Устройство для измерения параметров слабых магнитных полей

Авторы патента:

G01R33/02 - измерение направления или напряженности магнитных полей или магнитных потоков (G01R 33/20 имеет преимущество; измерение направления или напряженности магнитного поля земли для целей навигации или съемки G01C; для разведки, для измерения магнитного поля земли G01V 3/00)

Применение: измерительная техника, может быть использовано в области геофизики , геологоразведки, навигации. Устройство содержит объектив 1, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 2, электронную пушку 3. экран 4, блок регистрации 5, соленоид 6. блок управления током соленоида 7. цифроаналоговый преобразователь 8, вычислительное устройство 11, блок измерения размеров и перемещения светового пятна 9, матрицу фотодатчиков 10. Устройство использует измерение отклонения электронного потока (ЭП) от оси ЭЛТ при воздействии на ЭП двух однородных магнитных полей, регулируемого поля с известными параметрами и измеряемого. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 33/02, 2

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4898790/21 (22) 02.01,91 (46) 23.04.93. Бюл. N- 15 (71) Научно-производственное объединение им. Коминтерна (72) В.Е.Марченков (56) Авторское свидетельство СССР

М 746353, кл. G 01 R 33/02, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СЛАБЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ (57) Применение: измерительная техника, может быть использовано в области геофизики, геологоразведки, навигации. Устрой... Я „181О852 Al ство содержит объектив 1, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 2, электронную пушку 3, экран 4, блок регистрации 5, соленоид 6. блок управления током соленоида 7. цифроаналоговый преобразователь 8, вычислительное устройство 11, блок измерения размеров и перемещения светового пятна 9, матрицу фотодатчиков 10. Устройство использует измерение отклонения электронного потока (ЗП) от оси ЗЛТ при воздействии на ЭП двух однородных магнитных полей, регулируемого поля с известными параметрами и измеряемого, 2 ил, 1810852

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано в области геофизики, геологоразведки, навигации и основано на принципе регистрации смещения электронного потока (ЭП) магнитным полем, Целью изобретения является повышение достоверности измерений параметров слабого магнитного поля независимо от его

- ориентации в пространстве.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства; на фиг,2 вЂ” схема отклонения ЭП от оси симметрии трубки.

Устройство содержит объектив 1, оптическая ось которого совпадает с осью симметрии электронно-лучевой трубки 2, имеющей электронную пушку 3 и экран 4, покрытый люминофором, блок регистрации

5, соленоид 6, блок управления током соленоида 7, выход которого подключен к обмот- 20 ке соленоида и ко входу цифроаналогового преобразователя 8, блок измерения размеров и перемещений светового пятна 9, входная матрица 10 которого ориентирована в сторону светового потока от объектива 1, а 25 также вычислительное устройство 11, первый вход которого подключен к выходу блока измерений размеров и перемещений светового пятна 9, второй вход вЂ” к выходу цифроаналогового преобразователя 8, а вы- 30 ход вЂ” к блоку регистрации 5, причем электронно-лучевая трубка 2 размещена в соленоиде 6 таким образом, что однородное магнитное поле, создаваемое соленоидом

6, совпадает с осью симметрии трубки 2 и 35 направлено от электронной пушки 3 к люминесцентному экрану 4, Блок измерения размеров и перемещения 9 светового пятна выполнен на основе матричного фотоприбора с переносом заря- 40 да и расположен за объективом 1 так, что изображение светового пятна на экране 4

ЭЛТ 2 проецируется на матрицу фотодатчиков(входную матрицу 10) прибора с переносом заряда. Вычислительное устройство 45 (BY) 11 может быть реализовано любой микроЭВМ, в этом случае входы и выход BY организуются при помощи интерфейса (нэ фиг.1 не показан).

С вычислительного устройства 11 ин- 50 формация о размерах светового пятна, о значении и пространственной ориентации измеряемого поля выводится нэ блок регистрации. в качестве которого может быть использован, например. монитор. 55.Блок управления током соленоида 7 может быть реализован стабилизированным источником напряжения с регулируемым выходным напряжением и с мощностью, обеспечивающей получение необходимо о поля соленоида 6, Устройство (фиг,1) функционирует следующим образом.

Электронный поток, созданный элек1ронной пушкой 3, высвечивает на экране 4

ЭЛТ 2 световое пятно (СП). Положение центра пятна и его размеры зависят, а частности, от величины поля соленоида 6 В и от величины и направления измеряемого поля

В> (фиг.2), Оптическое изображение СП с экрана 4 ЭЛТ 2 проецируется с помощью объектива 1 на матрицу фотодатчиков 10 прибора с переносом заряда блока измерения размеров и перемещения светового пятна 9, преобразующего оптическое изображение в электрический цифровой сигнал, несущий информацию о размерах СП и координатах (Х и У) его центра, Этот сигнал через интерфейс поступает на BY 11, Также на BY 11 поступает цифровой сигнал с выхода цифроаналогового преобразователя 8, несущий информацию о значении напряжения на выходе блока 7, а следовательно при известных параметрах соленоида и о значении поля Вс, созданного соленоидом 6, Поясним процесс измерений.

При Ви = 0 поле соленоида при помощи блока 7 устанавливается такой величины, что центр СП находится в центре экрана 4 и

СП имеет минимальную площадь (фокусировка ЭП продольным магнитным полем).

При включении B> A 0 на ЭП будет воздействовать суммарное поле Во =- Ви + Вс, значение которого уже не равно фокусирующему. СП фокусируется путем изменения поля соленоида 6 при помощи блока 7 так, что значение Во равно значению фокусирующего магнитного поля, После фокусировки центр СП лежит нэ продолжении вектора

Во, (напрааление I<), а его положение на экране 4 определяет ориентацию этого вектора в системе координат, связанной с осью симметрии ЭЛТ 2 (фиг.2).

Поместим ЭЛТ 2 а сферическую систему координат, полюс которой совпадает с точкой О. направляющая вЂ” с осью Z. полупло.скость нулевого меридиана вЂ” с плоскостью

X0Z.

Пусть Ви ориентирован произвольно по отношению к В, (оси ЭЛТ). Определим значение Ви и его ориентацию в заданной системе координат. Значение векторной суммы

В, определяется выражением:

Bo = В, + 2 В, В, cos гс . Ei, (!) где а вЂ” угол между Ви и осью:. iT:

18 10852 ния

+гВ 2)О " (10) а1,2 = arcsln x

10 (3) V!1= Vcosа, (4) 1

cosa> = вЂ”, 11 р= arctg -"-, x (12) 30 что

2л:Ч т (гг + ) (7) Как видно из фиг.2, r а1 = агсщ вЂ”.

l (8) Из (2) и (8) следует. что г Ви sinn

I B(+ Bg cos (. (9) а угол а1 между Во и осью ЭЛТ - выражением

Вр $!и а а1 агст9 В

Вс+ В

Значение фокусирующего поля Вф для направления 11, если угол расходимости ЭП мал (параксиальные электроны) определяется формулой: где 11 вЂ” расстояние, пройденное электронами ЭП в фокусирующем магнитном поле до экрана 4;

Vl1 вЂ” скорость электронов в направлении 11;

r вЂ” отношение заряда электрона к его массе

Из фиг.2 видно, что где V вЂ” скорость электронов после ускорения в электронной пушке;

1 вЂ” расстояние от электронной пушки до экрана.

Выполним условие фокусировки (В =

- вф), Тогда иэ (3), с учетом (4) и (5). следует, Во= (6) у !1

Так как 11 = r + I где г вЂ” линейное г смещение центра СП от центра экрана(точка 01), то

Составим из уравнений (1), (7) и (9) систему и решим ее ol <ос ".}больно Ви и а, Решением системы являются уравне2„V! вЂ” I В nV/Р+12

В. - И вЂ” вЂ” вЂ” вЂ” -)г-+

Ч (гг + 12 ) rlB, ã Ð Р Р} FBI с

В„(г2 + 12)

Момент фокусировки СП при изменении В при помощи блока 7 определяется по минимальному размеру СП (информация на экране монитора).

Значение Вс рассчитывается в BY 11

20 при известном напряжении блока 7, вводимом в BY 11 с выхода аналого-цифрового преобразователя 8, и при известных параметрах соленоида. . Линейное сме ение r определяется в

ВУ 11, как r = х + . а угол ф между полуплоскостью нулевого меридиана и направлением линейного смещения, как при этом за начало координат принимается точка 01.

На экран монитора при минимальном размере СП (момент фокусировки) выводятся значения Ви, аи р рассчитанные в BY 11 по алгоритму, определяющему вычисления по формулам (10), (11) и (12).

Как показывает расчет, при l = 0,3 м, V=

40 = 3,2 . I0 м/с, а=.1О, Ви = 1 э, поле соленоида Вс равно 37,68 э, r = 110 мкм, а по результатам эксперимента скорость изменения диаметра СП при возрастании или уменьшении значения магнитного поля от значения фокусирующего составляет

300 мкм/э.

Такие перемещения СП и изменения его площади, связанные с возрастанием диаметра, легко могут быть зарегистрированы

5р блоком 9, Повышение чувствительности и точности устройства при измерении углов а, ф и значения В возможно путем повышения длины I и.уменьшения размеров светового пятна.

Положительный эффект предложенного устройства для измерения параметров слабых магнитных полей заключается в следующем: вЂ” повышается достоверность измерений параметров слабых MBIHMTHhlK полей

1810852

Составитель В.Марченков

Техред М.Моргентал Корректор Е.Папп

Редактор Т.Иванова

Заказ 1444 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101 независимо от их ориентации в пространстве; вЂ” повышается удобство эксплуатации устройства, обусловленное. отсутствием необходимости предварительной его ориента- 5 ции по отношению к силовым линиям измеряемого магнитного поля, и в связи с этим уменьшается время измерения; вЂ” уменьшается погрешность измерения, что обусловлено применением в каче- 10 стве измерителя размеров и перемещений матричного фотоприбора с переносом эаpsI да, Формула изобретения 15

Устройство для измерения параметров слабых магнитных полей, содержащее объектив, оптическая ocb;Kofdpbl совпадает с осью симметрии электронно-лучевой трубки, имеющей электронную пушку и экран, 20 покрытый люминофором, а также блок регистрации, о т л и ч а ю щ е е о я тем, что, с целью повышения достоверности измерений параметров магнитного поля независимо от его пространственной ориентации, введены соленоид, блок управления током соленоида, выход которого подключен к обмотке соленоида и к входу цифроаналогового преобразователя, а также блок измерения размеров и перемещений светового пятна, входная матрица которого ориентирована в сторону светового потока от объектива, и вычислительное устройство, входы которого подключены соответственно к выходу блока измерения размеров и перемещений светового пятна и выходу цифроаналогового преобразователя, а выход связан с блоком регистрации, причем электронно-лучевая трубка размещена в соленоиде таким образом, что однородное магнитное поле, создаваемое соленоидом, совпадает с осью симметрии трубки и направлено от электронной пушки к люминесцентному экрану.

Первичный индукционный преобразователь // 1788483

Изобретение относится к магнитным измерениям и может использоваться для измерения дипольного магнитного момента, а

Способ измерения токов в плазме // 1778715

Изобретение относится к области контроля герметичности и может быть использовано для контроля нарушений целостности элементов конструкции реактивного двигателя

Способ измерения напряженности магнитного поля и устройство для его осуществления // 1775693

Изобретение относится к магнитным измерениям с помощью магнитомодуляционных приборов и может быть использовано в простых измерителях средней точности

Устройство для поверки магнитометров // 1762283

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для метрологической аттестации магнитометров

Устройство для сканирования магнитных полей // 1762282

Изобретение относится к области магнитных измерений с помощью феррозондовых приборов и может быть использовано в измерительной технике и неразрушающем контроле магнитными методами

Феррозондовый преобразователь // 1760479

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано в приборах для прецизионных измерений компонент вектора магнитного поля, а также угловых перемещений объектов, находящихся в магнитном поле

Способ определения пространственных составляющих амплитуды вектора напряженности магнитного поля вблизи массивных проводников // 1758614

Изобретение относится к магнитометрии и предназначено для определения импульсных магнитных полей однофазных , конденсаторных, низкочастотных машин с выпрямлением сварочного тока вблизи рабочих мест сварщиков, обслуживающих это оборудование для контактной сварки

Устройство для измерения импульсного магнитного поля // 1758613

Изобретение относится к способам магнитных измерений с помощью феррорезонансных приборов и может быть использовано в составе спектрометров ферромагнитного, ядерного, магнитного и других резонансов, для получения которых необходимо магнитное поле напряженностью 10 -108Э

Феррозондовый магнитометр // 1755219

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения параметров магнитного поля на основе феррозондов

Магнитометр // 2100819

Изобретение относится к магнитометрам и может быть использовано для измерения напряженности магнитного поля и вектора магнитной индукции в науке, промышленности, медицине

Феррозондовый магнитометр // 2103703

Устройство для измерения магнитных полей // 2118831

Изобретение относится к области магнитных измерений, в частности к феррозондовым бортовым навигационным магнитометрам

Устройство для дистанционного определения координат и углового положения объекта (его варианты) // 2119171

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения положения объекта в системах управления

Магнитометр (варианты) // 2124736

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в магниторазведке для поиска полезных ископаемых, в навигации для определения координат судна, в аварийно-спасательных работах, например, для определения местоположения намагниченных тел, в частности затонувших судов, самолетов и т.д

Устройство для измерения магнитных полей // 2124737

Изобретение относится к области магнитных измерений, в частности к феррозондовым магнитометрам, предназначенным для измерения компонент и полного вектора индукции магнитного поля Земли (МПЗ)

Магнитометрическое устройство для определения углового положения тела (его варианты) // 2130619

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для создания средств измерения угловых величин в автоматических схемах управления, в геомагнитной навигации, в прецизионном машиностроении и приборостроении и т.д

Устройство для определения местоположения инородного ферромагнитного тела в полости глаза // 2132638

Устройство для локализации инородного ферромагнитного тела в тканях и органах человека // 2132639

Изобретение относится к медицине, в частности к общей хирургии и предназначено для локализации инородных ферромагнитных тел при хирургическом извлечении их из тканей человека, а также может быть использовано в измерительной технике для неразрушающего контроля качества материалов

Устройство для определения местоположения инородного ферромагнитного тела при малотравматичных операциях // 2132640