Устройство для измерения слабых магнитных полей

СфюМ Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 1601.78 (21) 2569969/18-21 с присоединением заявки Нов(23) Приоритет ГосударственныИ комитет СССР по делам изобретениИ и открытиИОпубликоваио 070780, Бюллетень М 25 Дата опубликования описания 070780(71) Заявитель Научно-исследовательский институт прикладной математики и кибернетики при ГГУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СЛАБЫХ МАГНИТНЫХПОЛЕЙ 25 Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано в области геофизики, геологоразведки и основано на принцийе ре-гистрации смещения электронного луча магнитным полем.Известны квантовые магнитометры для измерения слабых вариаций магнитного, поля, основанные на измерении частоты Лармора прецессии с оптической накачкой атомов щелочных металлов, обладающие высокой чувствительностью, но требующие для измерений большое количество сложных приборов и аппаратуры, а также обладающие такими недостатками,как нелинейность зависимости между частотой и полем, эриентационная зависимость частоты, неспособность измерения весьма слабых магнитных полей 1. Известны также измерители слабых магнитных полей, основанные на регистрации отклонения электронного луча магнитным полем (2. В этих устройствах внутри вакуумированной трубки расположены последовательно электронная пушка, ферромагнитные наконечники концентратОра 30 магйитного поляс зазором для прохождения электронного луча, две парыпластин электростатического отклонения, экран с мишенью (электродами).Регистрация смещения электронноголуча под действием магнитного поляосуществляется измерением разноститоков с электродов мишени, а такжепутем замены электродов термопарамиили термисторами и соответствующейрегистрацией разности температур. Кнедостаткам указанных устройств следует отнести трудности регистрациималой разности токов с электродовиз-за вторичной электронной эмиссиии вибрации электродов электроннойпушки и пластин отклонения,С целью повышения чувствительности и помехоустойчивости в устройство для измерения слабых магнитных полей, содержащее электроннолучевую трубку с двумя парами отклоняющих пластин и экраном, покрытым люминофором, фотоумножитель с входным окном, блок демодуляции время-импульсных сигналов и регистрирующий блок, введены диафрагма с двумя взаимно перпендикулярными крестообразными щелями, расположенная между экраном электроннолу746353 ФЭУ б возникает время-импульсная мо.дуляция, глубина которой пропорциональна В.Выделение полезной информации происходит с помощью блока демодуляции время-импульсного сигнала 10 и регистрирующего блока 20. Разделение импульсов по четырем каналам происходит с помощью узла 13, на одни входы которого подаются усиленные и сформированные импульсы с ФЭУ б, а на другие входы синхроимпульсы, полученные от генератора круговой развертки 9. Пара импульсов от противоположных фплеч креста на ФЭУ б запускает с несчетных входов триггеров 14 и 15, которые выдают сигнал в виде меандра; Если центрокружности не смещен, то постоянная составляющая в меандре отсутствует. В противном случае длительности положительных и отрицательных прямоугольных импульсов триггеры 14 и 15 различны, и постоянная составляющая выделяется с помощью интегрируюЩЕй )1 С-цепочки 16 и 17.Можно показать, что линейное смещение светового пятна на экране 5 ЭЛТ 1 под действием магнитного поля равно: где 0 - длина, на протяжении которой происходит отклонение электронного луча (практически - это расстояние от электронной пушки до экрана ЭЛТ),усКоряющее напряжение, в , - = 1,75 хЕ х 10 к/КР . С = 3 . 10 см/с. Согласно (1) при О = 300 в, Р = 10 см, В = 1 гаусс, Х = 10 мм. Известно, что с помощью фотоэлектрических мик-. роскопов можно измерить положение центра сканирования светового пятна с точностью 0,1 - 0,01 мкм. Таким образом, в приведенном примере точность измерения В составляет 10-5 10 сгаусс.Дальнейшее повышение точности возможно путем увеличения длины 1, уменьшения размеров светового пятна и увеличения его яркости; последние два условия могут быть" выполнены путем применения ЭЛТ 1 с высоковольтным ускоряющим анодом, расположенным вблизи экрана (не показано), При этом на протяжении 1 электроны движутся с, малой скоростью под действием малого напряжения 1).Повышение чувствительности может быть достигнуто путем создания увеличенйого изображения круга сканирования на входном окне ФЭУ б с помощью объектива 21. Потери в световом потоке в этом случае компенсируются более четким оптическим изображением по сравнению с непосредственным контактом ФЭУ б и ЭЛТ 1; так как в этом случае неизбежныискажения из-эа конечной тслщины стекла ЭЛТ 1 и ФЭУ 6. чевой трубки и входным окном фотоумножителя, и генератор круговой развертки, вход которого подсоединен к отклоняющим пластинам электроннолучевой трубки, а выход. - ко входу блока демодуляции время-импульсных сигналов, при этом выход фотоумножителя подсоединен ко входу блока демодуляции время-импульсных сигналов, выход которого подключен к регистрирующему блоку.Кроме того, между экраном электроннолучевой трубки и диафрагмой с дву-, мя взаимно перпендикулярными крестообразными щелями расположен объектив, оптическая ось которого совпадает с осями симметрии электроннолучевой 15 трубки и фотоумножителя.На фиг. 1 и фиг. 2 изображены блок- схемы устройства; на фиг. 3 - вид А-А; на фиг. 4 - временные диаграммы.Электроннолучевая трубка (ЭЛТ) 1 20 содержит электронную пушку 2, две пары отклоняющих пластин 3 и 4. К экрану 5 ЭЛТ 1, покрытому люминофором, плотйо прилегаетвходное окно б фотоумножителя (ФЭУ). Между ними находится тонкая светонепроницаемая диафрагма 7, которая может быть нанесена на окно б ФЭУ напылением металла. В диафрагме 7 имеются узкие крестообразные щели 8, К пластинам 3 и 4 ЭЛТ присоединен генератор круговой: развертки 9, т.е. источник синусои дальных напряжений, сдвинутых по фазе на 90 ф. Выход ФЭУ б подключен к входу блока 10 демодуляции время-импульсного сигнала, содержащего усилитель 11, формирователи 12 импульсов, узел 13 разделения импульсов по че- тырем каналам, два триггера 14 и 15 и интегрирующие ВС - цепочки 16 и 17. Выходной сигнал измеряется приборами 40 18 и 19, входящими в регистрирующийблок 20.Между ЭЛТ 1 и ФЭУ б может быть помещен объектив 21. Расстояние между экраном 5, объективом 21 и окном.ФЭУ б подбирают таким образом, чтобы на диафрагме 7 получить оптическое изображение светового пятна 22.Устройство (фиг. 1) функционирует следующим образом, Световое пятно на 50 экране ЭЛТ совершает круговое сканиро.вание, Положение центра окружности сканирования зависит, в частности, бт величины и направления вектора ин- дукции В, При сканйрованйи свет от 55 пятна подается в ФЭУ 6 только через щели 8 диафрагмы 7. За один йериод вращения в ФЭУ б возникают Четйреимпульса. Если центр окружности сканирования совпадает с центром диафрагмы 7, импульсы с ФЭУ б следуют через фодинаковые интервалы. Если центр окружности сканирования сместился под действием магнитного поля то интервалы между импульсами становятся раз личными (фиг. 4 а), т.е. в сигнале 65Фиг. атент , Проект Филиал ППг, Ужгоро 4 Дополнительное повыаение точности может быть достигнуто с помощью концентраторов магнитного поля, наполюсники которых могут быть размещены внутри ЭЛТ (не показано). Однако в этом случае нельзя определить направления вектора В. 1,устройство для измерения слабых магнитных полей, содержащее электрон-ф нолучевую трубку с двумя парами отклоняющих пластин и экраном, покрытым люминофором, фотоумножитель с входным окном, блок демодуляции время-импульсных сигналов и регистрирующий блок, о т л и ч а ю щ е е с я . тем, что, с целью повышения чувствительности и помехоустойчивости, в не-, го введены диафрагма с двумя взаиМ- . но перпендикулярными крестообразными щелями, расположенная между экраном электроннолучевой трубки и входным окном фотоумножителя, и генератор кру ИИПИ Заказ 3934/3 раж 1019 Подписно говой развертки, вход которого подсоединен к отклоняющим пластинамэлектроннолучевой трубки, а выходко входу блока демодуляции время-импульсных сигналов, при этом выходфотоумножителя подсоединен ко входублокадемодуляции время-импульсныхсигналов, выход .которого подключенк регистрирующему блоку,2. Устройство по п.1, о т л и "ч а ю щ е е с я тем, что между экраном электроннолучевой трубки и диафрагмой с двумя взаимно перпендикулярными крестообразными щелями расположен объектив, оптическая ось которого совпадает с осями симметрии электроннолучевой трубки и фотоумножите яя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 297321(3 01 Ч 3/00 19682. Патейт США 9 3727127,кл. 324-44, 1971.