Устройство для измерения магнитного поля

(57) Изобретение магнитных измере использовано при ного поля ЗемлиЦель изобретения тельности. Стекл(56) ПТЭ, 1983, УМагнитометр кварукция по эксплуат(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ относится к области ий и может быть измерениях магнитего вариаций, - повышение чувствинный баллон с виброй 2, пьезопреобразователем 3 с магнитоупорядоченнойпластинкой 4,. с катушкой 5, соединенной с генератором 6 высокой частоты, образует датчик. Датчик соединенс усилителем 7, амплитудным 8 и синхронными 9 детекторами и регистрирующим прибором 10. В пластинке 4 создают линейно-осциллирующее модулированное по амплитуде поле накачки.Изменяя величину амплитуды поля накачки и коэЬициент модуляции,добиваются магнитооптического резонансав пластине. С помощью пьезопреобразователя и по частоте поля накачки,соответствующей зарегистрированномумаксимуму резонанса, судят о вели-,чине индукции магнитного поля. Устройство может работать в двух ре-,жимах: в режиме магнитометра и вариометра, 1 з.п. ф-лы 2 нл.121344 Устройство для измерения магнитного поля содержит (фиг.2) магниточувствительный элемент датчик), содержащий стеклянный баллон 1 со впаянны",ми электрическими проводниками,в кото-,, рой помещены виброгасящая прокладка 2,пьезопреобразователь 3 с прикрепленной к нему магнитоупорядоченной пластинкой 4, причем пьезопреобразова тель соединен с выводами в стеклянном баллоне. На баллон намотана катушка 5, которая подключена к выходуперестраиваемого генератора 6 высокой частоты. Выход датчика последова тельно соединен с усилителем 7 амплитудным детектором 8, синхронным детектором 9 и регистрирующим прибором10. Генератор 11 модуляции одним выходом подсоединен к генератору 6 вы сокой частоты, а другими - к синхронному детектору 9.Устройство работает следующим об"разом. Изобретение относится к областимагнитных измерений и может бытьиспользовано при измерениях магнитного поля Земли и его вариаций, гра"диента магнитного поля, в системахориентации по вектору магнитногополя Земли и в компараторах магнитного поляИзвестен квантовый магнитометр,в котором резонансное оптическое из Олучение получаетсяпутем возбуждения излучения атомов того же элемента, который используется в качестверабочего вещества.Целью изобретения является повы" 15шение чувствительности за счет уменьшения потребляемой мощности и отсутствия необходимости температурнойстабилизации датчика.На фиг,1 представлены записанные 20на самописце спектры магнитоакустического резонанса при значениях(8) соответственно, при поле накачки, равном 0,4510 Тл; на фиг.2 -блок-схема устройства.Способ осуществляется следующим образом.В материале с упорядоченной магнитной структурой - ферромагнитнойпластине (аморфный сплав Ре 8 81,О В, )создают линейно-осциллирующее модулированное по амплитуде поле накачки. Изменяя величину амплитуды полянакачки и коэффициент модуляции, добиваются магнитоакустического резонанса в ферромагнитной пластине, регистрируют его.максимум с помощьюпьезопреобразователя и по частотеполя накачки, соответствующей максимуму резонанса, судят о величинеиндукции магнитного поля,1Способ основан на волновых явлениях, имеющих резонансный характерзависимости частоты от величины магнитного поля. Ее можно записать следующим образом: р = К Н гдеЮ - резонансная частота, К - коэффициент пропорциональности, Ннапряженность эффективного магнитного поля, причем Н является функ.цией измеряемого магнитного поля,внутреннего поля ферромагнитногорабочего вещества и поля накачки.Для каждого рабочего образца прификсированном значении поля накачкиможно снять экспериментально и пред 6 2ставить в виде таблицы или графикасоотношения между значением составляющей вектора индукции магнитногополя и резонансной частотой, соответствующей этой составляющей.Способ реализуется на ферромагнитном материале с упорядоченной маг.нитной структурой. Преимущественноенаправление создается анизотропиейферромагнетика и направлением возбуждения, причем направление возбуждения совпадает с преимущественнымнаправлением ферромагнетика и определяет ось измерения составляющейвектора индукции магнитного поля.Разрешение линий спектра (фиг,1)закономерно зависит от значения по-стоянного магнитного поля. С увеличением постоянного поля линии разбегаются от центральной частоты, равной 419,54 кГц. Линии дополнительнорасщеплены и расстояние между вершинами одной расщепленной линии состав.ляет порядка 1 кГц. При снятии спектра добротность постоянного магнитного поля (отношение значения поляк его градиенту) составляет около6000, Экспериментальные исследования показали, что в поле Земли наблюдаются разрешенные спектры сцентральными частотами в районе 200,220, 280, 420, 980 кГц. Ширина ли:нии на полувысоте составляет приэтом на частоте 200 кГц 40 Гц, а начастоте 980 кГц - 200 Гц,13 12На катушку 5 датчика подается переменное промодулированное по амплитуде напряжение частотой Ю р , которое создает в катушке линейно-осциллирующее поле накачки и поле модуляции. В пластине 2, направленной вдоль составляющей вектора измеряемого магнитного поля, возникает магнитоакустический резонанс, который регистрируется пьезопреобразователем 3 и усиливается усилителем 7) детектируется амплитудным детектором 8 и подается на синхронный детек" тор 9. В качестве регистратора может быть использован стрелочный прибор. Так как датчик имеет высокую добротность, то для возбуждения магнитоакустического резонанса требуется малое поле накачки (около 200 нТл). При увеличении поля накачки и коэф" фициента модуляции до некоторого значения датчик начинает самоосциллировать. на резонансных частотах. В этом случае пьезопреобразователь играет не только роль преобразователя упругих волн в электрический сигнал, но является еще и активнымизеркалом , поддерживающим магнитоупругие колебания по фазе и амплитуде.Устройство может работать в двух режимах: в режиме магнитометра и в режиме вариометра, В режиме магнитометра измеряемое поле соответствует частоте магнитоакустического резонанса. При измерении вариаций магнитного поля генератор поля накачки настраивается на максимум резонансной линии, а регистрируются изменения амплитуды сигнала. При такой методике экспериментально полученная чувствительность в режиме вариометра в поле Земли составляет порядка 1 мкВ/нТл при отношении сигнала к шуму, равном 10.Устройство для измерения магнитного поля дополнительно содержит изо. лирующую виброгасящую прокладку, помещенную в вакуумированный стеклянный баллон с впаянными электрическими выводами, причем пьезопреобразователь с полосой из магнитоупорядоченного материала закреплен на изолирующей виброгасящей прокладке, а пье" 13446 4зопреобразователь соединен с впаянными электрическими выводами баллона. Заключение магниточувствительного элемента в вакуумированныйбаллон и его расположение на виброгасящей прокладке позволяет снизитьуровень акустических шумов, что умень"шит порог чувствительности, повыситстабильность и долговечность, так 10 как исключаются такие факторы, каккоррозия ферромагнетика и конденсация влаги при изменениях температуры.Формула изобретения1. Устройство для измерения магнитного поля, содержащее магниточувствительный элемент, катушку, усилитель и регистрирующий прибор, о тл и ч а ю щ е е с я тем,что,с цельюповышения чувствительности, оно дополнительно содержит амплитудный исинхронный детекторы, генератор высо кой частоты и генератор модуляции,а магниточувствительный элемент вы".полнец из полоски с магнитоупорядоченной магнитной структурой, механически соединенной с пьезопреобразователем и расположенной внутри вакуумированного баллона и катушки, при этомкатушка подключена к выходу перестраиваемого генератора высокой частоты,пьезопреобразователь последовательно 35соединен с усилителем, .амплитуднымдетектором, синхронным детектором и.регистратором, а генератор модуляции одним выходом подключен к генера"тору высокой .частоты, а другим выходом - к второму входу синхронногодетектора.2. Устройство для измерения магнитного поля по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что магниточувствительный элементдополнительно содержит 45изолирующую виброгасящую прокладку,закрепленную в вакуумированном баллоне с впаянными электрическими выводами, причем пьезопреобразователь с полоской из магнитоупорядоченной магнитной структуры закреплен на изолирующей виброгасящей прокладке и соединен с электрическими выводами балло-:на.1213446 Составитель А;ГуськовРедактор Т.Кугрышева Техред М.Пароцай КорректорО.Луговая Заказ, 779/56 . Тираюк 730 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., Подписное д. 4/5 филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная,4