Система катушек для вибрационного магнитометра



Система катушек для вибрационного магнитометра
Система катушек для вибрационного магнитометра
Система катушек для вибрационного магнитометра

 


Владельцы патента RU 2572297:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к магнитоизмерительной технике и может быть использовано при исследовании магнитных свойств веществ и материалов в следующих областях: физика магнитных явлений, геофизика. Система катушек для вибрационного магнитометра содержит многовитковые измерительные катушки, а также содержит по меньшей мере одну зафиксированную неподвижно относительно источника намагничивающего поля дополнительную катушку, плоскость витков которой перпендикулярна силовым линиям намагничивающего поля, причем дополнительная катушка включена последовательно с измерительными катушками, параллельно дополнительной катушке подключен потенциометр, а напряжение с системы катушек снимается между подвижным отводным контактом потенциометра и свободным концом измерительной катушки. Технический результат - повышение чувствительности вибрационного магнитометра. 3 ил.

 

Изобретение относится к магнитоизмерительной технике и может быть использовано при исследовании магнитных свойств веществ и материалов в следующих областях: физика магнитных явлений, геофизика.

Вибрационные магнитометры - это приборы, предназначенные для измерения магнитного момента образцов разнообразных материалов. Принцип действия вибрационного магнитометра основан на индукционном методе измерения магнитных моментов. Система катушек для вибрационного магнитометра представляет собой входную измерительную цепь магнитометра и служит для регистрации переменного магнитного потока, создаваемого колеблющимся магнитным моментом исследуемых образцов.

Известна система катушек для вибрационного магнитометра [Патент GB 2265013 (А) от 15.09.1993 г. "Coil system for vibrating sample magnetometer", МПК G01R 33/12, авт. Lindsay Molyneux], содержащая соединенные встречно-последовательно измерительные катушки, которые выполнены печатным способом. В данной конструкции не предусмотрена возможность балансировки измерительных катушек, значит, нельзя избавиться от паразитного сигнала, вызванного вариациями намагничивающего поля, что ограничивает чувствительность магнитометра.

Также известны несколько различных систем катушек для вибрационного магнитометра [Патент US 3496459 (А) от 17.02.1970 г. "Vibrating sample magnetometers", МПК G01R 33/12, авт. Simon Foner], содержащих соединенные встречно-последовательно многовитковые проволочные измерительные катушки. В данных конструкциях измерительные катушки изготавливаются попарно идентичными, но возможность балансировки измерительных катушек не предусмотрена, следовательно, нельзя избавиться от паразитного сигнала, вызванного вариациями намагничивающего поля вкупе с незначительной асимметрией, присущей любой конструкции, что ухудшает чувствительность магнитометра.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является конструкция системы катушек вибрационного магнитометра, раскрытая в следующем источнике [Великанов Д.А., Юркин Г.Ю. Повышение точности прямых измерений на вибрационном магнитометре. Вестник Красноярского государственного университета (Физико-математические науки), 2006, №9, стр. 48-53]. Система состоит из двух идентичных измерительных катушек, намотанных изолированным проводом диаметром 0,063 мм на прямоугольные каркасы и содержащих по 2800 витков. Катушки включены встречно-последовательно. Источником намагничивающего поля служит лабораторный электромагнит типа ФЛ-1. Катушки жестко крепятся к полюсным наконечникам электромагнита, при этом плоскости витков катушек параллельны намагничивающему полю.

Недостатком прототипа, как и в предыдущих примерах, является отсутствие балансировки измерительных катушек и, как следствие, невозможность избавиться от паразитного сигнала, обусловленного вариациями намагничивающего поля.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности вибрационного магнитометра за счет полного подавления в системе катушек паразитного сигнала от вариаций намагничивающего поля.

Технический результат достигается тем, что в системе катушек для вибрационного магнитометра, содержащей многовитковые измерительные катушки, новым является то, что она содержит по меньшей мере одну зафиксированную неподвижно относительно источника намагничивающего поля дополнительную катушку, плоскость витков которой перпендикулярна силовым линиям намагничивающего поля, причем дополнительная катушка включена последовательно с измерительными катушками, параллельно дополнительной катушке подключен потенциометр, а напряжение с системы катушек снимается между подвижным отводным контактом потенциометра и свободным концом измерительной катушки.

Сущность изобретения поясняется с помощью графических материалов. На фиг. 1 показано расположение катушек относительно источника намагничивающего поля. На фиг. 2 представлена электрическая схема системы катушек для вибрационного магнитометра. На фиг. 3 показан альтернативный вариант выполнения системы катушек для вибрационного магнитометра.

Намагничивающее поле H создается источником, в частности электромагнитом с полюсными наконечниками 1, 2 (фиг. 1). Система катушек для вибрационного магнитометра состоит из идентичных многовитковых измерительных катушек 3, 4, расположенных симметрично между полюсными наконечниками, и дополнительной катушки 5. Все катушки жестко зафиксированы относительно источника поля. Плоскости витков катушек 3, 4 параллельны силовым линиям намагничивающего поля Н, а плоскость витков катушки 5 перпендикулярна силовым линиям поля Н.

Исследуемый образец 6 колеблется перпендикулярно намагничивающему полю H по центру между катушками 3, 4. Движение образцу передается от вибратора посредством штока (не показаны). Магнитный момент m образца, индуцированный намагничивающим полем, ориентирован, как правило, вдоль направления силовых линий поля Н.

Катушки 3, 4 соединены встречно-последовательно (см. фиг. 2), последовательно с ними включена катушка 5, параллельно которой подключен потенциометр 7. Потенциометр 7 подвижным отводным контактом подключен к входу электронного блока 8. Также к входу электронного блока 8 подключена свободным концом катушка 3.

Осциллирующий магнитный момент m диполя образца индуцирует переменное электромагнитное поле, которое наводит в катушках 3, 4 электродвижущие силы (ЭДС) противоположных знаков. Благодаря встречному включению катушек 3, 4 наводимые в них сигналы от образца 6 складываются, а сигналы от вариаций магнитного поля и внешние помехи компенсируются. Такая схема соединения измерительных катушек позволяет достаточно эффективно выделить полезный сигнал от образца и минимизировать паразитные сигналы от внешних полей.

Тем не менее, вследствие незначительной неточности ориентации и асимметрии, присущей на практике любой конструкции, наводимые в измерительных катушках 3, 4 ЭДС от вариаций намагничивающего поля H компенсируют друг друга не полностью. В известных вибрационных магнитометрах это является существенным ограничивающим фактором, который не позволяет достигнуть максимальной чувствительности прибора.

Как известно, при последовательном соединении индуктивных катушек наводимые в них ЭДС складываются. Введение в схему дополнительной катушки 5 и потенциометра 7 позволяет полностью скомпенсировать суммарную паразитную ЭДС, которая наводится в системе катушек 3, 4, 5 от вариаций намагничивающего поля. Действительно, при надлежащем выборе полярности включения катушки 5 паразитная ЭДС, которая наводится в ней, находится в противофазе с суммарной паразитной ЭДС, индуцируемой в катушках 3, 4. Амплитуда паразитного напряжения между точкой электрического соединения катушек 4, 5 и подвижным отводным контактом потенциометра 7 зависит от положения последнего. При равенстве этой амплитуды амплитуде суммарной паразитной ЭДС, индуцируемой в последовательно соединенных измерительных катушках 3, 4, на выходе всей системы, т.е. между подвижным отводным контактом потенциометра 7 и свободным концом катушки 3, общее паразитное напряжение равно нулю.

Балансировка системы катушек для вибрационного магнитометра выполняется следующим образом. Производится модуляция намагничивающего поля. При этом наблюдается усиленный электронным блоком 8 сигнал от системы катушек в виде переменного напряжения с частотой модуляции. Регулировкой потенциометра 7 добиваются уменьшения до нуля переменного напряжения. По необходимости изменяют полярность включения дополнительной катушки 5.

Для примера (см. фиг. 1), в качестве источника намагничивающего поля задействован лабораторный электромагнит типа ФЛ-1. Диаметр полюсных наконечников 1, 2 составляет 60 мм, зазор между полюсами - 40 мм. Катушки 3, 4 размещаются в центральной части полюсных наконечников электромагнита. Катушки намотаны на диэлектрические каркасы, имеющие в сечении форму прямоугольника 10×16 мм2 и высоту 28 мм. Каждая катушка содержит 2800 витков медного провода марки ПЭТВ-2 диаметром 0,063 мм. Катушка 5 имеет диаметр 55 мм и содержит всего один виток провода марки ПЭЛШО диаметром 0,2 мм. В качестве потенциометра 7 использован многооборотный проволочный подстроечный резистор типа СП5-3В-1 кОм-5%.

При балансировке системы катушек модуляция намагничивающего поля осуществлялась подключением обмотки электромагнита ФЛ-1 к источнику переменного напряжения 220 вольт, 50 герц.

Иным вариантом выполнения системы катушек для вибрационного магнитометра может быть конфигурация, изображенная на фиг. 3. В качестве источника намагничивающего поля используется электромагнит конструкции И.M. Пузея. Диаметр полюсных наконечников электромагнита составляет 120 мм, а зазор между полюсами равен 60 мм. Система катушек для вибрационного магнитометра состоит из четырех измерительных катушек 3, 4, 3′, 4′ (см., например, [Великанов Д.А. Автоматизированный вибрационный магнитометр с электромагнитом конструкции Пузея. Вестник СибТАУ, 2014, №1 (53), стр. 147-154]) и дополнительной катушки 5. Плоскости витков всех катушек перпендикулярны силовым линиям намагничивающего поля H и параллельны направлению колебаний образца 6. Измерительные катушки 3, 4, 3′, 4′ намотаны на каркасы из органического стекла, которые имеют в сечении форму квадрата 14×14 мм2 и высоту 10 мм. Расстояние между центрами смежных катушек составляет 20 мм, а между противоположными катушками - 12 мм. Каждая из измерительных катушек содержит 8000 витков медного провода марки ПЭВ-1 диаметром 0,05 мм в эмалевой изоляции. Дополнительная катушка 5 имеет диаметр 60 мм и содержит 80 витков провода марки ПЭТВ-2 диаметром 0,1 мм. Электрически измерительные катушки 3, 4, 3′, 4′ соединены между собой встречно-последовательно, последовательно им подсоединена дополнительная катушка 5, параллельно которой подключен потенциометр.

Как видно, заявляемое техническое решение обладает следующими преимуществами:

- наличием возможности балансировки системы измерительных катушек;

- подавлением паразитного сигнала, вызванного вариациями намагничивающего поля;

- снижением шума;

-повышением (улучшением) чувствительности вибрационного магнитометра.

Система катушек для вибрационного магнитометра, содержащая многовитковые измерительные катушки, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере одну зафиксированную неподвижно относительно источника намагничивающего поля дополнительную катушку, плоскость витков которой перпендикулярна силовым линиям намагничивающего поля, причем дополнительная катушка включена последовательно с измерительными катушками, параллельно дополнительной катушке подключен потенциометр, а напряжение с системы катушек снимается между подвижным отводным контактом потенциометра и свободным концом измерительной катушки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области магнитных и магнитооптических измерений. Способ заключается в том, что исследуемый образец освещают линейно поляризованным световым пучком и измеряют изменение поляризации при отражении, используя разделение отраженного луча на p- и s-компоненты с разложением по амплитуде и фазе, получая на выходе четыре световых пучка.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способу и системе для определения магнитной массы железнодорожных вагонов. Способ заключается в том, что для определения магнитной массы железнодорожных вагонов сначала производят калибровку с учетом окружающей температуры, а также насыпной плотности груза в вагонах.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ измерения магнитных свойств и толщины наноразмерных магнитных пленок и может быть использовано в магнитной наноэлектронике для характеризации гетерогенных магнитных элементов в устройствах памяти, в сенсорных устройствах и т.п.

Использование: для определения намагниченности насыщения магнитной жидкости. Сущность изобретения заключается в том, что помещают жидкость во внешнее магнитное поле, индукцию которого можно менять, измеряют напряженность H и индукцию B магнитного поля внутри жидкости и определяют намагниченность жидкости M=(B/µo)-H, при этом определяют намагниченность M=M1 при B=B1 на начальном участке кривой намагничивания, где выполняется закон Кюри, определяют намагниченность M=M2 при большей индукции B=B2 на участке кривой намагничивания, где закон Кюри не выполняется, из равенства (M2B1/M1B2)=3La(ξ2)/ξ2 находят функцию Ланжевена La(ξ2), затем определяют Mнас=M2/La(ξ2).

Изобретение относится к области измерений магнитных величин, затрагивает средства измерений механических свойств ферромагнитных материалов, имеющих корреляционную связь с их магнитными характеристиками, например коэрцитивной силой, и может быть использовано при неразрушающем контроле качества термической обработки ферромагнитных изделий.

Устройство для исследования магнитных свойств магнетиков, основанное на принципе регистрации нелинейных эффектов в параллельных гармоническом и постоянном магнитных полях, относится к области научного приборостроения, к технике исследования магнетиков на основе спин-эффектов.

Изобретение относится к физике магнетизма ферромагнетиков, предварительно намагниченных в магнитном поле до состояния, соответствующего максимальной магнитной восприимчивости ферромагнетика, а затем квазискачкообразно вводимого в сверхсильное насыщающее магнитное поле за промежуток времени, существенно меньший (например, на порядок) постоянной релаксации магнитной вязкости ферромагнетика.

Изобретение относится к физике магнетизма и может быть использовано для изучения магнитных свойств ферромагнетиков - их магнитной вязкости и зависимости магнитной восприимчивости от напряженности внешнего магнитного поля.

Изобретение относится к физике магнетизма и может быть использовано при снятии зависимости магнитной восприимчивости ферромагнетика от величины приложенного к нему магнитного поля (кривой намагничивания Столетова).

Изобретение относится к области экспериментальной физики и предназначено для определения компонент вектора спина, преобладающего в пучке частиц. Предложенное устройство детектирования спина состоит из вращателя (1) спина с переключаемой катушкой (5), отклоняющего устройства (7), детектора (9) спина и коммутационного блока (15), обеспечивающего возможность переключения состояний возбуждения катушки (5). Исследуемый пучок частиц проходит через вращатель спина (1) с переключаемой катушкой(5). Далее пучок отклоняется на угол отклонения отклоняющим устройством (7), после чего попадает на детектор (9), измеряющий две компоненты вектора спина, перпендикулярные к направлению движения пучка. Меняя силу и/или знак тока в катушке (5) и осуществляя тем самым поворот спина частиц на разные углы, измеряют все три компоненты вектора спина. Техническим результатом изобретения является возможность определения трех компонент вектора спина. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для измерения вебер-амперной характеристики электротехнического изделия. Техническим результатом заявляемого способа является повышение точности измерения за счет учета температурной погрешности. Технический результат достигается способом измерения вебер-амперной характеристики электротехнического изделия, заключающимся в том, что обмотку электротехнического изделия подключают к источнику синусоидального напряжения, измеряют значения напряжения на обмотке и тока в ней, и вычисляют координаты вебер-амперной характеристики, также измеряют нечетные гармоники тока и вычисляют вебер-амперную характеристику по формуле в виде степенного полинома нечетной степени: где - амплитуда (2m+1)-й гармоники тока, ω - угловая частота, ψ - значение магнитного потокосцепления через электротехническое изделие, k(2m+1) - коэффициенты аппроксимирующего ВАХ выражения. Устройство для реализации способа измерения вебер-амперной характеристики электротехнического изделия содержит усилитель мощности, вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя. Выход усилителя мощности подключен к соединенным последовательно обмотке электротехнического изделия и шунту тока. С выхода усилителя мощности напряжение поступает на вход первого измерительного усилителя, а с выхода шунта тока на вход второго измерительного усилителя. Выход первого измерительного усилителя соединен с первым входом коммутатора. Выход коммутатора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к входу персонального компьютера. Выход персонального компьютера соединен с входом цифроаналогового преобразователя. Кроме того, имеется многоканальный избирательный фильтр гармоник тока, подключенный входом к выходу второго измерительного усилителя, а выходом ко второму входу коммутатора. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой устройство для измерения магнитных характеристик образцов из листовой электротехнической стали произвольной формы. Устройство содержит дифференциальный преобразователь магнитной индукции, представляющий собой Ж-образный сердечник, два сенсора напряженности магнитного поля, блок питания, блок микроконтроллера, усилитель переменного напряжения. На центральные полюса сердечника нанесены две одинаковые намагничивающие катушки, соединенные последовательно и встречно и подключенные к выходу усилителя. В каждом из центральных полюсов сердечника выполнены по два пропила, внутрь которых нанесены первая и вторая одинаковые измерительные катушки. Сенсоры размещены на одной оси, совпадающей с центром по толщине сердечника, на одинаковом расстоянии до ближайшего к испытуемому образцу края сердечника. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства-прототипа путем обеспечения возможности измерения петли гистерезиса и основной кривой намагничивания образцов из листовой электротехнической стали произвольной формы. 2 ил.

Использование: для неразрушающего определения относительной магнитной проницаемости деталей, выполненных из ферромагнитного материала. Сущность изобретения заключается в том, что при индуцировании магнитного поля индуктором 2 измеряют его магнитодвижущую силу с помощью датчика 6 и амплитуды магнитной индукции на противоположных концах магнитных полюсов индуктора Винд и в промежутке между ними Впов и определяют значение относительной магнитной проницаемости ферромагнитной детали с помощью соотношения: технический результат: повышение точности и быстродействия определения относительной магнитной проницаемости. 2 ил.
Наверх