Устройство для измерения слабых магнитных полей

 

СоюМ Советских

Социалистических

Республик

<>746353

К АВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (53)М. Кл.

G 01 R 33/02 (22) Заявлено 1601.78 (21) 2569969/18-21 с присоединением заявки 8о— (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 070780, Бюллетень М 25

Дата опубликования описания 070780 (53) УДК621 ° 317. .44(088.8) (72) Автор ! изобретения

Л. С. Привер (71) Заявитель

Научно-исследовательский институт прикладной математики и кибернетики при ГГУ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СЛАБЫХ МАГНИТНЫХ

ПОЛЕЙ

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано в области геофизики, геологоразведки и основано на принцийе ре- гистрации смещения электронного луча магнитным пОлем.

Известны квантовые магнитометры для измерения слабых вариаций магнитного, поля, основанные на измерении частоты Лармора прецессии с оптической накачкой атомов щелочных металлов, обладающие высокой чувствительностью, но требующие для измерений большое количество сложных приборов и аппаратуры, а также обладающие такими недостатками,как нелинейность зависимости между частотой и полем, эриентационная зависимость частоты, неспособность измерения весьма слабых магнитных полей (1).

Известны также измерители слабых магнитных полей, основанные на регистрации отклонения электронного луча магнитным . полем (2).

В этих устройствах внутри вакуумированной трубки расположены после довательно электронная пушка, ферромагнитные наконечники концентратора 30 магйитного поля с зазором для прохождения электронного луча, две пары пластин электростатического отклонения, экран с мишенью (электродами).

Регистрация смещения электронного луча под действием магнитного поля осуществляется измерением разности токов с электродов мишени, а также путем замены электродов термопарами или термисторами и соответствующей регистрацией разности температур. К недостаткам указанных устройств следует отнести трудности регистрации малой разности токов с электродов из-за вторичной электронной эмиссии и вибрации электродов электронной пушки и пластин отклонения.

С целью повышения чувствительности и помехоустойчивости в устройство для измерения слабых магнитных полей, содержащее электроннолучевую трубку с двумя парами отклоняющих пластин и экраном, покрытым люминофором, фотоумножитель с входным окном, блок демодуляции время-импульсных сигналов и регистрирукщий блок, введены диафрагма с двумя взаимно перпендикулярными крестообразными щелями, расположенная между экраном электроннолу746353 чевой трубки и входным окном фотоумножителя, и генератор круговой развертки, вход которого подсоединен к отклоняющим пластинам электроннолучевой трубки, а выход. — ко входу блока демодуляции время-импульсных сигналов, при этом выход фотоумножителя подсоединен ко входу блока демодуляции время-импульсных сигналов, выход которого подключен к регистрирующему блоку.

Кроме того, между экраном электроннолучевой трубки и диафрагмой с дву-, мя взаимно перпендикулярными крестообразными щелями расположен объектив, оптическая ось которого совпадает с осями симметрии электроннолучевой 15 трубки и фотоумножителя.

На фиг. 1 и фиг. 2 изображены блок- .схемы устройства; на фиг. 3 — вид

A-А; íà фиг. 4 — временные диаграммы.

Электроннолучевая трубка (ЭЛТ) 1 2О содержит электронную пушку 2, две пары отклоняющих пластин 3 и 4. К экрану 5 ЭЛТ 1, покрытому люминофором, плотйо прилегает входное окно

6 фотоумножителя. (ФЭУ). Между ними находится тонкая светонепроницаемая диафрагма 7, которая может быть нанесена на окно 6 ФЭУ напылением металла. В диафрагме 7 имеются узкие крестообразные щели 8, К пластинам 3 и 4

ЭЛТ присоединен генератор круговой: развертки 9, т.е. источник синусои дальных напряжений, сдвинутых по фазе на 90 . Выход ФЭУ 6 подключен к входу блока 10 демодуляции время-импульсного сигнала, содержащего усилитель 11, формирователи 12 импульсов, узел 13 разделения импульсов по че- тырем каналам, два триггера 14 и 15 и интегрирующие RC — цепочки 16 и 17.

Выходной сигнал измеряется приборами 40

18 и 19, входящими в регистрирующий блок 20.

Между ЭЛТ 1 и ФЭУ 6 может быть помещен объектив 21. Расстояние между экраном 5, объективом 21 и окном ФЭУ

6 подбирают таким образом, чтобы на диафрагме 7 получить оптическое изображение светового пятна 22.

Устройство (фиг. 1) функционирует следующим образом. Световое пятно на 50 экране ЭЛТ совершает круговое сканиро:вание. Положение центра окружности сканирования зависит, в частности, от величины и направления вектора индукции В. При сканйрованйи свет от :"55 пятна подается в ФЭУ 6 только через щели 8 диафрагмы 7. 3а один йериод вращения в ФЭУ 6 возникают Четыре импульса. Если центр окружности сканирования совпадает с центром диафрагмы 7, импульсы с ФЭУ 6 следуют через одинаковые интервалы. Если центр окружности сканирования сместился под действием магнитного поля,, то интервалы между импульсами становятся раз личными (фиг. 4 а), т.е. в сигнале 65

ФЭУ 6 возникает время-импульсная мо,дуляция, глубина которой пропорциональна В.

Выделение полезной информации происходит с помощью блока демодуляции время-импульсного сигнала 10 и регистрирующего блока 20. Разделение импульсов по четырем каналам происходит с помощью узла 13, на одни входы которого подаются усиленные и сформированные импульсы с ФЭУ 6, а на другие входы синхроимпульсы, полученные от генератора круговой развертки 9. Пара импульсов от противоположных плеч креста на ФЭУ 6 запускает с несчетных входов триггеров 14 и 15, которые выдают сигнал в виде меандра;

Если центр окружности не смещен, то постоянная составляющая в меандре отсутствует. В противном случае длительности положительных и отрицательных прямоугольных импульсов триггеры 14 и 15 различны, и постоянная составляющая выделяется с помощью интегрирующЕй RC-цепочки 16 и 17.

Можно показать, что линейное смещение светового пятна на экране 5 ЭЛТ

1 под действием магнитного поля равно: где 0 — длина, на протяжении которой происходит отклонение электронного луча (практически — это расстояние от электронной пушки до экрана ЭЛТ), усКоряющее напряжение, —,— = 1,75 х

E х 10 к/КГ . С = 3 . 10 см/с. Согласно (1) при U = 300 в, Р = 10 см, В = 1 гаусс, Х = 10 мм. Известно, что с помощью фотоэлектрических микроскопов можно измерить положение центра сканирования светового пятна с точностью 0,1 — 0,01 мкм. Таким образом, в приведенном примере точность измерения В составляет 10-5

10 с гаусс.

Дальнейшее повышение точности возможно путем увеличения длины, уменьшения размеров светового пятна и увеличения его яркости; последние два условия могут быть" выполнены путем применения ЭЛТ 1 с высоковольтным ускоряющим анодом, расположенным вблизи экрана (не показано). При этом на протяжении I? электроны движутся с, малой скоростью под действием малого напряжения U.

Повышение чувствительности может быть достигнуто путем создания увеличенйого изображения круга сканирования на входном окне ФЭУ 6 с помощью объектива 21. Потери в световом потоке в этом случае компенсируются более четким оптическим изображением по сравнению с непосредственным контактом ФЭУ 6 и ЭЛТ 1; так как в этом случае неизбежны искажения из-эа конечной тслщины стекла ЭЛТ 1 и ФЭУ 6.

746353

Формула изобретения

Фиг. 2

Фиг. 4

Дополнительное повыаение точности может быть достигнуто с помощью концентраторов магнитного поля, наполюсники которых могут быть размещены внутри ЭЛТ (не показано). Однако B этом случае нельзя определить направления вектора В.

1.устройство для измерения слабых магнитных полей, содержащее электроннолучевую трубку с двумя парами отклоняющих пластин и экраном, покрытым люминофором, фотоумножитель с входным окном, блок демодуляции время-импульсных сигналов и регистрирующий блок, о т л и ч а ю щ е е с я . тем, что, с целью повышения чувствительности и помехоустойчивости, в не-, го введены диафрагма с двумя взаиМ- . но перпендикулярными крестообразными щелями, расположенная между экраном электроннолучевой трубки и входным окном фотоумножителя, и генератор кру

ЦНИИПИ Заказ 3934/34

Тираж 1019 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул . Прое к тн а я, 4 говой развертки, вход которого подсоединен к отклоняющим пластинам электроннолучевой трубки, а выходко входу блока демодуляции время-им пульсных сигналов, при этом выход фотоумножителя подсоединен ко входу блока демодуляции время-импульсных сигналов, выход .которого подключен к регистрирующему блоку.

2. Устройство по п.1,- о т л и ч а ю щ е е с я тем, что между экраном электроннолучевой трубки и диафрагмой с двумя взаимно перпендикулярными крестообразными щелями распо ложен объектив, оптическая ось которого совпадает с осями симметрии электроннолучевой трубки и фотоумножите яя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 297321,,G 01 V 3/00, 1968.

2. Патейт COJA 9 3727127, кл. 324-44, 1971 °