Способ определения изменения градиента магнитного поля

 

Сущность изобретения: возбуждают вынужденные гармонические колебанил сверхпроводящего (СП) зонда, измеряют резонансную частоту этих колебаний сУо а. увеличивая амплитуду колебаний, возбуждают вынужденные негармонические коле-2бания, измеряют их амплитуду А и смещение средней точки негармонических колебаний относительно средней точки гармонических попей ДХ и по формуле#_Н _,ДХ . \^-tUoЭ)^0.26где р - плотностьматериала СП зонда, определяют величину -о., —-^ характеризующую величину измеренияградиента магнитного поля в исследуемой точке поля. Устройство, реализующее поле, содержит сверхпроводящий зонд 1, сегменты электретов 2 из воска, конденсатор 3, цилиндрический магнит 4, генератор 5 переменного синусоидального напряжения, микроскоп 6, 2 ил.00о о о оша/

СО)03 СОВЕ ГСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 33/035

« -.»

ГОСУДАРСТВЕННОЕ Г1ЛТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПЛТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ г АВТОРСКОMY СВ!ЛДЕТЕЛЬCTBY микроскоп 6. 2 ил.

Жив 7 (21) 4025207/21 (22) 14.05.90 (46) 07.12.92. Бюл. М 45 (71) Институт.металлофизики АН УССР (72) В.В. Немошкиленко, M.À. Иванов, А.А.

Кордюк, A.Ä. Морозовский, Б.Г. Никитин, Ю.Г. Погорелов и B.À. Рафаловский (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1714544, кл. 6 01 8 33/02, 1991. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ГРАДИЕНТА МАГНИТНОГО ПОЛЯ (57) Сущность изобретения: возбуждают вынужденные гармонические колебания сверхпроводящего(СП) зонда, измеряют резонансную частоту этих колебаний сто а, увеличивая амплитуду колебаний, возбуждают вынужденные негармонические коле„, . Ж „„178GG66 А1 бания, измеряют их амплитуду А и смещение средней точки негармонических колебаний относительно средней точки гармонических полей hX и по формуле ,"н Лх и аъ — ГДЕ P — OIIOTHOCTH

ax AÐ материала СП зонда, определяют величину дН вЂ” характеризующую величину измерения д)С градиента магнитного поля в исследуемой точке поля. Устройство, реализующее поле, содержит сверхпроводящий зонд 1, сегменты электретов 2 из воска, конденсатор 3, цилиндрический магнит 4, генератор 5 переменного синусоидального напряжения, Изобретение относится и измерению магнитных полей и может быть использовано для определения изменения градиента магнитного поля многополюсных постоянных магнитов, Цель изобретения — повышение разреша ощей способности измерения, На фиг.1 представлена блок-схема устройства, на котором реализуется заявленный способ; на фиг.2 приведен рисунок, поясняющий CYTb способа, Способ осу.цествляется следу ощим образом.

В качестве СП-занда 1 использовался шар диаметром 0,4 см из сверхпроводящего материала. СП-зонд охлаждается и затем взвешивается в парах газообразного à-ота над цилиндрическим магнитом с внутренним диаметром J3pptypp. = 0,6 см, внешним диаметром Ивяеш. = 4 см и длиной I = 4 см, Точка измерения д Н/дХ выбиралась на

2 расстоянии 0,3 см ат плоскости торца на ocN цилиндрического магнита, Для возбуждения колебаний СП-зонда на диаметрально противоположные ега учасгки приклеивали сегменты электретав 2 из воска с таким отношением к массе зонда, что искгпачается влияние электретов на резонансную частоту свободных колебаний СП-зонда.

СП-зонд взвешивается над цилиндрическим магнитом таким образом, чтобы сегменты электретов были расположены вдоль оси Х, затем вводится плоский конденсатор

3 так, чтобы СП-зонд размещался с зазором

0,05 см между обкладками конденсатора, э его пластины были Оасположены параллельно торцу цилиндрического магнита 4.

Изменение амплитуды и частоты колебаний

СП-зонда осуществляется приложением от генератора 5 переменного синусоидальнаго напряжения регулируемой величины и частоты к обкладкам конденсатора, переменное электрическое поле которого взаимодействует вдоль направления Х с источником постоянного поля злектрета.

Резонансную частоту в„амплитуду А и смещение средней точки резонансных колебаний Й(СП-зонда при даннол величине переменного электрического поля, подаваемого на обкладки конденсатора, определяли оптически с памощно микроскопа

6 (увеличение до 300) с помощью блестящей точечной метки, которую наносили на СПзонд. Для этого при данной величине переменного электрического поля изменяли его частоту и фиксировали резонанс ую частоту СП-зонда по появлению размытия, в виде линии, блестящей точечной метки, ш определялось при максимальном раз5 10

)Ц

45 махе размытой линии, амплитуда А равнялась максимальному размаху размытой метки, AX измерялось па смещени о средней точки линии, Физическая сущность изобретения заключается в том, чта высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) являются сверхпроводниками И рода и ниже температуры свсрхправодящего перехода в магнитном поле Н» Нк (H mg (rn — масса ВТСП), та

ВТСП а данной точке зависает над источникам магнитного поля. С другой стороны при небольших смещениях ВТСП происходит упругое деформирование вихревой решетки с сохранением магнитной индукции В = const. Это адекватно появлению в

ВТСП упругого элемента, который и задает собственные частоты свободных колебаний

ВТСП массой m.

Количественные соотношения между параметрами собственных частот свободных колебаний в данном направлении X u д- Н/дХ можно получить следующим образом. В = сапы позволяет записать изменение энергии при колебании ВТСП v. магнитном поле в виде

1- 2:g Н2

ЛЕ= — ) MdH = —. (1)

Н1

8 J7

Тогда в уравнении колебания СП-зонда сферической формы

X+o.4XPa X +yX = — cosset. (2)

П1

При учете размагничива ощего фактора

3 дН.2 а4 =- — (у- квадрат резонансной часНхр с л таты гармонических колебаний вдоль направления Х, -константа

6 - --д- - а =-x. даъ у- коэффициент трения, который равен полуширине линии Ью на высоте А/ф (А — амплитуда колебаний); р — плотность вещества; в — круговая частота колебаний

СП-зонда массой m; f вынуждающая сила, В общем случае решение (2) это ряд

Фурье вида. 180066

Х =, Я (A>cos nат+Вл stn паt) (3) и =о где Ал, Вп — амплитуды четных и нечетных гармоник, которые могут быть определены при подстановке (3) в (2) в приравнивании коэффициентов при одинаковых гармониках.

В гармоническом случае р - 0 отличны от нуля лишь Ai ", B> " и равн 10

Агари т О4 и (cu — а4) + P аР

Г " — — Кр— п (ОР-иЯ)+у аР . 15

Наличие слабого агармониэма ао > >p A> и j3. B> "ïðèâîäèò к тому, что„во-первых, появляются малые отклонения А1 и В1 от гармонических

20 значений A и В11"Р", во-вторых, появляются не нулевые амплитуды других гармоник. При этом оказывается нетрудно определить амплитуду нулевой гармоники

Ао, которая удовлетворяет уравнению

ОЪАо =-Р(А2о -+1 g (A„— В2п)). (5)

Наибольшие слагаемые в правой части

А1 и В1, которые примерно равные

Агарь Вгар

Э

Таким образом смещение средней точки исходных резонансных колебаний частотой в СП-зонда сферической формы вдоль направления Х, которое происходит 35 при увеличении амплитуды колебания А относительно исходной амплитуды колебаний, имеет вид: — 0,26 . Н.А2 P BX

Из выражения (6) легко, снимая зависимость Л Х от А, по тангенсу угла наклона определить cF Н/дХ (p — плотность сверхпроводящей фазы СП-зонда).

Таким образом в предлагаемом способе выбор сверхпроводящего зонда обусловлен необходимостью обеспечить изменение взаимодействия зонда с магнитным полем при его колебаниях, а сферическая форма— возможностью аналитического описания этого взаимодействия.

Формула изобретения

Способ определения изменения градиента магнитного поля, заключающийся в возбуждении упругих колебаний сверхпроводящего зонда в неоднородном магнитном поле и измерении резонансной частоты упругих колебаний, о тл и ч а ю шийся тем, что. с целью повышения разрешающей способности измерений, возбуждают вынужденные гармонические колебания сверхпроводящего зонда, увеличением амплитуды колебаний возбуждают вынужденные негармонические колебания зонда, измеряют амплитуду этих колебаний и смещение средней точки негармонических колебаний относительно средней точки гармонических колебаний и по формуле.

Фн лх

Дф A 026 определяют изменение градиента магнитНОГО ПОЛЯ, где hX — смещение средней точки колебаний, А — амплитуда негармонических колебаний, р- плотность материала сверхпроводящего зонда, ab — частота колебаний зонда.

1780066

Составитель О, Раевская

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M. Шароши

Редактор С, Кулакова

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

Заказ 4436 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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