Устройство для измерения составляющих полного вектора магнитного поля

СНИХСНИ РЕСПУБ ог БРЕТЕНИЯ енГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ И И АВТОРСКОМУ СВИДЕ(54 (57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПОЛНОГО ВЕКТОРА МАГНИТ-, .НОГО ПОЛЯ, содержащее. укрепЛенный В карданном подвесе маятник С располо,женным. на нем чувствительным элем том, включенным через электроды в цеп измерительного сигнала, и ре" гистрирующие приборы, о т л и ч а. .ю щ е е с я теи, что, с целью повышения точности измерения в условиЯОММ 250 ях возможных изменений положение чувствительного элемента в пространстве, в него дополнительно введены два ключа, два направленных источника света, два фотоэлемента, два пороговых элемента и логический элемент ИЛИ, выход которого соединен с первыми входами ключей, вторые входы которых через соответствдкщие цепи измерительного сигнала соединены с соответствующими внешними электродами чувствительного элемента а выходы обоих ключей в ,с,общим внутренним электродом, входы логического элемента КПИ связаны с выходами пороговых элементов, входы которых подключены к соответствующим фотоэле 9 ментам, расположенным напротив над - 1, разленных источников света, оси котодД рых с относящимися к ним фотоэлементами расположены взаимно перпен- , дикулярно.1064250 45 2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что чувствительный элемент выполнен из двух взаимно перпендикулярных пересекающихся по диаметру полупроводниковых дисков, в центре которых расположен точечный электрод, вывод которого изолирован от полупроводникового материала чувствительного элемента, а составной кольцевой электрод выполнен в виде сплошного кольца, охватывающе" Изобретение относится к измерительной тдхнике, в частности к измерению составляющих полного вектора магнитного поля.5, Известно устройство, содержащее чувствительный элемент с электродами, магнитная ось которого постоянно ори" ентируется по вертикали с помощью маятника, укрепленного в системе кар. 10 данного подвеса. На маятнике укреплены также компенсационный магнит и система демпфирующих магнитов, перемещающихся при колебаниях маятника в непосредственной близости от неподвижно закрепленной проводя" щей поверхности 1 .Однако данное устройство характеризуется недостаточной точностью измерения.Наиболее близким к предлагаемому 20 по технической сущности является уст. ройство,содержащее укрепленный в карданвом подвесе маятник с располо.женным на нем чувствительным элементом, включенным через электроды в 25 цепь измерительного сигнала.В устройстве чувствительный элемент выполнен в виде диска из полупроводникового материала с электродом в центре и сплошным кольцевым 3 электродом по окружности (диск Корбино), в котором ток протекает в радиальном направлении.в этом чувствительном элементе происходит изменение электрического сопротивления в магнитном поле (эффект Гаусса), а максимальный эффект магнитосопротивления наблюдается,при расположении диска перпендикулярно полному вектору магнитного поля. Таким образом, чувствительный элемент, выпол ненный в виде диска Корбино, обладает и свойством направленности ЯОднако известное устройство не дает возможность одновременно получать информацию о величинах вертикальной и горизонтальной составляго внешнюю поверхность горизонталь= ного диска, и двух полуколец, охва-. тываквцих внешние поверхности вертикального диска, при этом выводточечного электрода соединен с общим выходом чувствительного элемента, а вывод сплошного кольца и объединенные выводы полуколец;,составного электрода соединены с изме"рительными выходами чувствительногоэлемента. ющих полного вектора магнитного поля с достаточной точностьюЦель изобретения - повышение точности измерения в условиях возможных изменений положения чувствительного элемента в пространстве.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения составляющих полного вектора магнитного поля, содержащем укрепленный в карданном подведе маятник с рас" положенным на нем чувствительным элементом, включенным через электроды в цепь измерительного сигнала, и регистрирующие приборы,введены два ключа, два направленйых источника света, два фотоэлемента, два по - роговых элемента и логический элемент ИЛИ, выход которого соединен с первыми входами ключей, вторые входы которых через соответствующие цепи измерительного сигнала соединены с соответствующими внешними электродами чувствительного элемента, а выходы обоих ключей - с общим внутренним электродом, входы логического элемента ИЛИ связаны с выходами пороговых элементов, входы которых подключены к соответствукицим фотоэлементам, расположенным напротив направленных источников света, оси которых с относящимися к ним Фотоэлементами расположены взаимно перпендикулярно.Кроме того, чувствительный элемент выполнен из двух взаимно перпендикулярных пересекающихся по диаметру полупроводниковых дисков, в центре которых расположен точечный электрод, вывод которого изолирован от полупроводникового материала чувствительного элемента, а составной кольцевой электрод выполнен в виде сплошного кольца, охватывакщего внешнюю поверхность горизонтального диска, и двух полуколец, охватывающих внешние поверхности вертикального диска,. при этом вывод10 точечного электрода соединен с общимвыходом чувствительного элемента, авывод сплошного кольца к объединенные выводы полуколец составногоэлектрода, соединены с измерительнымивыходами чуствительного элемента,На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 - маятник; на фиг.З - вкд по стрелке Ака фиг.1.Устройство содержит маятник 1(сферу) кз монолитного сплошногоиолупроводникового материала с че-тырьмя удаленными четвертьсферамиуменьшенного радиуса, имеющий виддвух пересекающихся по диаметрам . 15взаимно перпендикулярных дисков 2и 3(клн четырех взаимно перпендикулярных полудисков 2.1, 2.2, 3,1к 3.2 на фиг.2), представляющихединое целое. В центре маятника 11 в центре условной линии пересе"чения взаимно перпендикулярных дис-,ков 2 и 3) размещен точечный элект"род 4, вывод 5 которого (фиг.З)электрически изолирован от полупроводникового материала чувствителького элемента. Вывод 5 расположенв сквозном канале 6, идущем отцентра шара по кратчайшему расстоянию к ближайшей точке поверхнооткчувствительного элемента. Два лежащих в одной плоскости полудиска 2,1 .к 2.2 (фиг.2) охвачены по окружности кольцевым .сплошным (неразрезным)электродом 7, от которого идет вывод9 Два других полудиска 3.1 и 32охвачены полукольцевыми электродами9 и 10 срответственно, выводы 11 и12 которых электрически объединены ипредставляют общий вывод 13. ПриЭтом эдектррды 9 и 10 электрически 40изолированы от электрода 7. К одномукз электродов, например 9, можетбыть присоединен неметаллическийстержень 14, который обеспечивает/связь чувствительного элемента 15 с 45ыарданным подвесом. К другому элект".роду, например 10, может быть подсоединен через неметаллический стержень16 шарообразный (или другой формыэлемент 17, предназначенный для 50участия .в Фиксации положений в пространстве (с помощью соответствующейкоординатной системы),В качестве полупроводникового материала для шара выбирают, например, 55антимонид индия (сплав индия и сурьмы), висмут или анткмонид никеля(сурмянистый никель) либо любойщугой полупроводниковый материал,в котором наблюдается эффект магйк" .60тосопротивления (эффект Гаусса),Размеры (радиус шара) чувствительногоэлемента определяются исключительнотребованиями по чуствительности, предь.явленными к чувствительному элемен ту, и технологией изготовления. Эти размеры могут быть любыми, но оптимальнымк являются радиусы в пределах 1-10 см.Устройство содержит также первый и второйгенераторы 18 и 19 напряженкя, первый и второй измерители 20 и 21 тока, первый и второй ключи 22 и 23, два направленных источника 24 и 25 света, первый и второй фотоэлементы 26 и 27, первый и второй пороговые элементы 28 и 29 и.логический элемент ИЛИ 30, выход которого соединен с первыми входами первого и второго ключей 22 и 23, вторые входы которых через соответствующие измерители 20 и 21 измерительного сигнала соединены с соответствующими внешними электродами 7, 9 и 10 чувствительного элемента, а выходы - с общим внутренним электродом 4. Входы ло" гического элемента ИЛИ 30 связаны с выходами первого и второго пороговых элементов 28 и 29, входы которых подключены к соответствующим Фотоэлементам 26 и 27.Устройство работаетследующим образом.При орне нт иро ванин устрой ст ва . таким образом, чтобы полудиски 3.1 и 3.2 заняли строго вертикальное положение в пространстве, и приложении напряжения постоянного (или переменного) тока к точечному электроду 4 (его выводу 5) и кольцевому элект роду 7 (выводу 8), электродам 9 и 10 (выводу 13) между электродом 4 и электродами 7, 9 и 10 начинают перемещаться в плоскостях полудисков 2.1, 2.2, 3.1 и 3.2 носителя зарядов - те" чет ток, величина которого зависит от величины вертикальной (для диска 2) и горизонтальной (для диска 3) составляющих полного вектора магнитно го поля. Фиксация величины этих токов фактически является процессом измерения. После определения величины и направления составляющих полного вектора магнитного поля определяют известнымк приемами (при необходимости) величину и направление полного вектора магнитного поляПри нахождении маятника 1 в строго вертикальнои положении элемент 15 (или элемент 17) перекрывает путь световых лучей от направленных источников 24 и 25 света к фотоэлементам 26 к 27 соответственно. При этом исчезает сигнал ( напряжение) на выходах Фотоэлементов 26 и 27, что вызывает появление сигналов на выходах пороговых элементов 28 и 29. Эти сигналы, пройдя через логический элемент ИЛИ 30, поступают на управляемые дходы ключей 22 и 23 и вызывают их1064250 фиг, гЗамыкание. Таким ббразом, измеритель.ные цепи, в которые включены полупроводниковые диски 2 и 3, оказываютсязамкнутыми для токов измерительныхсигналов, Величина этих токов (призаведомо известных и постоянных величинах напряжений генераторов 18 и 19)зависит. исключительно от величинысопротивленйя соответствукщего полупроводникового диска 2 и 3. В указанный момент величина сопротивлениядиска 2 определяется величиной горизонтальной составляющей магнитногополя, а величина сопротивления диска3 - величиной вертикальной составляющей магнитного поля, причем чем боль ше величины этих составляющих, тембольше сопротивления дисков 2 и 3,включенных в цепи измерительных сигна.лов.При выходе маятника 1 из строго 29вертикального положения световыелучи от источников 24 и 25 светапоступают на фотоэлементы 26 и 27соответственно, на их выходах появляются сигналы, которые поступая на 35входы пороговых элементов 28 и 29,вызывают исчезновение сигналов наих выходах и, соответственно, навыходе логического элемента ИЛИ 30Это приводит к тому, что на управ- ЗОляющих входах ключей 22 и 23 исчеза"ют сигналы, ключи 22 и 23 размыкаются, и ток перестает протекать поизмерительным цепям,Таким образом, измерители 20 и21 тока фиксируют токи, соответствую"щие только заданному для измерениячоложенню чувствительного, элемента ВНИИПИ Заказ 10527/48 Тираж 710 Подписное филиал ППП "Патентф, г.ужгород,ул,Проектная, 4 в пространстве Земли, когда каждый извзаимно перпендикулярных дисков 2и 3 фиксирует только вертикальнуюи только горизонтальную составляющие магнитного поля соответственно,Поэтому любые отклонения маятнака 1от вертикального положения не вносят погрешности в результат измерения,так как в моменты отклонения маятника от вертикальноео направления цеписнятия измерительной информацииразомкнуты.Индикацию измерителей 20 и 21 токов можно при необходимости выполнитьс запоминанием н периодическим еестиранием,фиксация укаэанного заданного положения чувствительного элемента спомощью двух взаимно перпендикулярных световых потоков обеспечиваетрабртоспособность устройства прилюбых траекториях движения (качанияв любых плоскостях) незакрепленногОконца маятника.Технико-экономическая эффективность изобретения заключается Всоздании быстродействующего практи"чески безынерционного чувствительного элемента для измерения величини направлений двух взаимно перпенди- .кулярных составляющих полного,вектора магнитного поля, позволяющих по"лучить (при необходимости) при обработке полученных данных известнымиприемами также величину модуля инаправление самого полного векто-ра магнитного поля. Это позволяет,при меньшем количестве датчиков.получить большой объем информации.