Магнитометр

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 250779 (21) 2805829/18-21 1511 М, Кд.з С 01 Н 33/00 с присоединением заявки Мо(23) Приоритет -Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель 54) МАГНИТОМЕТР Изобретение относится к техникеэлектрического измерения магнитныхвеличин, в частности к устройствамдля преобразования магнитного поля вэлектрический сигнал.Известен магнитометр, содержащийодин либо несколько датчиков магнитной индукции, одновременно установленных по длине оси магнитной системы 1),Недостатком известного магнитометра является то, что интегральноемагнитное поле измеряется разбиванием магнитного поля на мультиполяс последующим суммированием произве.дений длин участков с соответствующей им индукцией,Известен магнитометр, содержащийтоконесущий проводник диаметром5 мм и длиной 2,5 м, натянутый силойпорядка 1000 Н, помещенный в трубкупрямоугольного сечения. Трубка спроводником соединена с двумя пьезоэлектрическими датчиками силы, подключенными к измерителю. Трубка обоими концами. закреплена на основаниис помощью упругих пластинок, которые обеспечивают движение трубки понаправлению оси чувствительностипьезоэлектрических датчиков силы. Через проводник проходит низкочастотный синусоидальный ток от источникапитания. Когда магнитометр находитсяв магнитном поле, возникающая пондермоторная сила Ампера, пропорциональная интегральному магнитному полю,уравновешивается опорными реакциямитрубки. Так как опорами трубки являются пьезоэлектрические датчики силыкоторые преобразовывают силу в пропорциональный электрический сигнал,то интегральное магнитное поле равно сумме выходных сигналов пьезоэлектрических датчиков силы с коэффициентом преобразования, зависящимот чувствительности пьезоэлектрических датчиков силы и от величины тока в проводнике 2).Недостатками известного магнитометра являются недостаточная точностьизмерения, плохая виброустойчивость,наличие динамических погрешностей и,как следствие, недостаточная чувствительность.25 . Цель изобретения - повышение чувствительности,Поставленная цель достигается тем,что в магнитометре, содержащем проводник, подключенный к источнику пи 30 тания и закрепленный между двумяопорами, причем каждый конец проводника связан со своим датчиком силы,выход которого подсоединен к измерителю, индентор каждого датчика силывыполнен иэ металлокерамическоготвердого сплава, а чувствительныйэлемент - из монокристаллическогогермания ориентации (111) электрон.ного типа проводимости.На чертеже изображена схематическая конструкция магнитометра с электрической схемой соединений,Магнитометр состоит из проводника1, изготовленного из легкого токопроводящего материала (алюминий,алюминиевые сплавы и т.п.) диаметром0,8 мм,натянутого силой 100 Н с помощью пружины 2 между двумя опорами3 и 4, которые соединены соснованием 5 и электрически изолированы отнего. На основании 5 установлены двакронштейна б и 7, на которых закреп Олены датчики 8 и 9 силы, соединенныес проводником 1. Расстоянием междудатчиками силы 8 и 9 определяется рабочая длина магнитометра, Датчики8 и 9 силы состоят из чувствительного элемента 10 из монокристаллического германия ориентации (111) сэлектронной проводимостью, легированного сурьмой с удельным электрическим сопротивлением 3 10 Ом.м (марки ГЭС) и индентора 11 (вдавливающее тело), изготовленного из металлокерамического твердого сплава, содержащего 90 карбида вольфрама и 10кобальта, с радиусом закруглениясферического кончика 30 мкм. Инден- З 5тор 11 закреплен в корпусе 12 черезизолирующую втулку 13, а чувствительный элемент 10 закреплен на плоской пружине 14. Плоские пружины 14и 15 с шаром 16, прокладкой 17 и вин Отом 18 составляют прижимное устройство датчиков силы 8 и 9, с помощьюкоторого создано первоначальное усилие величиной 0,272 Н. При этом максимальная чувствительность датчиков 4силы 8 и 9 по току от усилия порядка100 мА/Н. Проводник 1 питается отисточника питания 19 с величиной тока2 А. Каждый из полупроводниковых пьезорезистивных датчиков 8 и 9 силыподсоединен к измерителю 20. Электрические датчики 8 и 9 силы включены водно из плеч неуравновешенных мостов,которые входят в состав измерителя 20.Магнитометр работает следующим образом.55Изменением величины питающего напряжения мостов, в плечи которых включены датчики 8 и 9 силы, устанавливается их чувствительность по напряжению от усилия 1000 В/Н. При этом по- црог чувствительности датчиков 8 и 9силы на уровне собственных шумов порядка 100 мкВ и на нагрузке 10 кОмсоставляет не хуже 10 Н. Регулировкой режима измерителя 20 добиваются отсутствия выходного сигнала. Магнитометр помещается в магнитное поле так, чтобы направление магнитной индукции Е было перпендикулярно к оси чувствительности датчиков силы 8 и 9 - У (направления на чертеже показаны координатной системой). При этом возникает пондермоторная сила Ампера, перпендикулярная направлению Е магнитной индукции и совпадающая с направлением оси чувствительности датчиков 8 и 9 силы. Эта сила равна сумме реакций проводника 1 на датчики 8 и 9 силы.От возникающего усилия соответственно меняются сопротивления .чувствительных элементов 10 и появляется разбаланс мостов в измерителе 20.Сигнал разбаланса с учетом его знака суммируется в измерителе 20 и преобразуется в выходной сигнал, пропорциональный величине магнитного поля.Применение данного магнитометра в измерительной технике магнитных величин повышает точность измерения интегрального магнитного поля вдоль заданной оси магнитной системы более чем в б раз, одновременно повышая чувствительность примерно в 300 раз. Его применение снижает влияние на измерение вибрационных возмущений, исключает динамические погрешности, упрощает конструкцию и облегчает съем и обработку информации.формула изобретенияМагнитометр, содержащий проводник, подключенный к источнику питания и закрепленный между двумя опорами, причем каждый конец проводника связан со своим датчиком силы,выход которого подсоединен к измерителю, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения чувствительности, индентор каждого датчика силывыполнен из металлокерамическоготвердого сплава, а чувствительныйэлемент - из монокристаллическогогермания ориентации (111) электронного типа проводимости.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Кульбеда В.Е Рубчинский С.М.Генераторный датчик интегрального магнитного поля. Труды Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. Т. 1, М., 1970, с. 663.2, А, Са 1 оп 1 е 1 а 11А Й 1 дЬяепя 1 г.1 ч 1 гу ве 1 Ьой Йог веаяцг 1 пдпадпег 1 с Й 1 е 1 с 1 1 педга 1 я, яегч 1 г 1 оРосищеп 1 ак 1 опе Йе 1 ЬаЬогагог 1 Иаг 1 опа 11 Ж Ргапяса 1 де 1 СМЕН, ЬМГ,12,25, Магно, 1971.898348 гБила Веселовск Редакт Подписное ССР 941 6 За филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,1 ВНИИ ПИ Г по дел 13035, Москва, ставитель В. Новожиловхред С. Мигунова Коррек Тираж 718ударственного комитетизобретений и открыт