Датчик магнитного поля

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 822 1 ЯЗЗ/О ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ныи универ вкин, М,А,Васюовашкин Магнитоизм вки. М,: Эне Изобретение отй технике и автом сится к измерительике и может быть исти. в приборостроетроиство для поясняющее ит (фиг, 2) гене к магнитного измерен принциратор во поля 6 я магнитного п работы созбуждения 5,избирательющее устройпо ользовано, в част ержатч(56) Сергеев В.ГШихин А,рительные приборы и устагоиздат, 1982, с, 17, 56,нии,Цель - повышение чувствительности ирасширение диапазона измерений.На фиг.1 приведена схема датчика магнитного поля; на фиг, 2 - устройство дляизмерения магнитного поля, поясняющеепринцип работы датчика; на фиг. 3 - дляпримера показана зависимость амплитудыЭДС 2-й гармоники Р 2 от внешнего постоянного поля Н; на фиг. 4 - зависимость амплитуды ЭДС 3-й гармоники ез от внешнегопостоянного магнитного поля Н,Датчик магнитного поля содержит катушку возбуждения 1 и измерительную катушку, выполненную в виде двух равныхвстречно включенных катушек 2 и 3, в однойиз которых расположен сердечник 4, выполненный из поликристаллического высокотемпературного сверхпроводника,(54) ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ(57) Применение; измерительная техника. Суть изобретения: датчик магнитного поля состоит из низкочастотного генератора возбуждения. датчика магнитного поля, избирательного усилителя и регистрирующего устройства, Внутри входной катушки 1 датчика расположены выходные катушки датчика, измерительная 2 и компенсационная 3, плотно собранные на общем диэлектрическом немагнитном каркасе, В катушку 2 введен сердечник из сверхпроводящей керамики, катушки и сердечник погружены в криостат, 4 ил,ныи усилитель 7 и регистрируство 8,Устройство работает следующим образом, На катушку 1 датчика 6 подается синусоидальный ток частотой 1 от генератора 5. В силу нелинейности намагниченности М сердечника 4 на концах измерительных катушек 2 и 3 наводится ЭДС пропорциональная производной по времени намагниченности бМ/от, содержащая большое число высших гармоник (и 50) и которая равна:к (с)=-р,МЯ(1-ф -ОМ0 Тгде,и 0 - магнитная постоянная, М - число витков измерительной катушки, Я - площадь сечения сердечника, /1 - фактор размагничивания, зависящий от геометрии сердечника, В отсутствии сердечника 4 из 1827653эа встречного включения двух равных катушек 2 и 3 сигнала на выходе не будет.Когда внешнего постоянного магнитного поля Н, нет, на измерительных катушках 2 и 3 наводится сигнал 8 (т), который будет иметь в своем составе только нечетные гармоники8 2 п+1(т), (п=0, 1, 2,).При помещении датчика магнитного поля 6 (в состав датчика входят элементы позиций 1-4 фиг.1) во внешнее постоянное магнитное поле Н в сигнале я (т) появятся четные гармоники 82 П, амплитуды которых растут с ростом поля, а затем уменьшаются.На фиг.З для примера показана зависимость амплитуды 2-й гармоники я 2 от внешнего постоянного магнитного поля Н. Амплитуды ЭДС нечетных гармоник 82+1, наоборот, с ростом поля падают, Чем выше номер гармоники, тем рост (падение) для амплитуд четных (нечетных) гармоник с увеличением Н не будет круче).Таким образом, выделяя и усиливая с помощью избирательного усилителя 7 ЭДС какой-нибудь гармоники и определяя ее величину посредством регистрирующего устройства 8, можно определить величину внешнего постоянного магнитного поля Н, предварительно производя градуировку устройства.Чувствительность датчика магнитного поля определяется вольтовой чувствительностью Я = д 8/д Н. Из фиг,З определимЯ, = д 82/д Н =3 мВ/Э.Чувствительность же датчика с учетом шумов в расчете на единичный интервал частот есть1 1 г г Л:гг где Ош - среднеквадратичное напряже 2ние шумов, Дт - полоса пропускания усилителя.Учитывая, что основной вклад в Ош дает5 шум НайквистаОш =4 КТР Д 1,где К - постоянная Больцмана, Т - температура (= 77 К), Р - эквивалентное соп ротивление датчика ( 10 Ом) получим:О =2 10 Э/ГцОптимизируя устройство путем подборарабочей частоты (0110 Гц) тока, подавае 8мого на катушку возбуждения 1, числа витковв катушках 2 и 3 и номера гармоники, можно"5 добиться чувствительности Д 108 Э/Гц 12 ивыше, Для сравнения чувствительностьСКВИ,Оа 10 ЭГц, а у лучших феррозон1/2дов 10 Э/ГцКроме высо кой чувствител ь ности датчик магнитного поля обладает широкимдиапазоном измерений от 10 Э до 10 Э(= 160 дБ) и выраженной диаграммой направленности.Датчик магнитного поля обладая чувствительностью близкой к чувствительностиСКВИДов, имеет ряд преимуществ, например, датчик реагирует непосредственно навеличину напряженности самого поля, а нена его изменение как СКВИДа, Датчик рабо 30 тает в интервале температур при которыхсердечник я вля ется с верх п ро водником.Формула изобретенияДатчик магнитного поля, содержащийсердечник, измерительную катушку и ка 35 тушку возбуждения, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения чувствительности и расширения диапазона измерений, измерительная катушка выполнена в видедвух равных встречно включенных катушек,40 в одной из которых расположен сердечник,выполненный из поликристаллического высокотемпературного сверхпроводника,1827653 4 ф Р Ю АКОГ 5 2 4 оставитель Н. Кузьмичевехред М.Моргентал Корректор Г. Кос Редактор Заказ 2358 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101