагничивающего поля Цель изобретения - повышение производительности магнитометра Цель достигаемся тем чю он снабжен корректир ющим звеном 16, стабилизатором 23 тока, элементом 25 уп равлрьия, блоком 24 согласования, параметрическим датчиком 17, детектором 13. выполненным синхронным, стержневыми иками 18 закрепленных на одном ссночонии 19, а также тем, что на одном сердечнике pasveiueHbi обмотка 20 позбуж- , и приемная обмотка 2 i, а га лр тог- - компечгациончзя сбмотка 22. Устройство также содержит электромагнит 1, источник 2 питйния. датчи - 3 noiq, блок 4 измерения поля, полюсные наконечники 5, задающий генератор 6, усилитель V моа;ности вибоатор 8, стержень 9, образец 10, измерительные обмотки 11, усилитель 12, блок 14 регистрации, датчик 15 амплитуды. 2 ил.

СО ОЗ СОВЕ ГГКИХ

СОЦИАГИСТИЧЕСКИХ

РЕ СГ1УВЛИК (51)5 6 01 R 33/12 (ОсудАРс ГВеныь.1Й кОмитет

ПО И:ОВРЕТЕНИЯМ И О КРЫТИЧМ

ПРИ ГКН СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А8Т0РСК0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4413872/21 (22) 20.04.88 (46) 07,02.91. Бюл. ¹ 5 (71) Завод-ВТУ3 Красноярско1с политехнического института (72) В.H. Сэунин (53) 621.317,44 (088.8) (56) Измерительная техника. 196i, ¹ 10 с. 53-57. (54) ВИБРАЦИ(1ННЫЙ МАГHNT<)METP (57) Изобретение касается измерения магнитных величин и может быть ис1;ол1-""=,îààìo для измерения функциональной зависимости намагниченности от напряженно",ти внешнего намагничивающего поля. Цель изобретения — повышение производи гел ьности магнитометра. Цель достигае ся тем.

„„SU„„162623", А1 ч го он снэбжен корректир; ющим звеном 16, стабилизатором 23 тока, элементом 25 уп равления, блоком 24 соггагованил, параметрическим датчиком 17, детектором 13, выполненным синхронным, стержневым ге,д иками 18. закрепленчых на одном основании 19, а акже тем, что на одном серде нике размещены обмотка 20 возбуж, ения и приемная обмо-ка 21, а 1:а др,том— камне.<сациоччая сбмотка 22. Устройство так ке содержит элокi î÷àãíèò 1, источник

2 питания, датчик 3 поля, блок 4 .-мерения поля, полюсные наконечники 5, задающий генератор 6, усилитель / моц,нос и. вибоатор 8, стержень 9, образец 10, измерительные обмотки 11, усилитель 12, блок 14 регистрации. датчик 15 амплитуды. 2 ил.

1626231

35

Изобретение относится к измерению ма нитных величин, в частности к измерению статических магнитных характеристик образцов, намагниченных в разомкнутой магнитной цепи электромагнита, и может быть использовано для измерения функциональной зависимости намагниченности от напряженности внешнего намагничивающего поля.

Цель изобретения — повышение производительности магнитометра, На фиг. 1 представлена функциональная схема вибрационного магнитометра; на фиг. 2 — взаимное расположение его элементов.

Вибрационнь,л магнитометр(фиг. 1) содержит электромагнит 1, источник 2 питания, датчик 3 поля, блок 4 измерения поля, полюсные наконе ники 5, задающий генератор 6, усилитель 7 мощности, вибратор 3, стержень 9, образец 10, измерительные обмотки 11, усилитель 12, синхронный детектор 13, блок 14 регистрации. датчик 15 амплитуды, корректирующее звено 1 ", параметрический датчик 17, стержневые сердечники 18, основание 19 (фиг. 2), обмотку возбуждения 20, приемную обмотку 21, компенсационную об.глотку 22, стабилизатор 23 тока, блок 24 согласования и блок 25 управления.

Обмотки электромагнита 1 соединены с источником питания 2. В зазоре полюсных наконечников 5 установлен датчик 3 поля соединенный с блоком 4 измерения поля.

Генератор 6 соединен с входом усилителя 7 мощности, нагрузкой которого является вибратор 8, На стержне 9 вибратора 8 укреплен образец 10. Измерительные обмотки 11 размещены в центральной части полюсных наконечников 5, соединены с усилителем 12

l синхронным детектором 13, который подключен к входу Y блока 14 регистрации, к входу Х подключен блок 4 измерения поля.

Датчик 15 амплитуды укреплен на стержне

9 вибратора 8. Выход датчика 15 соединен с цепью опорного напряжения и через корректирующее звено 16 с цепью отрицательной обратной связи усилителя мощности, Параметрический датчик 17 расположен в зазоре между обмотками электромагнита 1 под у, лом а к оси Х,параллельной их образующей(фиг, 2}.Параметрический датчик 17 состоит из двух идентичных сгержневых ферромагнитных сердечников 18, укрепленных параллельно друг другу на ocновании 19. Один иэ сердечников имеет д е обмотки, расположенные параллельно друг другу: обмотку 20 возбу>„дения и приемную обмотку 21. Другой сердечник имеет компенсационную обмотку

22, расположенную в одной плоскости с приемной. Обмотка 20 возбуждения (фиг. 1) соединена с генератором 6 через стабилиэагор 23 тока. Приемная 21 и компенсацис ная 22 обмотки соединены между собой встречно-последовательно и подключены,к входу блока 24 согласования, выход которого соедлнен с блоком 25 управления, включенным в цепь управления коэффициентом усиления усилителя 12

Магнитометр работает следующим образом.

В магнитометре энакопеременное квазистатическое поле, действующее на образец, создается электромагнитом 1 за счет пилообразного изменения тока в обмотках источником 2 питания, Величина этого поля измеряется датчиком 3 поля и блоком 4 измерения поля, обеспечивающим работу датчика и преобразование его выходного напряжения в форму, необходимую для блока 14 регистрации, Гармонические колебания образца 10 возбуждаются генератором

6 при подаче синусоидального напряжения на вход усилителя 7 мощности, нагрузкой которого является вибратор 8, имеющий вибрирую ций стержень 9, на конце которого укреплен образец 10. При взаимодействии намагниченного образца 10 и внешнего знакопеременного поля происходит изменение его амплитуды колебаний: она то уменьшается, то увеличивается, Для стабилизации амплитуды колебаний образца 10 на вибрирующем стержне укреплен датчик

15 амплитуды, напряжение с которого подается в цепь отрицательной обратной связи усилителя 12 мощности через корректирующее звено 16, обеспечивающее необходимый запас устоичивости по амплитуде и фазе системы стабилизации амплитуды колебаний образца, Вибрирующий образец 10 индуцирует ЭДС е11 в измерительных обмотках 11, которая усиливается усилителем

12 с регулируемым коэффициентом усиления. Амплитуда е11 пропорциональна магнитному потоку через v торцовое сечение: е11=M g o — » А f N где М вЂ” магнитный момент образца; ф 10 — 11 — коэффициент потокосцепления образца — измерительные обмотки;

R — амплитуда;

f — частота колебаний образца;

N — число витков в измерительных обмотках.

При постоянных значениях А, f, N, величина ЭДС на выходе измерительных обмоток 11 определяется произведением

1626231 е11 = $> fo — f f . М

При подаче ЭДС е11 на вход усилителя

12, на выходе его появляется переменное напряжение

U12 = К12 ф 10 — 11 M где Ki2 — коэффициент усиления усилителя 12.

Управление коэффициентом усиления необходимо для компенсации уменьшающегося коэффициента связи ф ю — » (образец— измерительные катушки) при насыщении полюсных наконечников 5, когда их проницаемость по переменной составляюгцсй падает до нуля (эффект исчезновения пол|асов).

Для исключения влияния этого эффекга на величину намагниченности измеря..мого образца необходимо выполнение услов. я— чтобы произведение двух коэффициенто-оставалось постоянным во всем интервале полей, действующих на образец:

К12 ф 1Π— 11 = const .

Изменение коэффициента усиления K f. усилителя 12 производится в функции от поля Н1. действующего в зазоре между обмотками электромагни а 1 и связанного фактором подобия с полем Н, создаваемым этими же обмотками в центре полюсных наконечников 5, в этом случае предыдущее условие записывается следующим образом:

К12 (Н1 ) ф fo — f f (Н ).= Const .

Напряжение, пропорциональное закону управления коэффициентом усиления

Kf2, снимается с параметрического датчика

17, преобразуется блоком 24 согласования в форму, необходимую для работы блока 25 управления, и вводится в цепь регулировки коэффициента усиления усилителя 12. Параметрический датчик 17 — датчик активного типа, его обмотка 20 возбуждения питается от генератора 6 через стабилизатор 23 тока, обеспечивающий устойчивую работу датчика при изменении его полного сопротивления, вызванного изменением проницаемости сердечников 18. Приемная 21 и компенсационная 22 катушки включены встречно — последовательно, для подавления паразитной

ЭДС, индуцируемой в приемной обмотке 21 при изменении поля Н1. Напряжение приемной обмотки 21 зависит от коэффициента связи ф20 — 21 (обмотка 20 возбуждения— приемная обмотка 21):

021 Ф 20 21 020 где U2o — напряжение, подаваемое нэ сбмо.ку 20;

g> 2o — 2 f — коэффициент взаимосвязи обмоток 20 и 21, зависящий of

5 ф 20 21 = М20 — 21 + jl fg где М20-2, — коэффициент взаимоиндукции обмоток 20 и 21;

10 ДВ и1в = дт-1 (В ) — проницаемол ь сердечника 18, зависящая of его магнитного сс1стояния, 15 В (k> ) =4л1+(H1+Nig 4л1), где Д В вЂ” приращение индукции сердечника

18 от поля Д Н, создаваемо о обмоткой 20. возбуждения;

l — намагничен ость сердечника;

N;ff — размагничивающий фактор сердечни:а 18.

Размагничивающий фактор Nia завии1 т угла а между направлением поля Н1 и осью С сердечника (фиг.2).

Изменяя угол а можно деформнгювать кривую индукции В от H) и ход проницлемости и1з,а следовательно, и закон изменения коэф<, ициента g 2g — 2) связи. При постоянном значении Ì20-21 напряжение на;.ыходе приемной обмотки 21 будет

021 = fft 20 — 21 (1 Н1 ) U20

Положение датчика 17 в зазоре обмоток электромагнита 1 определяется при настройке и тарировке магнитометра по эталонному образцу. перемещая и вращая его

40 в зазоре ме:кду обмотками электромагнита

1 добиваются неизменного по амплитуде напряжения Ui2 на выходе усилителя 12 в диапазоне полей насыщения эталонного образца вплоть до поля, соответствующего насыщению полюсных наконечников 5 электромагнита 1, в этом положении основание 19 датчик 17 фиксируют и оно остается неизменным при последующих измерениях, а закон изменения коэффициента ус 1ления 0

r0 К12,соответствует изменению потс... сцепления fj )0 — ) что приводит к выполнению у"ловия.

К12 ф 10 — 1 = COAST.

Напряжение Ui2, пропорциональное намагниченности образца, подается нэ вход синхронного детектора 13 (фиг. 1), в цепь опорного напряжения которого подается напряжение с датчика 15 амплитуды, совер1626231 шающего синхронные колебания вместе с образцом 10, это обуславливает жесткую синхронизацию двух напряжений:управляющего Uiz и опорного — снимаемого с датчика 15, в результате исключается ошибка преобразования переменного напряжения в постоянное, как по величине, так и по знаку. Постоянное напряжение, пропорциональное намагниченности М образца, регулируется блоком 14 (ось Y), с учетом развертки по полю (ось Х) получают кривую намагничивания и петлю гестериэиса измеряемого образца.

Формула изобретения

Вибрационный магнитометр, содержащий электромагнит, обмотки которого объединены с источником питания, задающий генератор, последовательно соединенный через усиитель мощности, вибратор со стержнем, соединенным с входом датчика амплитуды, две измерительные обмотки, расположенные по обе стороны от стержня для крепления образца, соединенного с выходом датчика амплитуды между полюсными наконечниками электромагнита, измерительные обмотки, соединенные последовательно с усилителем, детектор, блок регистрации. датчик поля и блок измерения

30 поля, отличающийся тем,что,сцелью повышения производительности, он снабжен корректирующим звеном, стабилизатором тока, элементом управления, блоком согласования, параметрическим датчиком, выполненным в виде двух идентичных стержневых сердечников, закрепленных параллельно друг другу на одном основании, на одном сердечнике размещены обмотки возбуждения и приемная, а на другом — компенсационная обмотка. расположенная водной плоскости с приемной обмоткой первого сердечника, детектор выполнен синхронным, при этом обмотка возбуждения первого сердечника через стабилизатор тока соединена с выходом задающего генератора, приемная и компенсационная обмотки сердечников соединены последовательно встречно и подключены через последовательно соединенные блок согласования и элемент управления к второму входу усилителя, выход которого соединен с первым входом синхронного детектора, второй выход датчика амплитуды подключен соответственно через корректирующее звено к . второму входу усилителя мощности и через синхронный детектор к первому входу блока регистрации, второй вход которого соединен с выходом блока измерения поля. вход которого соединен с датчиком поля.

1626231

21

Составитель Ф.Тарнопольская

Техред М.Моргентал Корректор С.Шекмар

Редактор Н.Яцола

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 278 Тираж 418 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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