Магнитный экран

 

1, МАГНИТНЫЙ ЭКРАН, содержащий ферромагнитную оболочку с круглым поперечным сечением и п немагнитных прокладок, отличающийс я тем, что/ с,целью расширения функциональных возможностей экрана, ферромагнитная оболочка выполнена в виде п стержней, между которыми расположены прокладки, а поперечные размеры стержней и прокладок выбирают из, соотношения 4-1). где t и f - линейные размеры соответственно ферромагнитных ° стержней и прокладок в плоскости, ортогональной оси экрана, в направлении , касательном к экранирующей оболочке; сЛ и R - соответственно толшина экранирующей оболочки и радиус поперечного сече . ния ее центральной части; ju, d/u.//4. - соответственно относительная магнитная-проницаемость материала ферромагнитных стержней и ее нестабильность; Ihl - минимальная относительная интенсивность вариа ций вектора индукции магнитного поля. « (Л 2. Экран по п. 1, отличающийся тем, что площади поперечного сечения оболочки в центре экрана и у его торцов выбирают из соотношения5 1 SJS 1,3 , где 5ц и 5о - соответственно площади поперечного сечения торцов и центральной части экрана. CD СХ)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК

ag) SU(н) 3(51) 0 12 В 17 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2(а z)+< — (2 — ) 2 —" ) с щ (21 ) 3571 839/1 8-21 (22) 01.04.83 (46) 23.08.84. Бюл. 9 31 (72) И.М.Федоров (53) 621.317(088.8) (56) 1,. Основы электроизмерительной техники. Под ред. М.H.Ëåâèíà. М., "Энергия", 1972, с. 538.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 687391, кл. G 01 R 1/18, 1975. (54) (57) 1. МАГНИТНЫЙ ЭКРАН, содержащий ферромагнитную оболочку с круглым поперечным сечением и и немагнитных прокладок, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с, целью расширения

Функциональных возможностей экрана, ферромагнитная оболочка выполнена в виде и стержней, между которыми рас- положены прокладки, а поперечные размеры стержней и прокладок выбирают из,соотношения где В и — линейные размеры соответственно Ферромагнитных стержней и прокладок в плоскости, ортогональной оси экрана, в направлении, касательном к экранирующей оболочке; и R « «соответственно толщина экраыирующей оболочки и радиус поперечнсго сече. ния ее центральной части;

, ар — соответственно относительная магнитная проницаемость материала ферромагнитных стержней и ее нестабильность;

Ibl - минимальная относительная интенсивность вариа° ций вектора индукции магнитного поля. Ю

2. Экран по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что площади попереч- у ного сечения оболочки в центре экра- на и у его торцов выбирают из соотФМ ношения

° °

1 4 5о!5 а 1,3 где 5„ и 5 — соответственно площади поперечного сечения торцов и центральной части экрана.

1109810

Изобретение относится к измериб тельной технике и может быть использовано для защиты магниточувствительных элементов различных физических и измерительных приборов и установок, например, от составляющих век- 5 тора индукции земного магнитного поля. Непосредственное назначение предлагаемого устройства — избирательное уменьшение интенсивности одной заданной квадратурной компонен-10

TH вектора индукции магнитного поля, что позволяет использовать подобный экран совместно с модульным квантовым магнитометром в .качестве, например, измерителя вариаций геометриче- 5 ской суммы двух других неослабленных компонент вектора индукции.

Известен магнитный экран, содержащий однослойную ферромагнитную оболочку (13.

2О

Однако данный экран имеет низкий коэффициент анизотропии и невысокую стабильность коэффициента экранирования.

Известен также магнитный экран, содержащий rn ферромагнитных цилиндрических оболочек и немагнитные прокладки, расположенные между ними $2).

Данному экрану также свойственна малая анизотропия и низкая стабильность.

Применение известных экранов для селективного ослабления одной из компонент вектора индукции магнитного поля полностью исключено, вследствие чего подобные устройства не могут использоваться для измерительных целей.

Пель изобретения — расширение функциональных возможностей магнитного экрана. 4О

Указанная цель достигается тем, что в магнитном экране, содержащем ферромагнитную оболочку с круглым поперечным сечением и и немагнитных прокладок, ферромагнитная оболочка выполнена в виде ь стержней, между которыми расположены прокладки, а поперечные размеры стержней и прокла- док выбираются из соотношения где 8 и - линейные размеры соответственно ферромагнитных стержней и прокладок в плоскости, ортогональной оси экрана, в направлении, касательном к экранирующей оболочке;

У и R — соответственно толщина 6О экранирующей оболочки и радиус. поперечного сечения ее центральной части; èüð! - соответственно относи-! тельная магнитная прони- 65 цаемость материала ферромагнитных стержней и ее нестабильность;

lbl — минимальная относительная интенсивность вариаций вектора индукции магнитного поля.

Кроме того, площади поперечного сечения оболочки в центре экрана и у

его торцов выбирают из соотношения

1 Sо 5кл 1,3 (2 где 5„ и 5, — соответственно площади поперечного сечения торцов и центральной части экрана.

На фиг. 1-3 представлены различные варианты выполнения магнитного экрана; на фиг. 4 — зависимость характеристик экрана от его диаметра

2R, где К„, К вЂ” коэффициенты зкранирования в поперечном и продольном направлениях соответственно .

Магнитный экран содержит ферромагнитные стержни 1 и немагнитные прокладки 2. Поперечные размеры стержней 1 и прокладок 2(g и ) выбирают много меньше радиуса экрана и

Гтержни 1 могут быть прямоугольного, круглого или квадратного сечения, а прокладки 2 — воздушными. B любом случае выполняется соотношение (з) где l; — длина экрана.

Устройство работает следующим образом.

При помещении экрана ва внешнее магнитное поле компонента поля, направленная вдоль оси экрана, подавляется практически полностью, поскольку силовые линии магнитного поля замыкаются через стержни 1. Две другие же компоненты поля ослабляются незначительно, ввиду большого магнитного сопротивления в поперечном направлении.

Отношение длины и диаметра 2Р экранирующей оболочки данного экрана лежит в диапазоне от двух до четырех. Именно такое соотношение размеров обычно выбирается у цилиндрических магнитных экранов с открытыми концами, так как при увеличении или, уменьшении этого отношения относительно укаэанного значения продольный коэффициент экранирования уменьшается. Характеристики предлагаемого экрана в осевом направлении весьма близки к соответствующим характеристикам известных однослойных экранов со сплошной экранирующей оболочкой. В данном случае из-за наличия немагнитных прокладок 2 лишь незначительно уменьшается эффективная относительная магнитная проницаемость р1 зкранирующей оболочки в продольном направлении в сравнении с относл1109810 тельной магнитной проницаемостью используемого ферромагнитного материала: р = (1- v)p+ v, где v — отношение суммарной плошади поперечных сечений прокладок к плошади поперечного сечения экранируюшей оболочки.

Эффективную относительную магнитную проницаемость р, экранирующей оболочки в поперечном направлении, ортогональном прокладкам, можно определить из 10 где г»» )1 — относительная магнитная проницаемость ферромагнитного материала. Тогда коэффициент экранирования в поперечном направлении составит (ф»- + 1 - г г- — ) (р» )

4,в»

20 где d" и R — соответственно толщина экранирующей оболочки и ее радиус.

Отметим, что рассчитанный по формулам (4 ) и (5 ) коэффициент экранирования К отличается от эксперимен- 25

1 тальных значений К i (см. фиг. 4) лишь на 7-10%. В этом случае нестабильность К г, вызванная, например, температурной нестабильностью магнитной проницаемости », составит ЗО

>k = 2+ — и" . (ь) 0,26 0,3б 0,49 ОгбЗ 0,80 0,99 1,20 1,44

Используя таблицу, можно выбрать максимально допустимое значение отно-45 щения l(/-., которое обеспечивает достаточную с.г-.абильность коэффициента экранирования К и позволяет применять предлагаемое устройство при выделении искомых вариаций с интенсив- 5О ностью, превосходящей ) гв)

Устранение мешающей продольной компоненты вектора индукции магнитного поля в рабочей полости предлагае-. мого экрана не вызывает существенных 5 затруднений. Выше отмечено, что в осе вом направлении предлагаемое устройство.по своим характеристикам близко к цилиндрическому экрану со сплошной экранирующей оболочкой. Построение цилиндрического экрана с продольным коэффициентом экранировани порядка

100 — задача легко решаемая. Именно такой коэффициент экранирования в направлении оси должен иметь рассматриваемый экран для эффективного подав-Я

Левая часть (8) х 10 0,07 0,12 0,18

B результате в рабочей полости экрана возникает вариация п6 индукв вги, например горизонтальной компоненты магнитного поля, обусловленная неконтролируемым изменением пК коА эфАициента экранирования при B=const

Потребуем, чтобы отношение ЬВ/В оставалось меньше минимальной относительной интенсивности )Ь! искомых вариаций вектора индукции магнитного .пол . В этом случае из выражений (4 1 †(7 1 получим соотношение, связывающее поперечные размеры ферромагнитных стержней и прокладок, проницаемость материала стержней, размеры экранируюшей оболочки и величину ) гг

Результаты табулирования левой части неравенства (8 ) для экрана с воздушными прокладками и стержнями из материала 79НЗМ с гц =5 10+з и температурным коэффициентом проницае-т мости 0,25%/град при d/ P. =2 19 и перепаде температур, который вызывает изменение ЬК в, равном 10 С, приведены в таблице. ления продольной компоненты магнитного поля.

Измерение суммарного вектора индукции магнитного поля в полости экрана производят с помощью модульного квантового магнитометра. Известно, что такие магнитометры неудовлетворительно работают в неоднородных полях. Поэтому необходимо наложить ограничение на соотношение шага t +7 магнитной экранирующей решетки (экранирующей оболочки ) и радиуса экрана

Е+» <»к. В этом случае градиент вектора индукции магнитного поля в точке рабочей полости, удаленной на расстояние, например 2(Е+ т) от экранирующей оболочки, уменьшается до 4 10 ь от значения этого градиента вблизи оболочки. Подобная неоднородность поля не сказывается на работе квантового йагнитометра.

Соотношение площадей поперечных сечений рабочей полости экрана в его

51109810 центральной части и у концов получе.но в результате моделирования экрана. таким образом, предлагаемый магнитный экран характеризуется резко выраженной анизотропией экранирующих свойств, что позволяет расширить об- 5 ласть применения подобных устройств при измерении вариаций компонент вектора индукции магнитного поля. предлагаемый экран может эффективно использоваться s магнитометрических системах, предназначенных для измерения, например, горизонтальной составляющей вектора индукции поля Земли.

Мешающая вертикальная компонента полностью подавляется устройством и, практически не влияет на результаты наблюдений.

1109810

6 26см

ФиаФ

Заказ 6092/37 Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 „ Москва, 7(-35,. Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4

Составитель С.Иумилишская

Редактор A.Èîòûëü Техред Т.Дубинчак Корректор р.Луговая

«/