Датчик магнитного поля

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сотоз СоветскихСоциалистическихРеспублик р 978086(22) Заявлено 200381(21) 32 б 2040/18-21с присоединением заявки Но -(23) Приоритет -Опубликовано 30,11.82,. Бюллетень Йо 44Дата опубликования описания 301182 Р(1 М Кп з С 01 К 33/02. Государственный комитет СССР но делам нзобретеннй н открытнй(54) ДАТЧИ 1( МАГНИТНОГО ПОЛЯ Изобретение относится к технике измерения плоских магнитных полей и,может быть использовано для гармонического анализа полей, создаваемых устройствами магнитных фокусирующих, а также транспортирующих каналов, .например, каналов ускорителей заряженных частиц.Известны датчики магнитного поля в виде гармонической катушки, цилиндрической формы каркаса с равномерным в азимутальном направлении распределением пазов на его боковой поверхности, в которые укладывается тонкий проводник так, чтобы азимутальная плотность распределения витков аппроксимировала синусоидальную функцию с целым числом Х ( К = ф 1,2, ) периодов, приходящихся на полный оборот вдоль направляющей цилиндрической поверхности каркаса 1 1. Однако в такой катушке положение проводника в пределах паза имеет существенную неопределенность как в азнмутальном, так и в радиальном направлениях, приводящую к значительной погрешности измерения соответ-, ствующей гармоники поля. Наиболее близким к предлагаемом 7по технической сущности является датчик, .каждый паз которого изготавливается строго для однократной укладки в нем проводника так, что азиму-.тальное и радиальное положение вполне определены,а синусоидальный закон изменения плотности витков в азимутальном направлении обеспечивается соответствующим законом распределения пазов в каркасе 1 2 .Однако в известном датчике неудается избежать накладки друг надруга располагаемых на торцах участков проводника вне пазов, что приводит к снижению точности измеренияиз-за появления чувствительности кобертонам поля, а также к осевомуФоновому полю. для достижения высокой точности измерения необходимоделать большое число пазов, позволяющее снизить погрешность аппроксимации точного синусоидального законараспределения .витков, что усложняет 25 процедуру точного изготовления пазовв каркасе и.навивания проводника.Цель изобретения - уменьшениечувствительности катушки к обертонамполя, а также упрощение ее конструк цни,(Ю 61 ЙКЧ(3 Ч=.ЮМ 1 Ьк( указанная цель достигается тем,что в датчике магнитного поля, содержащем витки гармонической катуш ки, выполненные из проводника иуложенные на поверхности цилиндрического изолирующего каркаса, витки гармонической катушки выполненыв виде синусоид с числом периодов,приходящимся.на полный оборот вазимутальном направлении, равнымчастоте измеряемой гармоники поля, Ои укладываются бифилярно на цилиндрической поверхности каркаса, а обратные половины каждого бифилярного витка образуют. винтовую линию.На чертеже изображена двухвитковая гармоническая катушка, предназначенная для измерения амплитуды второй гармоники поля.Гармоническая катушка датчикамагнитного поля состоит из бифилярных витков 1, изготавливаемых нацилиндрической поверхности каркаса 2из изолирующего материала, Отдельныеучастки проводника катушки в местахих наложения друг на друга электрически изолированы один от другогос помощью пленочной диэлектрическойпрокладки,на чертеже не показана).На развертке цилиндрической поверхности каркаса прямая половина каждого витка описывается функцией30+6 з 1 п К , а обратная - функцией- г, з 1 п К(, причем направление укладки прямой и обратной половин витка соответствует направлениям стрелочек, показанным на всех участках,синусоид,Концы Зкатушки( к которым подсоединяются вйводные проводники 4, яв-.ляются выводами катушки, также изолированными друг от друга с помощьюпленочной диэлектрической прокладки(не показана ), Концы 3 и 5 бифилярного витка сдвинуты в направлении об-разующей цилиндра так, чтобы осуществить плавный переход от одноговитка к следующему. Величина сдвигавыбирается минимальной, но достаточнойдля того, чтобы избежать касания соседних витков в многовитковойкатушке, В катушке, содержащей ецин"ственный бифилярный виток, нет прин"ципиальной необходимости сдвигатьконцы витка. Искажение синусоиды,происходящее в результате сдвигаконцов каждого витка, не приводитк появлению погрешности измерениясоответствующей гармоники поля, таккак связанный со сдвигом параэитныйпоток, захватываемый прямой полови"ной б бифилярного витка, полностью 6 Окомпенсируется паразитным вкладомего обратной половины 7. Датчик работает следующим образом. 65 если катушку, содержащую я бифилярных витков, поместить в поле:ВгЧ)=Х о " (, ИЬЮиУВ:СОЭюч)Мгде Ьуд - амплитуда гармоники с частотой иИ( Т . - орты цилиндрической системы координат,так чтобы ось катушки совпадала сосью разложения поля в ряд по гармоникам, то магнитный поток, сцепляющийся с катушкой, равен0.ТФе=УЬ1(д 5 е"-1Ь к 51 и мч)к8 о где Я . - поверхность, натянутаяна виток катушки.Пропорциональность. потока ф( коэффициенту разложения поля в ряд Фурье Ьк ( лежащая в основе измерения последнего, не зависит от числа витков И( что позволяет принять любое число витков вплоть до й =1)( не внося при этом никакой погрешности измерения.Кроме того, благодаря бифилярному исполнению витков гармоническая катушка не чувствительна к фоновому полю в направлении оси Е( так как поверхность бифилярного витка совпада ет с боковой поверхностью каркаса.Процесс изготовления витков гармонической катушки использует известный способ фотолитографического нанесения печатных медных проводников. При этом для повышения точности из" готовления витков предпочтительно на стадии получения негатива применять укрупненный чертеж витков в масштабе 5:1. Пленочная диэлектрическая прокладка, изолирующая участки проводника катушки в местах их наложения друг на друга, выполнена в виде тонкоголакового покрытия, наносимого перед выращиванием цилиндрического слоя меди для наружных участков проводника. Равенство амплитуд прямой и обратной половины может давать преимущества только в практическом отношении по сравнению со случаем, когда зти амплитуды не равны друг другу. С принципиальной точки зрения катушки с различным отношением амплитуд прямой и обратной половин одинаково эффективны по сравнению с прототипом. В частности, когда амплитуда одной из половин, напримеробратной равна нулю, эта половина представляет собой винтовую линию, которая наиболее проста в изготовлении. Опытный образец гармоническойградиентной к=2) катушки содержит1 виток с амплитудой синусоиды=6 ммIФормула изобретения Заказ 9210/627 Подписное ВНТй изготовленный на каркасе диаметром18 мм. Установлено, что по сравнениюпредлагаемого датчика с прототипомизмеренные значения градиента постоянного во времени поля квадрупольной магнитной линзы совпадают впределах точности измерений 0,3.Однако в прототипе для подавленияпаразитного вклада обертонов поляна катушку намотано 88 витков,т.е. почти на два порядка больше,чем в данной катушке. Известная катушка практически непригодна дляизмерения краевого поля линзы, т.е.в условиях, когда измеряемое полеимеет. продольную компоненту, имеющуюзначительную разницу значений напротивоположных торцах катушки, вто время как предложенная катушканечувствительна к продольному градиенту поля. 1. Датчик магнитного поля, содержащий витки гармонической катушки, выполненные из проводника и уложенные на поверхности цилиндрического изолирующего каркаса, о т л и"ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюуменьшения чувствительности к оберто".5нам поля, а также упрощения конструкции, витки гармонической катушкивыполнены в виде синусоид с.числомпериодов, приходящимся на полныйоборот в азимутальном направлении,1 цравным частоте измеряемой гармоникиполя, и укладываются бифилярно нацилиндрической поверхности каркаса.2. Датчик по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что обратные половины каждого бифилярного витка образу 15 ют винтовую линию.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Гольдин Л.Л. и др. Магнитныеизмерения в ускорителях заряженных20 частиц. М., Госатомиздат, 1962,с.34.2. Данильцев Е.Н. и др. Исследование нелинейностей полей квадрупольных линз для линейного ускорителяс пролетными трубками. М., 1962,Препринт М 64. лиал ППП "Патент", Ужгбрбй; ул. Проектная, 4