Способ измерения магнитного поля электромагнита протонного синхротрона

О П И С А Н И Е 321969ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических РеспубликМПК Н 051 т 13./02 риоритет Комитет по аела зобретений крыт УДК 621.384,6(088.8),1971, Бюллетень М 35я описания 26,1.1972 Опубликовано 19, Дата опубликова Совете ССМинистрСР Авторыизобретени Г. Дубасов и И. В. Мозин В, М. Гербовецкий, А, С. Горелк а явите Я МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЛЕКТРОМАГНТОННОГО СИНХРОТРОНА СПОСОБ ИЗМЕРЕ де: сорость нарастания пол в точке т,промежуток времени меж ду импульсом измеритель ного датчика и импуль сом, задающим момент из мерения,коэффициентнальности. пропорцио Таким образом, оп пряженности магнитн связано с измерения ния, скорости измене. времени между импу точечных измерений в по длине магнита велВеличина градиент результатов измерен щенных относительно магнита. начения нааждой точке дмагничивапромежутка результатам усредненная итного поля. ислял ась из очках, смепо радиусу ределение зого поля в к ми тока по чия поля и льсами. Поычисляется ичина маги а поля выч сй поля в т друг друга и да Зависимое от авт. свидетельствааявлено 8.Ч.1966 ( 1081712/26-25)присоединением заявкиИзобретение относится к способам измерения магнитного поля в ускорителях заряженных частиц.При формировании магнитного поля электромагнита протонных синхротронов с жесткой 5 фокусировкой необходимо знать усредненные по длине магнитные характеристики пакетов электромагнита. Получение этих характеристик связано с проведением большого объема прецезионных измерений. Особую важ ность представляют измерения магнитного поля в момент инжекции, где наиболее трудной задачей является измерение градиента.Дальнейшее развитие ускорителей по пути увеличения их жесткости ставит задачу 15 значительного увеличения точности магнитных измерений, которая не может быть решена известными в настоящее время способами.Для определения напряженности магнитного поля широкое распространение получил 20 способ измерения, основанный на использовании пермаллоевых датчиков с катушкой подмагничивания. Этот способ основан на генерировании датчиком импульса в момент перемагничивания пермаллоевого сердечника. На пряженность поля в точке измерения т вычисляется по формуле:Нс = го + Нгтл Тс ттсо - напряженность поля и ток катушки подмагничивания измерительного датчика,321969 допустим, что тогда 10 с=) Осуществляя суммирование и усреднениетоков компенсации датчиков и амплитуду 15 сигналов четных гармоник, получаем: Н 1 ср - 1 ср + тссрс=А с 1 Для уменьшения ошибок из-за неточностиработы аппаратуры, измеряющей амплитуды четных гармоник, регулированием суммарного тока 1,р добиваются нулевых показаний измерителя гармоник, т. е. /ср -- О. Таким 30 образом, измерение магнитного поля Нср, усредненного по длине элемента электромагни та, сводится к измерению суммарного тока компенсации 1,. В этом случае точность измерения Н,р при одинаковых параметрах маг 35 нитомодуляционных датчиков определяется:) очностью измерения 1 ср.При измерении градиента поля датчикигруппируются в градиентные пары и располагаются по контуру измерения. Компенса ционные обмотки, обозначенные как основные, включаются последовательно. Усреднен ,ная по длине измеряемого элемента электромагнита величина градиента определяется между двумя равно стоящими линиями рас положения датчиков, причем поле на основной линии есть измеряемая напряженность Н В точках расположения датчиков дополнительного ряда поле можно представить как50 Нги - Нюг + ЬНгь (8) или Н -- Ыю+ тУ(2) где ЛНж - величина поля, подлежащая измерению. 55 Эта величина определяется полем компенсации ЛНюь создаваемая током Л 1 юг, протекающим по специально созданной в датчике дополнительной обмотке, и бНг;, получаемой за счет амплитуды четных гармоник в мо мент 1 ю,Н 2 - Ню + Нгг(10) Недостатками данного способа являются: - большая трудоемкость процесса измерения и обработки результатов, обусловленные измерениями в каждой точке тока подмагничивания датчика, скорости изменения поля и промежутка времени между импульсом, задающим момент измерения и измерительными сигналами;- относительно низкая точность определения значения магнитного поля и его градиента;- сложность и неточность измерения в краевой области магнита, где скорость изменения поля резко спадает;- необходимость стабилизации режима питания магнита или контроль его параметров при измерении в каждой точке.Целью изобретения являются сокращение трудоемкости процесса и повышение точности измерений.Сущность изобретения заключается в исключении трудоемких операций по измерению тока подмагничивания и сигнала с датчика в каждой точке измерения поля.Описываемый способ измерения магнитного поля основан на использовании магнитомодуляционных датчиков. Датчик этого типа представляет собой пермаллоевый зонд, у которого для съема сигнала и создания поля компенсации измеряемого поля имеются сигнальная и компенсирующая обмотки. Возбуждение датчика осуществляется с помощью компенсирующей обмотки.При наличии внешнего магнитного поля, проекция вектора которого совпадает с магнитной осью датчика, в спектре сигнала последнего содержатся четные гармоники высокочастотного тока возбуждения. При линейном характере изменения исследуемого магнитного поля также линейно изменяются амплитуды четных гармоник (область 1 г - 1 на чертеже) . Если измерение осуществляется в момент 1 ю, то величина магнитного поля определяется полем компенсации Н, и некоторой добавкой 6 Н, получаемой из измерений амплитуды четных гармоник.Н = Ню + бН где: А и т - коэффициенты пропорциональности,1, - ток компенсации,У - амплитуды четных гармоник вмомент 1 ю. Усредненную по длине элемента электромагнита величину магнитного поля можно непосредственно получить, используя )Ч датчиков, расположенных по контуру измерения:321969 ЛН,р -- И 1 ср + тЛУср (13) где с:д д:д Составитель И. Петров Техред Е. Борисова Редактор Н, Коган Корректор Т. Бабакина Заказ 3947/18 Изд.1766 Тираж 473 Подписное ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров ГССР Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2 Предположим, что коэффициенты й и т, соответственно, одинаковы для датчиков обоих рядов, тогда усредненное по длине значение поля, измеряемое датчиками дополнительного ряда, равно: Н д (1+АЙ Л +тс:д д:д(11) Осуществляя суммирование и усреднение токов компенсации и амплитуд сигналов четных гармоник, получаем:Нзср = Иср+ ЙЫср + тсср (12) Разность полей, измеряемых датчиками основного и дополнительного рядов равна: Усредненную величину разностной амплитуды четных гармоник ЛСУср сводят до нуля изменением суммарного тока в дополнительных обмотках компенсации Ыоь В этом случае при определении градиента поля достаточно измерить величину Лдс;, а отсюда, точность измерения градиента при одинаковых 5 параметрах магнитомодуляционных датчиковопределяется точностью измерения суммарного дополнительного тока Л 1 сд. Предмет изобретения 10 Способ измерения магнитного поля электромагнита протонного синхротрона, основанный на использовании магнитомодуляционных датчиков, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем получе ния усредненного по длине магнита значениянапряженности поля в одном цикле его изменения, сокращения времени измерения за счет исключения операций измерения в каждой отдельной точке, суммируют сигналы четных 20 гармоник и токи подмагничивания с расставленных по контуру измерения датчиков, компенсируют суммарный сигнал четных гармоник с датчиков до нуля в заданный момент времени изменением суммарного тока под магничивания, и измеряют величину суммарного тока, значение которого пропорционально усредненной по контуру измерения величине напряженности магнитного поля.