Датчик магнитного поля

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сотоз Советских

Социалистических

Республик

<>978086 (61) Дополнительное к аат. саид-ау (22) Заявлено 200381 (21) 3262040/18-21 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 30,11.82,. Бюллетень ¹ 44

Дата опубликования описания 3011.82

Р()М g> з

01 R 33/02.

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений н открытий (Щ УДК 621. 317. .44(088.8) (72) Автор изобретения

Н.С.Скачков (71) Заявитель (4) Д тЧИК И ГНИтНОГО ДОЛЯ

Изобретение относится к технике

1 измерения плоских магнитных полей и,может быть использовано для гармонического анализа полей, создаваемых устройствами магнитных фокусирующих, а также транспортирующих каналов, .например, каналов ускорителей заряженных частиц.

Известны датчики магнитного поля в виде гармонической катушки, цилиндрической формы каркаса с равномерным в азимутальном направлении распределением пазов на его боковой поверхности, в которые укладывается тонкий проводник так, чтобы азимутальная плотность распределения витков аппроксимировала синусоидальную функцию с целым числом Х (К =

1,2, ...) периодов, приходящихся на полный оборот вдоль направляющей цилиндрической поверхности каркаса(1 ).

Однако в такой катушке положение проводника в пределах паза имеет существенную неопределенность как в азнмутальном, так и в радиальном направлениях, приводящую к значительной погрешности измерения соответ-, ствующей гармоники поля.

Наиболее близким к предлагаемом по технической сущности является датчик, .каждый паз которого изготавливается строго для однократной укладки в нем проводника так, что азиму-. тальное и радиальное положение вполне определены,а синусоидальный закон изменения плотности витков в азимутальном направлении обеспечивается соответствующим законом распределения пазов в каркасе1 2 ).

Однако в известном датчике не удается избежать накладки друг на друга располагаемых на торцах участков проводника вне пазов, что приводит к снижению точности измерения из-за появления чувствительности к обертонам поля, а также к осевому фоновому полю. для достижения высокой точности измерения необходимо делать большое число пазов, позволяющее снизить погрешность аппроксимации точного синусоидального закона распределения .витков, что усложняет процедуру точного изготовления пазов в каркасе и.навивания проводника.

Цель .изобретения — уменьшение чувствительности катушки к обертонам поля, а также упрощение ее конструк3О

978086 указанная цель достигается тем, что s датчике магнитного поля, содержащем витки гармонической катуш° ки, выполненные иэ проводника и уложенные на поверхности цилиндрического изолирующего каркаса, витки гармонической катушки выполнены в виде синусоид с числом периодов, приходящимся.на полный оборот в азимутальном направлении, равным частоте измеряемой гармоники поля, !О и укладываются бифилярно на цилиндри. ческой поверхности каркаса, а обратные половины каждого бифилярного витка образуют. вчнтовую линию.

На чертеже изображена двухвитковая гармоническая катушка, предназначенная для измерения амплитуды .второй гармоники поля.

Гармоническая катушка датчика магнитного поля состоит из бифилярных витков 1, изготавливаемых на цилиндрической поверхности каркаса 2 из изолирующего материала. Отдельные участки проводника катушки в местах их наложения друг на друга электрически изолированы один от другого с помощью пленочной диэлектрической прокладки,(на чертеже не показана).

На развертке цилиндрической поверхности каркаса прямая половина каждого витка описывается функцией

+Csin KV, а обратная — функцией — г, sinl(g, причем направление укладКи прямой и обратной половин витка соответствует направлениям стрелочек, показанным на всех участ- 35. ках синусоид.

Концы 3 катушки, к которым подсоединяются вйводные проводники 4, яв-. ляются выводами катушки, также изо- 4О лированными друг от друга с помощью пленочной диэлектрической прокладки(не показана ), Концы 3 и 5 бифилярного витка сдвинуты в направлении об- разующей цилиндра так, чтобы осуще- 45 ствить плавный переход от одного витка к следующему. Величина сдвига выбирается минимальной, но достаточной для того, чтобы избежать касания соседних витков в многовитковой катушке, В катушке, содержащей ецинственный бифилярный виток, нет прин" ципиальной необходимости сдвигать концы витка. Искажение синусоиды, происходящее в результате сдвига концов каждого витка, не приводит к появлению погрешности измерения с .оответствующей гармоники поля, так как связанный со сдвигом параэитный поток, захватываемый прямой полови" ной б бифилярного витка, полностью 6G компенсируется параэитным вкладом

его обратной половины 7.

» Ю61и кЧ ЙЧ = Й 1с N R 6 ) к где S . .— поверхность, натянутая на виток катушки.

Пропорциональность потока ф -,коэффициенту разложения поля в ряд Фурье

)зк, лежащая в основе измерения последнего, не зависит от числа витков И, что позволяет принять любое число витков (вплоть до и =1), не внося при этом никакой погрешности измерения.

Кроме того, благодаря бифилярному исполнению витков гармоническая катушка не чувствительна к фоновому полю в направлении оси Z, так как поверхность бифилярного витка совпада ет с боковой поверхностью каркаса.

Процесс изготовления витков гармонической катушки использует известный способ фотолитографического нанесения печатных медных проводников.

При этом для повышения точности изготовления витков предпочтительно на стадии получения негатива применять укрупненный чертеж витков в масштабе 5:1. Пленочная диэлектрическая прокладка, изолирующая участки проводника катушки в местах их наложения друг на друга, выполнена в виде тонкого лакового покрытия, наносимого перед выращиванием цилиндрического слоя меди для наружных участков проводника. Равенство амплитуд прямой и обратной половины может давать преимущества только в практическом отношении по сравнению со случаем, когда эти амплитуды не равны друг другу. С принципиальной точки зрения катушки с различным отношением амплитуд прямой и обратной половин одинаково эффективны по сравнению с прототипом. В частности, когда амплитуда одной иэ половин, например обратной„ равна нулю, эта половина представляет собой винтовую линию, которая наиболее проста в изготовлении.

Датчик работает следующим образом. 65 если катушку, содержащую tu бифилярных витков, поместить в поле: В (r Ч) = Х b " (, и ью и Y и= с оз w v )),, м=г где )уд — амплитуда гармоники с частотой m, ю, С вЂ” орты цилиндрической системы координат, так чтобы ось катушки совпадала с осью разложения поля в ряд по гармоникам, то магнитный поток, сцепляющийся с катушкой, равен

0.Т

Ф,=Хв(0; М,=2NJ (. ь "Мим)»

6 0

Опытный образец гармонической градиентной (к=2) катушки содержит

1 виток с амплитудой синусоиды =6 мм

978086

Формула изобретения

Заказ 9210/62

Подписное

ВНИИПИ

Тираж 717 изготовленный на каркасе диаметром

18 мм. Установлено, что по сравнению предлагаемого датчика с прототипом измеренные значения градиента постоянного во времени поля квадрупольной магнитной линзы совпадают в пределах точности измерений О,ЗЪ.

Однако в прототипе для подавления паразитного вклада обертонов поля на катушку намотано 88 витков, т.е. почти на два порядка больше, чем в данной катушке. Известная катушка практически непригодна для измерения краевого поля линзы, т.е. в условиях, когда измеряемое поле имеет. продольную компоненту, имеющую значительную разницу значений на противоположных торцах катушки, в то время как предложенная катушка нечувствительна к продольному градиенту поля.

1. Датчик магнитного поля, содержащий витки гармонической катушки, выполненные из проводника и уложенные на поверхности цилиндрического изолирующего каркаса, о т л и- ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения чувствительности к оберто-.

5 нам поля, а также упрощения конструкции, витки гармонической катушки выполнены в виде синусоид с.числом периодов, приходящимся на полный оборот в азимутальном направлении, 16 равным частоте измеряемой гармоники поля, и укладываются бифилярно на цилиндрической поверхности каркаса.

2. Датчик по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что обратные половины каждого бифилярного витка образу15 ют винтовую линию.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гольдин Л.Л. и др. Магнитные измерения в ускорителях заряженных 2п частиц. М., Госатомиздат, 1962, с.34.

2. Данильцев E.Í. и др. Исследование нелинейностей полей квадрупольных линз для линейного ускорителя с пролетными трубками. M., 1962, Препринт k 64.

Филиал ППП "Патент" r. Ужгбрб3Х;. ул. Проектная, 4