Устройство для измерения максимальных значений индукции импульсного магнитного поля

 

Г. К. Ягола, С. Ф. Проскурякова и Д. И. Чебурков

i (72) Авторы изобретения

I (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАКСИМАЛЬНЫХ

ЗНАЧЕНИЙ ИНДУКЦИИ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО

ПОЛЯ

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для измерения максимальных значений индукции импульсного магнитного поля, градуировки и поверки индукционных тесламетров импульсного магнитного поля и тесламетров на основе гальваномагнитных эффектов, для градуировки гальваномагнит» ных преобразователей, а также для аттестации и поверки индуктивных мер импульс19 ного магнитного поля.

Известно устройство для измерения максимальных значений индукции импульсного магнитного поля на основе магнитооптического эффекта Фарадея, содержащее источник света, измерительный датчик Фарадея,анализатор,фотодетектор с нагрузоч ным резистором и устройство для измерения максимального значения импульса напряжения (осциллограф или импульсный вольтметр) Г1).

При использовании этого устройства максимальное значение индукции импульс ного магнитного поля В „определяют по формуле мс х мах Е„рт . где Еп,ц„- максимальное значение импульса напряжения на выходе фотодетектора, В;

V — постоянная Верде измерительного датчика Фарадея, град/

/Тл см;

Ви. - длина измерительного датчика

Фарадея, см; сопротивление нагруэочного ре« зистора фотодетектора, Ом;

3о -,сила тока нагрузки фотодетектора при параллельных опти« ческих осях поляризатора и анализатора, А.

Основным недостатком этого устройства является большая погрешность измерения максимальных значений индукции им- пульсного магнитного поля.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устрой8665 ство для измерения индукции постоянного магнитного поля, содержащее источник света, поляризатор, измерительный датчик Фарадея, анализатор, два фотодетектора с нагрузочными резисторами и устройство ин дукции разбаланса схемы (гальванометр)Г23.

Недостатком известного устройства яв ляется большая погрешность измерения максимальных значений индукции импульсного поля, которая определяется всеми составляющими суммарной погрешности аналога и дополнительно погрешностью индикации разбаланса схемы, обусловленной тем, что это устройство не предусмотрено для измерения индукции импульсных магнитных полей.

Цель изобретения - повышение точности измерения максимальных значений индукции импульсного магнитного поля.

Эта цель достигается тем, что устройство для измерения максимальных значений индукции импульсного магнитного поля, содержащее оптически связанные между собой источник света, поляризатор, из 25 мерительный датчик Фарадея, анализатор и два фотодетектора с нагрузочными резисторами, снабжено генератором прямоугольных импульсов, индукционной обмот.кой, подключенной ко входу внешнер> запуска генератора прямоугольных импульсов, а также, установленные между анализатором и измерительным датчиком Фарадея, меру индукции постоянного магнитн го поля и датчик Фарадея постоянного магнитного поля, расположенный в поле меры, при этом выход генератора прямоугольных импульсов подключен к выходам фотодетекторов через i.îíäåíñàòopû.

Н8 фиг. 1 изображена функциональная

40 схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - возможные формы импульса напряжения, фиксируемого на экране осциллографа при вводе измерительного датчика

Фарадея в измеряемое импульсное магнитное поле.

Устройство (фиг. 1) содержит источник l света, светоделительную пластину

2, зеркало 3, поляризатор 4, меру 5 ин дукции постоянного магнитного поля, источник 6 постоянного тока, датчик 7 Фа- Ю радея постоянного магнитного поля, расположенный в рабочем объеме меры 5, измерительный датчик 8 Фарадея, расположенный в измеряемом импульсном цоле, анализатор 9, два фотодетектора 10 и 11 ss с нагрузочными резисторами 12 и 13 соответственно, генератор 14 прямоугольных импульсов, выход которого подключен

13 4 к фотодетектору 10 через конденсатор 15, е к фотодетектору 1 1 - через конденсатор

16, дифференциальный усилитель 17 с входами 18 и 19, осциллограф 20 и индукционную обмотку 21 для запуска генератора 14.

Устройство работает следующим о6разом.

Луч света от источника 1 света делят светоделительной пластиной 2 на 2 луча (б и 8), луч а направляют с помощью зеркала 3 на фотодетектор 10, луч д направляют на фотодетектор 1 1 через поляризатор 4, датчик 7 Фарадея постоянного магнитного поля, расположенный в рабочем объеме меры 5, измерительный датчик 8 Фарадея, расположенный в измеря емом импульсном поле, анализатор 9.

В отсутствие постоянного и импульсного магнитных полей при работе генератора 14 в режиме внутреннего запуска с нагрузочного резистора 1 2 фотодетектора !

10 и с нагрузочного резистора 13 фото. детектора 1 1 снимают периодические си гналы прямоугольных импульсов напряжения, которые подают соответственно на входы 18 и 19 дифференциального усилителя 17, с помощью которого производят вычитание этих сигналов и разностный периодический сигнал импульсов прямоугольной формы наблюдают на экране осциллографа 20. При этом фотодетекторы

10 и 11 работают в режиме импульсного питания OT генератора 14 прямоугольных импульсов. Затем изменяют значение сопротивления резистора 12 фотодетектора 10 и тем самым изменяют максимальное значение переменного сигнала импульсов прямоугольной формы, поступающего на вход 18 дифференциального усилителя

1 7, до тех пор, пока на экране осциллографа зафиксируют нулевой уровень (отсутствие прямоугольнй импульсов напряжения при максимальной чувствительности осциллографа). Включают источник 6 постоянного токе и устанавливают некоторое значение индукции В постоянного магънитного поля меры 5 индукции и тем са мым поворачивают плоскость поляризации светового луче и в датчике 7 Фарадея постоянного магнитного поля длиной 80 на угол d. который описывается выражением

О o > (1) где Vo постоянная Верде материала датчика 7 Фарадея постоянно- го поля, Затем переключают, генератор 14 в режим внешнего запуска, подают импульс5, 866513 ное магнитное поле с максимальным эна- где Ч чением индукции В, „,противоположное по напрввл нию постоянному, и тем самым поворачивают плоскость поляризации светового луча а в измерительном датчике 5 или

8 Фарадея на угол, причем =-ч„е„е „, (д) (5) где К - постоянная меры индукции постоянного магнитного поля, Тл/А;

«J - сила токе питания меры индукции постоянного магнитного поля, измеренная в момент совпадения максимального значения импульса нулевым уровнем на экране осциллографа 20.

Знаку<,О,6„и измерив .- вычисляют максимальное значение индукции импульсного поля по формуле (5).

Наибольшую точность измерения им пульсного поля с помощью устройства достигают при установке поляризатора 4 н анализатора 9 так, чтобы их оптические оси были направлены друг к другу под углом 45, поскольку в этом случае обеспечивают наибольшую чувствительность устройства.

Таким образом, по сравнению с известными устройствами (d"= (5-10)%) использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерения максимальных значений индукции импульсного магнитного поля минимум в 10 раз.

Устройство может найти широкое применение при измерении индукции импульсного магнитного поля от десятых долей до единиц тесла и в частотном-от 0 до

30 МГи с погрешностью, не превышающей

+0,5% для поверки широкодиапазонных тесламетров импульсного магнитного поля на основе индукционных и гальваномагнитных эффектов, для градуировки гальваномагнитных преобразователей, используе« мых в теслвметрах как постоянного, так и импульсного магнитных полей, а также для аттестации и поверки индуктивных мер импульсного магнитного поля. 0 YH

Формула изобретеии я

Устройство для измерения максимальных значений индукции импульсного магнитного поля, содержащее оптически связанные между собой источник света, поляризатор, измерительный датчик Фарадея, анализатор и двв фотодетектора с нагру — . зочными резисторами, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точгде Ч - постоянная Верде измерительиоИ го датчика 8 Фарадея. 10

Для датчиков, выполненных иэ одного и того же материала, постоянные Верде одинаковы, т.е.

В момент действия импульса магнитного поля сигнал с индукционной обмотки 21 запускает генератор 14 прямоугольных импульсов, который работает в режиме внешнего запуска, и на экране осциллогра щ фа 20 фиксируют сигнал от одновременного воздействия постоянного магнитного по ля меры 5 индукции и противоположного ему по направлению измеряемого импульсного поля на направление плоскости поляри-гУ эации светового луча а соответственно в датчике 7 Фарадея постоянного магнитного поля и в измерительном датчике 8 Фарадея во время действия импульса генератора 14.

Форма сигнала, фиксируемого на экране осциллографа в общем случае представлена нв фиг, 2 (кривая 0).

Затем изменяют силу тока питания меры 5 индукции постоянного магнитного по- 5 ля до тех пор, пока на экране осциллографа 20 фиксируют импульс, максимальное значение которого совпадает с нулевым уровнем. При этом изменяют силу тока питания меры 5 индукции постоянного маг- о нитного поля.

Форма сигнала, фиксируемая на экране осциллографа 20 в этом случае, представ. лена на фиг. 2 (кривая о).

В момент совпадения. максимального значения импульса с нулевым уровнем угол поворота плоскости поляризации све

50 та в постоянном магнитном попе с индук» цией 9о в датчике 7 Фарадея длиной Оо равен по абсолютному значению углу поворота плоскости поляризации света в им, пульсном магнитном поле с максимальным значением индукции Ь, в иэмеря55 тельном датчике 8 Фарадея длиной 0р,т.е.

we

О о о=- 4 +yaw, (3) 6

- постоянная Верде датчиков 7 и

8 Фарадея, откуда

«ц Е, п ах О 6„ о тдх И

Фие.2

Составитель Г. Семенова

Редактор Г. Волкова Техред А.Савка

Корректор Г. Решетник

Заказ 8073/69 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4) 5 е

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

866513 8 ности измерения, оно снабжено генерато- Источники информации, ром прямоугольных импульсов, индукцион- принятые во внимание при экспертизе ной обмоткой, подключенной ко входу внещ- 1.>ay. ournaC of AppC.Pbbs. V . .7, него запуска генератора прямоугольных ¹ 10, Ос< 1968."Яеа огPraenis of РнСимпульсов, а также, установленные между s 5e4 Cuy8ht clh6 Ма ",пеФ с ИВОЙ ЬМ ttl9 анализатором и измерительным датчиком t=агадщ f. ес " д.ga ara, с, 1 225, Фарадея, меру индукции постоянного магнитного поля и датчик Фарадея постоянно- 2. Гончаренко А. Н. и Ягола Г. К. Приго магнитного поля, расположенный в по- менения магнитооптического эффекта Фарале меры, при этом выход генератора пря- )0 дея для измерения магнитной индукции моугольных импульсов подключен к выхо- сильных магнитных нолей. - "Измерительдам фотодетекторов через конденсаторы. ная техника», 1974, % 2, с. 54-56.