Датчик магнитного поля
Применение: измерительная техника. Суть изобретения: датчик магнитного поля состоит из низкочастотного генератора возбуждения , датчика магнитного поля, избирательного усилителя и регистрирующего устройства. Внутри входной катушки 1 датчика расположены выходные катушки датчика , измерительная 2 и компенсационная 3, плотно собранные на общем диэлектрическом немагнитном каркасе. В катушку 2 введен сердечник из сверхпроводящей керамики, катушки и сердечник погружены в криостат. 4 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)л G 01 R 33/035
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
6 (21) 4681047/21 (22) 21.04.89 (46) 15.07.93. Бюл. N. 26 (71) Мордовский государственный университет им, Н.П.Огарева (72) Н.Д, Кузьмичев, В.В. Славкин, М.А, В асютин, Г.П.Мотулевич, А.И.Головашкин и И.С.Левченко (56) Сергеев В.Г., Шихин А,Я. Магнитоизмерительные приборы и установки. М,; Энергоиздат, 1982, с, 17, 56.
Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и может быть использовано, в частности. в приборостроении, Цель — повышение чувствительности и расширение диапазона измерений.
На фиг.1 приведена схема датчика магнитного поля; на фиг. 2 — устройство для измерения магнитного поля, поясняющее принцип работы датчика; на фиг. 3 — для примера показана зависимость амплитуды
ЭДС 2-й гармоники Fz от внешнего постоянного поля Н; на фиг. 4 — зависимость амплитуды ЭДС 3-й гармоники F3 от внешнего постоянного магнитного поля Н.
Датчик магнитного поля содержит катушку возбуждения 1 и измерительную катушку, выполненную в виде двух равных встречно включенных катушек 2 и 3, в одной из которых расположен сердечник 4, выполненный из поликристаллического высокотемпературного сверхпроводника.
„„ Д „„1827653 А1 (54) ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ (57) Применение: измерительная техника.
Суть изобретения: датчик магнитного поля состоит из низкочастотного генератора возбуждения. датчика магнитного поля, избирательного усилителя и регистрирующего устройства, Внутри входной катушки 1 датчика расположены выходные катушки датчика, измерительная 2 и компенсационная
3, плотно собранные на общем диэлектрическом немагнитном каркасе, B катушку 2 введен сердечник из сверхпроводящей керамики, катушки и сердечник погружены в криостат. 4 ил, Устройство для измерения магнитного поля, поясняющее принцип работы содержит (фиг. 2) генератор возбуждения 5. датчик магнитного поля 6, избирательный усилитель 7 и регистрирующее устройство 8.
Устройство работает следующим образом. На катушку 1 датчика 6 подается синусоидальный ток частотой f от генератора 5.
В силу нелинейности намагниченности М сердечника 4 на концах измерительных катушек 2 и 3 наводится ЭДС пропорциональная производной по времени намагниченности
dM/(31, содержащая большое число высших гармоник (n 50) и которая равна: к (t)=-ус,МЯ(1-ф—
dM
dt где,и0 — магнитная постоянная, N — число витков измерительной катушки, S — площадь сечения сердечника. /1 — фактор размагничивания. зависящий от геометрии сердечника. В отсутствии сердечника 4 из1827653 эа встречного включения двух равных катушек 2 и 3 сигнала на выходе не будет.
Когда внешнего постоянного магнитного поля Н, нет, на измерительных катушках
2 и 3 наводится сигнал (т), который будет иметь в своем составе только нечетные гармоники
8 оп+1(т), (п=0, 1, 2...,).
При помещении датчика магнитного поля 6 (в состав датчика входят элементы позиций
1-4 фиг.1) во внешнее постоянное магнитное поле Н в сигнале я (т) появятся четные гармоники 82П, амплитуды которых растут с ростом поля, а затем уменьшаются.
На фиг.З для примера показана зависимость амплитуды 2-й гармоники ez от внешнего постоянного магнитного поля Н.
Амплитуды ЭДС нечетных гармоник 82 +1, наоборот, с ростом поля падают, Чем выше номер гармоники, тем рост (падение) для амплитуд четных (нечетных) гармоник с увеличением Н не будет круче).
Таким образом, выделяя и усиливая с помощью избирательного усилителя 7 ЭДС какой-нибудь гармоники и определяя ее величину посредством регистрирующего устройства 8, можно определить величину внешнего постоянного магнитного поля Н, предварительно производя градуировку устройства.
Чувствительность датчика магнитного поля определяется вольтовой чувствительностью S< =- д 8/ä H. Из фиг,З определим
S, = д 82/д Н = 3 мВ/3.
Чувствительность же датчика с учетом шумов в расчете на единичный интервал частот есть, 1н г л
S: где ULU — среднеквадратичное напряжег ние шумов, A f — полоса пропускания усилителя.
Учитывая, что основной вклад в U дает шум Найквиста
0ш =4КТК Af, где К вЂ” постоянная Больцмана, Т вЂ” температура (= 77К), R — эквивалентное соп ротивление датчика (10 Ом) получим:
10 О 2.10-7 Э/Гц1/
Оптимизируя устройство путем подбора рабочей частоты (0 "5 добиться чувствительности Д108 3/Гц и выше, Для сравнения чувствительность СКВИ,0а 10 Э Гц, à у лучших феррозон-9 1/2 дов 10 Э/Гц Кроме высо кой чувствител ь ности датчик магнитного поля обладает широким диапазоном измерений от 10 3 до 10Э (= 160 дБ) и выраженной диаграммой направленности. Датчик магнитного поля обладая чувствительностью близкой к чувствительности СКВИДов, имеет ряд преимуществ, например, датчик реагирует непосредственно на величину напряженности самого поля, а не на его изменение как СКВИДа, Датчик рабо30 тает в интервале температур при которых сердечник я вля ется с верх п ро водником. Формула изобретения Датчик магнитного поля, содержащий сердечник, измерительную катушку и ка35 тушку возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения диапазона измерений, измерительная катушка выполнена в виде двух равных встречно включенных катушек, 40 в одной из которых расположен сердечник, выполненный из поликристаллического высокотемпературного сверхпроводника. 1827653 g g 4 ф Р Ю H. фЬГ 3 Р 2 4 б 8 f0 h3 ДЬг 4 Составитель Н. Кузьмичев Техред М.Моргентал Корректор Г. Кос Редактор Заказ 2358 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
