Устройство для измерения параметров слабых магнитных полей

(51 НИЕ Т К ние ИЯ ПАОЛЕЙ хника, геофи- стройОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СС РС КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 746353, кл. 6 01 В 33/02, 1978.54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНРАМЕТРОВ СЛАБЫХ МАГНИТНЫХ П(57) Применение: измерительная теможет быть использовано в областизики, геологоразведки, навигации. У 181 О 852 А ство содержит обьектив 1, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 2, электронную пушку 3, экран 4, блок регистрации 5, соленоид 6. блок управления током соленоида 7. цифро. аналоговый преобразователь 8, вычислительное устройство 11, блок измерения размеров и перемещения светового пятна 9, матрицу фотодатчиков 10. Устройство использует измерение отклонения электронного потока (ЭП) от оси ЭЛТ при воздействии на ЭП двух однородных магнитных полей, регулируемого поля с известными параметрами и измеряемого, 2 ил,Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано вобласти геофизики, геологоразведки, навигации и основано на принципе регистрациисмещения электронного потока(ЭП) магнитным полем,Целью изобретения является повышение достоверности измерений параметровслабого магнитного поля независимо от егоориентации в пространстве.На фиг.1 изображена блок-схема устройства; на фиг,2 - схема отклонения ЭП отоси симметрии трубки,Устройство содержит объектив 1, оптическая ось которого совпадает с осью симметрии электронно-лучевой трубки 2,имеющей электронную пушку 3 и экран 4,покрытый люминофором, блок регистрации5, соленоид 6, блок управления током соленоида 7, выход которого подключен к обмотке соленоида и ко входу цифроаналоговогопреобразователя 8, блок измерения размеров и перемещений светового пятна 9, входная матрица 10 которого ориентирована всторону светового потока от объектива 1, а 25также вычислительное устройство 11, первый вход которого подключен к выходу блока измерений размеров и перемещенийсветового пятна 9, второй вход - к выходуцифроаналогового преобразователя 8, а выход - к блоку регистрации 5, причем электронно-лучевая трубка 2 размещена всоленоиде 6 таким образом, что однородноемагнитное поле, создаваемое соленоидомб, совпадает с осью симметрии трубки 2 и 35направлено от электронной пушки 3 к люминесцентному экрану 4,Блок измерения размеров и перемещения 9 светового пятна выполнен на основематричного фотоприбора с переносом заряда и расположен за объективом 1 так, чтоизображение светового пятна на экране 4ЭЛТ 2 проецируется на матрицу фотодатчиков(входную матрицу 10) прибора с переносом заряда, Вычислительное устройство 45(ВУ) 11 может быть реализовано любой микроЭВМ, в этом случае входы и выход ВУорганизуются при помощи интерфейса (нэфиг.1 не показан).С вычислительного устройства 11 информация о размерах светового пятна, означении и пространственной ориентацииизмеряемого поля выводится нэ блок регистрации. в качестве которого может бытьиспользован, например. монитор. 55.Блок управления током соленоида 7 может быть реализован стабилизированным источником напряжения с регулируемым выходным напряжением и с мощностью,обеспечивающей получение необходимо) о поля соленоида б,Устройство (фиг,1) функционирует следующим образом.Электронный поток, созданный элек 1- ронной пушкой 3, высвечивает на экране 4 ЭЛТ 2 световое пятно (СП). Положение центра пятна и его размеры зависят, а частности, от величины поля соленоида 6 Вс и от величины и направления измеряемого поля Ви (фиг.2), Оптическое изображение СП с экрана 4 ЭЛТ 2 проецируется с помощью объектива 1 на матрицу фотодатчиков 10 прибора с переносом заряда блока измерения размеров и перемещения светового пятна 9, преобразующегооптическое изображение в электрический цифровой сигнал, несущий информацию о размерах СП и координатах (Х и У) его центра, Этот сигнал через интерфейс поступает на ВУ 11, Также на ВУ 11 поступает цифровой сигнал с выхода цифроаналогового преобразователя 8, несущий информацию о значении напряжения на выходе блока 7, а следовательно при известных параметрах соленоида и о значении поля Вс, созданного соленоидом б,Поясним процесс измерений.При Ви = 0 поле соленоида при помощи блока 7 устанавливается такой величины, что центр СП находится в центре экрана 4 и СП имеет минимальную площадь (фокусировка ЭП продольным магнитным полем).При включении ВиО на ЭП бувет вт здействовать суммарное поле В 0 =- Ви + Вс, значение которого уже не равно фокусирующему, СП фокусируется путем изменения поля соленоида 6 при помощи блока 7 так, что значение В 0 равно значению фокусирующего магнитного поля, После фокусировки центр СП лежит нэ продолжении вектора В 0, (напрааление 1), а его положение на экране 4 определяет ориентацию этого вектора в системе координат, связанной с осью симметрии ЭЛТ 2 (фиг,2).Поместим ЭЛТ 2 а сферическую систему координат, полюс которой совпадает с точкой О. направляющая - с осью Е, полупло.скость нулевого меридиана - с плоскостью ХОЕ,Пусть Ви ориентирован произвольно по отношению к В, (оси ЭЛТ), Определим значение Ви и его ориентацию в заданной системе координат. Значение векторной суммы В, определяется выражением:В 0=В+2 Вс ВиСова 1 Еи, . )1)где а - угол между Ви и осью "г)(2) В Ц сту ( гг + 1 г ) Значение фокусирующего поля Вф для направления 11, если угол расходимости ЭП мал (параксиальные электроны) определяется формулой:(3) денное электронмагнитном поле д онов в направлении 11; Ч массе Из(4 Ч 11= Чсоза оза 1 = -гр = агст0 где Ч ния в1 -скорость электроновектронной пушке;асстояние от электро осле ускореной пушки до+1 ) Как видно из фиг.2,г- вф), Тогда иэ (3), с учетом (4 В: 2 гЧ у 1 Так как 11 г гг + 1 г гд смещение центра СП От цен ка 01), тоСоставим из урзвнений (1), (7) и (9)тему и решим ее о 1 ноо".1 ельно Ви и а,Решением системы являются уравнеМомент фокусировки СП при изменении В, при помощи блока 7 определяется по минимальному размеру СП (информация на экране монитора).Значение Вс рассчитывается в ВУ 11 20 при известном напряжении блока 7, вводимом в ВУ 11 с выхода аналого-цифрового преобразователя 8, и при известных параметрах соленоида,. Линейное сме ение г определяется вВУ 11, как г = х +, а угол рмежду полуплоскостью нулевого меридиана и направлением линейного смещения, как при этом за начало координат принимается точка 01.На экран монитора при минимальномразмере СП (момент фокусировки) выводятся значения Ви, а и р рассчитанные в ВУ 11 по алгоритму, определяющему вычисления по формулам (10), (11) и (1 2).Как показывает расчет, при 1= 0,3 м, Ч = 40 = 3,2 10 м/с, а=.1 о, Ви = 1 э, поле соленоида Вс равно 37,68 э, г = 110 мкм, а по результатам эксперимента скорость изменения диаметра СП при возрастании или уменьшении значения магнитного поля от значения фокусирующего составляет 300 мкм/э,Такие перемещения СП и изменения егоплощади, связанные с возрастанием диаметра, легко могут быть зарегистрированы 50 блоком 9, Повышение чувствительности иточности устройства при измерении углов а, р и значения Ви возможно путем повышения длины 1 и,уменьшения размеров светового пятна.55 Положительный эффект предложенногоустройства для измерения параметров слабых магнитных полей заключается в следующем:- повышается достоверность измерений параметров слабых магнитных полей1810852 оставитель В.Марченковхред М.Моргентал Корректор Е.Пап дактор Т,Ивано Заказ 1444 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гага независимо от их ориентации в пространстве;- повышается удобство эксплуатации устройства, обусловленное. отсутствием необходимости предварительной его ориента ции по отношению к.силовым линиям измеряемого магнитного поля, и в связи с этим уменьшается время измерения 1- уменьшается погрешность измерения, что обусловлено применением в каче стве измерителя размеров и перемещений матричного фотоприбора с переносом заряда,формула изобретения 15 Устройство для измерения параметров слабых магнитных полей, содержащее объектив, оптическая ось;котОрого совпадает с осью симметрии электРонно-лучевой трубки, имеющей электронную пушку и экран, 20 покрытый люминофором, а также блок регистрации, о т л и ч а ю щ е е о я тем, что, с целью повышения достоверности измерений параметров магнитного поля независимо от его пространственной ориентации, введены соленоид, блок управления током соленоида, выход которого подключен к обмотке соленоида и к входу цифроаналогового преобразователя, а также блок измерения размеров и перемещений светового пятна, входная матрица которого ориентирована в сторону светового потока от объектива, и вычислительное устройство, входы которого подключены соответственно к выходу блока измерения размеров и перемещений светового пятна и выходу цифроаналогового преобразователя, а выход связан с блоком регистрации, причем электронно-лучевая трубка размещена в соленоиде таким образом, что однородное магнитное поле, создаваемое соленоидом, совпадает с осью симметрии трубки и направлено от электронной пушки к люминесцентному экрану.