Магнитометр

 

ОПHCAHHE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 250779 (21) 2805829/18-21 151) М. Кд.з

G R 33/00 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 150182.Бюллетень ¹ 2

Дата опубликования описания 150182 (531УДК 621. 317.44

{088.8) (72) Автор изобретения

В.С. Уриханян

I Ю

1 м= (71) Заявитель

{54) МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к технике электрического измерения магнитных величин, в частности к устройствам для преобразования магнитного поля в электрический сигнал.

Известен магнитометр, содержащий один либо несколько датчиков магнитной индукции, одновременно установленных по длине оси магнитной системы (1) .

Недостатком известного магнитометра является то, что интегральное магнитное поле измеряется разбиванием магнитного поля на мультиполя с последующим суммированием произве.дений длин участков с соответствующей им индукцией.

Известен магнитометр, содержащий токонесущий проводник диаметром

5 мм и длиной 2,5 м, натянутый силой порядка 1000 Н, помещенный в трубку прямоугольного сечения. Трубка с проводником соединена с двумя пьезоэлектрическими датчиками силы, подключенными к измерителю. Трубка обоими концами. закреплена на основании с помощью упругих пластинок, которые обеспечивают движение трубки по направлению оси чувствительности пьезоэлектрических датчиков силы. Через проводник проходит низкочастотный синусоидальный ток от источника питания. Когда магнитометр находится в магнитном поле, возникающая пондермоторная сила Ампера, пропорциональная интегральному магнитному полю, уравновешивается опорными реакциями трубки. Так как опорами трубки являются пьезоэлектрические датчики силы которые преобразовывают силу в пропорциональный электрический сигнал, то интегральное магнитное поле равно сумме выходных сигналов пьезоэлектрических датчиков силы с коэффициентом преобразования, зависящим от чувствительности пьезоэлектрических датчиков силы и от величины тока в проводнике (2).

Недостатками известного магнитометра являются недостаточная точность измерения, плохая виброустойчивость, наличие динамических погрешностей и, как следствие, недостаточная чувствительность.

Цель изобретения — повышение чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитометре, содержащем проводник, подключенный к источнику пиЗО тания и закрепленный между двумя

898348 опорами, причем каждый конец проводника связан со своим датчиком силы, выход которого подсоединен к измерителю, индентор каждого датчика силы выполнен иэ металлокерамического твердого сплава, а чувствительный элемент — из монокристаллического германия ориентации (111) электрон.ного типа проводимости.

На чертеже изображена схематическая конструкция магнитометра с электрической схемой соединений.

Магнитометр состоит из проводника

1, изготовленного из легкого токопроводящего материала (алюминий, алюминиевые сплавы и т.п.) диаметром

0,8 мм,натянутого силой 100 Н с по- 15 мощью пружины 2 между двумя опорами

3 и 4, которые соединены с основанием 5 и электрически изолированы от него. На основании 5 установлены два кронштейна б и 7, на которых закреп- Щ лены датчики 8 и 9 силы, соединенные с проводником 1. Расстоянием между датчиками силы 8 и 9 определяется рабочая длина магнитометра. Датчики

8 и 9 силы состоят из чувствительного элемента 10 из монокристаллического германия ориентации (111) с электронной проводимостью, легированного сурьмой с удельным электрическим сопротивлением 3 10 Ом.м (мар- ) ки ГЭС-3) и индентора 11 (вдавливающее тело), изготовленного из металлокерамического твердого сплава, содержащего 90Ъ карбида вольфрама и 10Ъ кобальта, с радиусом закругления сферического кончика 30 мкм. Индентор 11 закреплен в корпусе 12 через изолирующую втулку 13, а чувствительный элемент 10 закреплен на плоской пружине 14. Плоские пружины 14 и 15 с шаром 16,,прокладкой 17 и вин- 4р том 18 составляют прижимное устройство датчиков силы 8 и 9, с помощью которого создано первоначальное усилие величиной 0,272 Н. При этом максимальная чувствительность датчиков 45 силы 8 и 9 по току от усилия порядка

100 мА/Н. Проводник 1 питается от источника питания 19 с величиной тока

2 A. Каждый из. полупроводниковых пьезорезистивных датчиков 8 и 9 силы подсоединен к измерителю 20. Электрические датчики 8 и 9 силы включены в одно из плеч неуравновешенных мостов, которые входят в состав измерителя 20.

Магнитометр работает следующим образом.

Изменением величины питающего напряжения мостов, в плечи которых включены датчики 8 и 9 силы, устанавливается их чувствительность по напряжению от усилия 1000 В/Н. При этом по- ц) рог чувствительности датчиков 8 и 9 силы на уровне собственных шумов порядка 100 мкВ и на нагрузке 10 кОм составляет не хуже 10 Н. Регулировкой режима измерителя 20 добиваются отсутствия выходного сигнала. Магнитометр помещается в магнитное поле так, чтобы направление магнитной индукции Е было перпендикулярно к оси чувствительности датчиков силы 8 и

9 — У (направления на чертеже показаны координатной системой). При этом возникает пондермоторная сила

Ампера, перпендикулярная направлению

Е магнитной индукции и совпадающая с направлением оси чувствительности датчиков 8 и 9 силы. Эта сила равна сумме реакций проводника 1 на датчи ки 8 и 9 силы.

От возникающего усилия соответственно меняются сопротивления .чувствительных элементов 10 и появляется разбаланс мостов в измерителе 20.

Сигнал разбаланса с учетом его знака суммируется в измерителе 20 и преобразуется в выходной сигнал, пропорциональный величине магнитного поля.

Применение данного магнитометра в измерительной технике магнитных величин повышает точность измерения интегрального магнитного поля вдоль заданной оси магнитной системы более чем в б раз, одновременно повышая чувствительность примерно в 300 раз.

Его применение снижает влияние на измерение вибрационных возмущений, исключает динамические погрешности, упрощает конструкцию и облегчает съем и обработку информации.

Формула изобретения

Магнитометр, содержащий проводник, подключенный к источнику питания и закрепленный между двумя опорами, причем каждый конец проводника связан со своим датчиком силы, выход которого подсоединен к измерителю, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, индентор каждого датчика силы выполнен из металлокерамического твердого сплава, а чувствительный элемент — из монокристаллического германия ориентации (TZI) электронного типа проводимости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кульбеда В.Е., Рубчинский С.М.

Генераторный датчик интегрального магнитного поля. Труды Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. T. 1, М., 663.

2. А. Cattoni et all А high

sensitivity method for measuring

magnetic field integrals, servizio

Documentazione dei Laboratori Naziопа11 di Franscati del CNEN, LNF-71, 12,25, Nazzo, 1971.

898348

Я-A

Редактор Л. Веселовская Тираж 71

718 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5

Заказ 11941/61

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 11

Составитель В. Новожилов

Техред С. Мигунова Корректор О. Билак