Устройство для измерения параметров слабого магнитного поля в низкотемпературной магнитоактивной плазме

Изобретение относится к области физики плазмы, газового разряда, радиоэлектроники и т.д. и может быть использовано для измерения параметров слабых магнитных полей и МГД волн в низкотемпературной магнитоактивной плазме. Техническим результатом является уменьшение погрешности измерения характеристик переменного магнитного поля за счет снижения в измерительном контуре паразитных сигналов. Устройство для измерения параметров слабого магнитного поля в низкотемпературной магнитоактивной плазме содержит высокочастотный магнитный зонд в виде трех двухсекционных обмоток, выполненных витой парой, размещенных ортогонально на немагнитном кубическом каркасе. Секции каждой обмотки подключены к своему дифференциальному усилителю, все дифференциальные усилители подключены к многоканальному регистратору напряжения и к источнику питания. Для достижения технического результата источник питания усилителей гальванически развязан с сетью переменного напряжения, а каждая секция обмотки состоит из четного количества слоев с одинаковым числом витков и с односторонним направлением намотки, при этом нечетные слои намотаны в одну сторону по оси обмотки, а четные - в обратном направлении. 4 ил.

 

Изобретение относится к области физики плазмы, газового разряда, радиоэлектроники и т.д. и может быть использовано для измерения параметров слабых магнитных полей и МГД-волн в низкотемпературной магнитоактивной плазме.

Из предшествующего уровня техники известен индуктивный магнитный зонд для измерения слабых магнитных полей в плазме [1]. Зонд представляет собой двухсекционную катушку, помещаемую в плазму. Выводы секций катушки подключаются к дифференциальному усилителю, выход которого в свою очередь соединяется с осциллографом.

Недостатком устройства является невозможность единовременного измерения нескольких компонент магнитного поля в точке расположения зонда.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для измерения параметров слабого магнитного поля в низкотемпературной магнитоактивной плазме, содержащее высокочастотный магнитный зонд [2]. Зонд состоит из миниатюрного пластикового кубического каркаса, на котором в трех ортогональных плоскостях размещены двухсекционные обмотки. Секции намотаны на каркас витой парой в один слой в одном направлении намотки. Выводы каждой обмотки соединяются с отдельным дифференциальным усилителем. Все дифференциальные усилители подключены к многоканальному регистратору напряжения и к источнику питания.

При формировании плазмы посредством газового разряда в цепях питания усилителей индуцируются интенсивные высокочастотные помехи, которые передаются на вход регистратора напряжения и тем самым ухудшают качество измерения полезных сигналов. Также электростатические плазменные шумы, наведенные на секциях обмоток магнитного зонда, полностью взаимно не уничтожаются в дифференциальных усилителях и потому оказывают негативное влияние на результаты измерения.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства для точечного измерения амплитудно-временных характеристик Х-, Y- и Z-компонент слабого магнитного поля в плазме с меньшей погрешностью.

Техническим результатом предложенного изобретения является уменьшение погрешности измерения характеристик переменного магнитного поля за счет снижения в измерительном контуре паразитных сигналов.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения параметров слабого магнитного поля в низкотемпературной магнитоактивной плазме, содержащем высокочастотный магнитный зонд в виде трех двухсекционных обмоток, выполненных витой парой, размещенных ортогонально на немагнитном кубическом каркасе, причем секции каждой обмотки подключены к своему дифференциальному усилителю, все дифференциальные усилители подключены к многоканальному регистратору напряжения и к источнику питания, новым является то, что источник питания усилителей гальванически развязан с сетью переменного напряжения, а каждая секция обмотки состоит из четного количества слоев с одинаковым числом витков и с односторонним направлением намотки, при этом нечетные слои намотаны в одну сторону по оси обмотки, а четные - в обратном направлении.

Использование гальванически развязанного с электросетью источника питания усилителей позволяет избавиться от проникновения в измерительные цепи через цепи питания усилителей высокочастотных электростатических шумов, наводимых в близлежащих проводах электросети при формировании плазмы посредством сильноточного газового разряда, и, соответственно, уменьшить погрешность измерения параметров слабого магнитного поля.

Намотка секций магнитного зонда четным количеством слоев с одинаковым числом витков и с односторонним направлением намотки (по часовой либо против часовой стрелке), при этом нечетные слои намотаны в одну сторону по оси обмотки, а четные - в обратном направлении, позволяет получать на выводах секций обмоток сигналы с меньшими плазменными электростатическими шумами и, как следствие, уменьшить погрешность измерения параметров магнитного поля за счет того, что наводимые на слоях секций обмоток полезные индуктивные компоненты суммируются, а паразитные компоненты электростатического поля, направленного вдоль осей обмоток, взаимно уничтожаются.

На Фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства, где 1 - двухсекционные обмотки, 2 - источник питания усилителей, 3 - дифференциальные усилители, 4 - многоканальный регистратор напряжения, 5 - понижающий трехобмоточный трансформатор, 6 - диодные мосты, 7 - широкополосные высокочастотные усилители.

На Фиг. 2 приведена схема намотки одной секции магнитного зонда устройства. Жирной линией показан первый (нечетный) слой, тонкой линией - второй (четный).

На Фиг. 3 приведена осциллограмма тока в витке возбуждения колебаний слабого магнитного поля в магнитоактивной плазме.

На Фиг. 4 представлена осциллограмма сигнала, зарегистрированного с помощью устройства.

Устройство для измерения параметров слабого магнитного поля в низкотемпературной магнитоактивной плазме (Фиг. 1) содержит высокочастотный магнитный зонд в виде трех двухсекционных обмоток 1, выполненных витой парой, размещенных ортогонально на немагнитном кубическом каркасе, причем секции каждой обмотки 1 подключены к своему дифференциальному усилителю 3 через согласующие резисторы, все дифференциальные усилители подключены к многоканальному регистратору напряжения 4 и к источнику питания 2. Каждая секция обмотки 1 состоит из четного количества слоев с одинаковым числом витков и с односторонним направлением намотки, при этом нечетные слои намотаны в одну сторону по оси обмотки, а четные - в обратном направлении. На Фиг. 2 показана одна секция, предназначенная для измерения Z-компоненты магнитного поля, намотанная в два слоя с одинаковым числом витков по часовой стрелке, причем нижний слой намотан против направления векторов В и Е, а верхний - по направлению векторов В и Е. Каждый дифференциальный усилитель собран из трех одинаковых широкополосных высокочастотных усилителей 7 по стандартной схеме измерительного усилителя, выполненного на трех операционных усилителях [3]. Выводы дифференциальных усилителей 3 соединяются с входами многоканального регистратора напряжения 4. Запитка дифференциальных усилителей 3 осуществляется от двуполярного источника питания 2, гальванически развязанного с сетью переменного напряжения. Источник 2 выполнен на основе маломощного сетевого понижающего трансформатора 5 с тремя обмотками и двух диодных мостов 6. Низковольтные обмотки трансформатора 5 присоединены к входам мостов 6. К выходам мостов 6 присоединены высокоомные сопротивления и сглаживающие конденсаторы. Выводы конденсаторов являются выходными клеммами источника питания 2, причем их общая точка является точкой с нулевым потенциалом, т.е. схемной «землей».

Устройство работает следующим образом. Магнитный зонд помещается в плазменный столб внутри вакуумной камеры таким образом, чтобы плоскости обмоток 1 были перпендикулярны X-, Y- и Z-компонентам измеряемого магнитного поля. Каркас выполнен из фторопласта и имеет размер 2,5×2,5×2,5 мм3. Намотка выполнена медным проводом марки ПЭВТЛК-ОС в лаковой изоляции с диаметром 0,1 мм. С целью дополнительной изоляции от плазмы обмотки покрыты тонким слоем эпоксидной смолы. Каркас крепится к вакуумной камере посредством стеклянного стержня диаметром 3 мм.

Измеряемое переменное магнитное поле наводит на отдельной секции обмотки ЭДС, величина которой определяется выражением:

где ε - ЭДС на выводах секции обмотки;

S=6,25 мм2 - площадь одного витка секции обмотки;

N=4 - число витков в секции обмотки;

dB - изменение индукции измеряемого магнитного поля;

dt - время изменения магнитного поля.

Электростатические осевые компоненты напряжения, наводимые на слоях секции, из-за встречной намотки слоев вдоль их оси противоположно направлены и потому взаимно уничтожаются.

Наведенные на обмотках сигналы транслируются с помощью витых пар внутри вакуумной камеры и коаксиальных кабелей снаружи камеры на входы соответствующих внешних дифференциальных усилителей 3. Каждый дифференциальный усилитель собран из трех широкополосных высокочастотных усилителей 7 (AD829JN) и имеет коэффициент усиления k=100. Питание отдельного дифференциального усилителя осуществляется от двуполярного источника постоянного напряжения 2, выполненного на основе маломощного трансформатора 5 (ТПГ-1-2×9 В) с одной первичной и двумя идентичными вторичными обмотками. Трансформатор понижает сетевое напряжение до необходимого уровня, а также обеспечивает гальваническую развязку схемы питания усилителя от внешней электросети. Переменное напряжение вторичных обмоток выпрямляется с помощью диодных мостов 6 (W06M) и затем сглаживается парами электролитических конденсаторов (1000 мкФ, 35 В), причем одна вторичная обмотка обеспечивает положительную полярность источника, а другая - отрицательную. Средняя точка источника является схемной «землей», относительно которой измеряются сигналы.

С выходов дифференциальных усилителей усиленные сигналы поступают на входы многоканального регистратора 4. В качестве регистратора 4 используется четырехканальный цифровой осциллограф, в каждый канал которого встроен подключаемый фильтр с полосой пропускания 20 МГц. Искомое магнитное поле находится посредством интегрирования сигналов регистратора с последующим делением на величину -2kSN.

В примере конкретного исполнения на предприятии ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» при проведении экспериментов в столбе низкотемпературной магнитоактивной гелиевой плазмы длинной 6 м и объемом ≈1 м3 для измерения параметров МГД-волн одновременно использованы пять заявляемых устройств. Столб плазмы нарабатывался ВаО-термокатодом. Концентрация плазмы в столбе составляла ~1012 см-3 при давлении газа в вакуумной камере 5⋅10-4 Тор. Индукция внешнего осевого магнитного поля составляла 95 мТл. В конце столба плазмы располагался виток с током диаметром 4 см, возбуждающий МГД-волны в замагниченной плазме. Магнитные зонды устройств располагались на оси плазменного столба на расстояниях 0,5 м друг от друга. С помощью этих устройств были зарегистрированы МГД-волны в плазменном столбе и определены их амплитудные и временные характеристики. В частности, при импульсе тока в витке в виде полусинусоиды длительностью 2,1 мкс и амплитудой 70 А (Фиг. 3) на устройстве, отдаленном от витка с током на 0,5 м, зарегистрирован сигнал в виде затухающей синусоиды (Фиг. 4), характеризующий МГД-волну в плазме.

Источники информации:

[1] Кнопфель. Сверхсильные импульсные магнитные поля. Москва, 1972, с. 314-329.

[2] Е.Т Everson, P. Pribyl, C.G. Constantin, A. Zylstra, D. Schaeffer, N.L. Kugland, and C. Niemann., Design, construction, and calibration of a three-axis, high-frequency magnetic probe (B-dot probe) as a diagnostic for exploding plasmas. Rev. Sci. Instrum. 80, 113505 (2009).

[3] Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005., с. 118-120.

Устройство для измерения параметров слабого магнитного поля в низкотемпературной магнитоактивной плазме, содержащее высокочастотный магнитный зонд в виде трех двухсекционных обмоток, выполненных витой парой, размещенных ортогонально на немагнитном кубическом каркасе, причем секции каждой обмотки подключены к своему дифференциальному усилителю, все дифференциальные усилители подключены к многоканальному регистратору напряжения и к источнику питания, отличающееся тем, что источник питания усилителей гальванически развязан с сетью переменного напряжения, а каждая секция обмотки состоит из четного количества слоев с одинаковым числом витков и с односторонним направлением намотки, при этом нечетные слои намотаны в одну сторону по оси обмотки, а четные - в обратном направлении.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике. В модуле для модульного промышленного штекерного соединителя расположены по меньшей мере два электрических контактных элемента (6), для каждого из которых предназначено по сенсору (13) Холла для измерения тока.

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Технический результат - повышение надежности локализации местоположения источника повышенной эмиссии кондуктивных помех и расширение области применения.

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Технический результат - повышение надежности локализации источников повышенной эмиссии кондуктивных помех и расширение области применения.

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано при измерении магнитной индукции на поверхности постоянных магнитов. Способ измерения магнитной индукции постоянных магнитов содержит этапы, на которых осуществляют измерение магнитного поля системы с помощью датчика магнитного поля, при этом магнитное поле постоянных магнитов измеряется в зазоре цилиндрической магнитной системы, имитирующей магнитную систему реальной вращательной магнитоэлектрической машины и состоящей из внутреннего магнитопровода с размещенными на нем постоянными магнитами и внешнего магнитопровода, зазор между двумя ферромагнитными магнитопроводами имеет величину, позволяющую ввести в него щуп тесламетра и провести измерение магнитной индукции, при этом величина и равномерность зазора обеспечивается немагнитными клиньями.

Группа изобретений относится к генерации синтетических изображений с помощью алгоритмов машинного обучения для использования в радиотерапии, а именно к системам и способам для генерации изображений компьютерной томографии (КТ) из изображений магнитно-резонансной томографии (МРТ) с использованием нейронных сетей.

Группа изобретений относится к системам магнитно-резонансной томографии (МРТ) для уменьшения артефактов движения в реконструированных магнитно-резонансных (МР) изображениях, которые захватывают с использованием способов захвата многокадровых (ms) изображений, и более конкретно к системе МРТ, которая может включать уменьшение артефактов, возникающих из-за межкадрового движения при захватах многокадровых МР-изображений, и к способу ее функционирования.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам для поддержания части тела при магниторезонансной визуализации. Устройство для поддержания части тела содержит рукав, выполненный с возможностью поддержания части тела, причем рукав содержит круговую камеру, которая выполнена с возможностью откачки из нее по существу всего содержащегося в ней воздуха, и элементы гибких поверхностных принимающих РЧ-катушек для магниторезонансной визуализации, расположенные внутри круговой камеры и выполненные с возможностью обеспечения их соответствия по форме упомянутой части тела при откачке воздуха, и порт, проходящий через рукав, сконфигурированный для соединения элементов гибких поверхностных принимающих РЧ-катушек внутри круговой камеры с устройством магниторезонансной визуализации (МРТ) снаружи круговой камеры, сохраняя воздухонепроницаемость круговой камеры.

Устройство, моделирующее вечное движение Земли вокруг своей оси, представляет собой сегмент шара из легкого материала, произвольного размера, плавающий на поверхности водного бассейна с наклоном плоскости на 26°, которая разделена осями координат на четыре сектора по 90°, с исходящим в каждом секторе из центра плоскости спиралеобразным трубопроводом, проложенным в несколько оборотов вокруг центра к одной из четырех координатных точек на окружности, где к каждому трубопроводу присоединены через калиброванные отверстия, равномерно расположенные по конечному секторному отрезку трубопровода, по девять изогнутых дугообразно вниз тонких трубок, другие концы которых соединены в центре с концом, исходящего из центра, спиралеобразного трубопровода.

Изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано в области разработки материалов на основе карбида кремния для магнитометрии, квантовой оптики, биомедицины, а также в информационных технологиях, основанных на квантовых свойствах спинов и одиночных фотонов.

Изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано в области разработки материалов на основе карбида кремния для магнитометрии, квантовой оптики, биомедицины, а также в информационных технологиях, основанных на квантовых свойствах спинов и одиночных фотонов.

Изобретение относится к области измерения электрических величин, в частности к индикации высокого напряжения. Проверяемый индикатор высокого напряжения характеризуется тем, что в схему индикации с емкостными датчиками высокого напряжения и блоком индикации включена схема тестирования.

Изобретения относятся к измерительной технике, в частности к конструкциям RC-делителей напряжения. Предложены система и способ изолирования RC-делителя напряжения.

Описан RC делитель (1) напряжения, содержащий основную часть (3), вспомогательную часть (2), соединенную с основной частью (3), причем вспомогательная часть (2) содержит коаксиальное расширение, отличающийся тем, что вспомогательная часть (2) содержит провод (4) ответвления и электронные вспомогательные элементы (5a-5j), причем электронные вспомогательные элементы (5a-5j) расположены коаксиально вокруг провода (4) ответвления.

Изобретение относится к элементам конструкции измерительных приборов для измерения электрических величин, в частности к делителям напряжения. Техническим результатом является создание RC-делителя напряжения с высокостабильными резервированными выходами.

Изобретение относится к приборам индикации наличия напряжений в сетях распределительных устройств, а именно к датчикам наличия высокого напряжения в сетях 6-35 кВ. Регулируемый емкостной датчик наличия высокого напряжения включает емкость, в качестве которой используют первый электрод - жилу кабеля; изоляцию кабеля; второй электрод, в качестве которого используют намотанную электропроводную площадку с возможностью изменения шага и длины намотки; и выходные разъемы.

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники, а именно к средствам измерения напряженности электростатических полей, в том числе и в условиях космического пространства.

Изобретение относится к устройствам для дистанционного контроля за параметрами тока и напряжения в высоковольтной части электроэнергетических систем. .

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при разработке и создании прецизионных делителей переменного напряжения. .
Наверх