Магнитный экран

(51) 0 12 В ьнойлекраржагнит-. с 1, отлто площади плочки в ценв выбирают 2. Экран по щ и й с я тем, ного сечения об на и у его торц ношения а ю- реч- экра- оота 4 5 о 1 где 5 и 5 поперечногр ральной час соответстве чения торцо экрана. о площ и цент и прокладок те ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ"Энергия), 1972, с. 538.2. Авторское свидетельство СССР 687391, кл. С 01 В 1/18, 1975.( 4)(57) 1. МАГНИТНЫЙ Эй Ферромагнитную обол лым поперечным сечением ных прокладок, о т л и с я тем, что, с, целью р функциональных возможно Ферромагнитная оболочка виде и стержней, между положены прокладки, а и размеры стержней и прок ют из,соотношения КРАН, сод очку с кр инема ч а ю щ и асширения стей экра выполнен которыми оперечные ладон выб(.ф) - "ф)ч-", Я .), гдеи 7 - линейные размеры соответственно Ферромагнитных плоскости, ортогоналоси экрана, в направнии, касательном к энирующей оболочке;соответственно толщинаэкраыирующей оболочки ирадиус поперечнсго сече. ния ее центральной части;соответственно относительная магнитная проницаемость материала Ферромагнитных стержней и еенестабильность;- минимальная относительная интенсивность варна ций вектора индукциимагнитного поля. ЮОИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для защиты магниточувствительных элементов различных физических и измерительных приборов и установок, например, от составляющих нек тора индукции земного магнитного поля. Непосредственное назначение предлагаемого устройства - избирательное уменьшение интенсивности одной заданной квадратурной компоненО ты вектора индукции магнитного поля, что позволяет использовать подобный экран совместно с модульным квантовым магнитометром в .качестве, например, измерителя вариаций геометриче ской суммы двух других неослабленных компонент вектора индукции.Известен магнитный экран, содержащий однослойную Ферромагнитную оболочку Г 13.2 ООднако данный экран имеет низкий коэФФициент анизотропии и невысокую стабильность коэффициента экранирования.Известен также магнитный экран, содержащий в ферромагнитных цилиндрических оболочек и немагнитные прокладки, расположенные между ними 23.Данному экрану также свойственна малая анизотропия и низкая стабильность.Применение известных экранов для селективного ослабления одной из компонент вектора индукции магнитного поля полностью исключено, вследствие чего подобные устройства не могут использонаться для измерительных целей.Пель изобретения - расширение Функциональных возможностей магнитного экрана, 4 ОУказанная цель достигается тем, что в магнитном экране, содержащем Ферромагнитную оболочку с круглым поперечным сечением и и немагнитных прокладок, ферромагнитная оболочка выполнена в виде ь стержней, между которыми расположены прокладки, а поперечные размеры стержней и прокла- док выбираются из соотношения5 О2 4 ф - ) 2 Я + 2-"+ - 1) ъ ), 11где Г и 7 - линейные размеры соответственно ферромагнитныхстержней и прокладок иплоскости, ортогональнойоси экрана, в направлении, касательном к экранирующей оболочке;у и Р - соответственно толщина 6 Оэкранирующей оболочки ирадиус. поперечного сечения ее центральной части;(и ила- соответственно относительная магнитная прони цаемость материала ферромагнитных стержней и еенестабильность;1 Ъ - минимальная относительная интенсивность вариаций вектора индукциимагнитного поля.Кроме того, площади поперечного сечения оболочки в центре экрана и у его торцов выбирают из соотношения 1Ь,У 5 с 1,З, (2 где 5 и 5, - соответственно площади поперечного сечения торцов и центральной части экрана.На фиг, 1-3 представлены различные варианты выполнения магнитногоэкрана; на Фиг. 4 - зависимость характеристик экрана от его диаметра 2 й, где К, К- коэффициенты зкраниронания в поперечном и продольном направлениях соответственно.Магнитный экран содержит ферромагнитные стержни 1 и немагнитные прокладки 2. Поперечные размеры стержней 1 и прокладок 2( и Г) ныбирают много меньше радиуса экрана йГтержни 1 могут быть прямоугольного, круглого или квадратного сечения, а прокладки 2 - воздушными. В любом случае выполняется соотношениеЙУ 4, (З)где С - длина экрана.Устройство работает следующим образом.При помещении экрана ва внешнее магнитное поле компонента поля, направленная вдоль оси экрана, подавляется практически полностью, поскольку силовые линии магнитного поля замыкаются через стержни 1. Две другие же компоненты поля ослабляются незначительно, ввиду большого магнитного сопротивления н поперечном направлении.Отношение длины . и диаметра 2 Р экранирующей оболочки данного экрана лежит в диапазоне от двух до четырех. Именно такое соотношение размерон обычно выбирается у цилиндрических магнитных экранов с открытыми концами, так как при увеличении или, уменьшении этого отношения относительно укаэанного значения продольный коэффициент экраниронания уменьшается. Характеристики предлагаемого экрана н осевом направлении весьма близки к соответствующим характеристикам известных однослойных экранов со сплошной экранирующей оболочкой. В данном случае из-за наличия немагнитных прокладок 2 лишь незначительно уменьшается эффективная относительная магнитная проницаемость .1 зкранирующей оболочки н продольном направлении н сравнении с относл1109810 тельной магнитной проницаемостьюиспользуемого ферромагнитного материала: р= 1- у 1 с + ч, где ч - отношение суммарной плошади поперечных сечений прокладок к плошади поперечного сечения экранирующей оболочки.Эффективную относительную магнитную проницаемость р, экранируюшей оболочки в поперечном направлении, ортогональном прокладкам, можно определить из 10 где г 1 - относительная магнитнаяпроницаемость ферромагнитного материала. Тогда коэффициент экранирования в поперечном направлении составит(г +1 -1- - ) (рг. г)4,(51 20 где сг и гс - соответственно толщинаэкранируюшей оболочки и ее радиус.Отметим, что рассчитанный по формулам (4 1 и ( 5 1 коэффициент экранирования К отличается от экспериментальных значений К(см. Фиг. 41 лишьна 7-10. В этом случае нестабильность К 1, вызванная, например, температурной нестабильностью магнитнойпроницаемости г., составит ЗО 0,26 0,3 б 0,49 О,бЗ 0,80 0,99 1,20 1,44цИспользуя таблицу, можно выбрать максимально допустимое значение отнощения 1/т, которое обеспечивает достаточную с.;абильность коэффициента экранирования Ки позволяет применять предлагаемое устройство при выделении искомых вариаций с интенсив О ностью, превосходящей 1 ь 1Устранение мешающей продольной компоненты вектора индукции магнитного поля в рабочей полости предлагае-. мого экрана не вызывает существенных 55 затруднений. Выше отмечено, что в осе вом направлении предлагаемое устройство по своим характеристикам близко к цилиндрическому экрану со сплошной экранирующей оболочкой. Построение цилиндрического экрана с продольным 6 О коэффициентом экранировани порядка 100 - задача легко решаемая. Именно такой коэффициент экранирования в направлении оси должен иметь рассмат риваемый экран для эффективного подавЛеваячасть(81х 100,07 0,12 0,18 В результате в рабочей полости экрана возникает вариация В индукцгги, например горизонтальной компоненты магнитного поля, обусловленная неконтролируемым изменением аК коэфйициента экранирования при В=содя Потребуем, чтобы отношение йВ/В оставалось меньше минимальной относительной интенсивности 1 гг 1 искомых вариаций вектора индукции магнитного .пол. В этом случае из выражений (4 1 в (7 1 получим соотношение, связывающее поперечные размеры ферромагнитных стержней и прокладок, проницаемость материала стержней, размеры экранируюшей оболочки и величину 1 ггпу Результаты табулирования левой части неравенства (81 для экрана с воздушными прокладками и стержнями из материала 79 НЗМ с и =5 10+з и температурным коэффициентом проницае-т мости 0,25/град при Р/В =2 19 и перепаде температур, который вызывает изменение ЬК 1, равном 10 С, приведены в таблице,ления продольной компоненты магнитного поля.Измерение суммарного вектора индук" ции магнитного поля в полости экрана производят с помощью модульного квантового магнитометра. Известно, что такие магнитометры неудовлетворительно работают в неоднородных полях. Поэтому необходимо наложить ограничение на соотношение шага 1+7 магнитной экранируюшей решетки (экранирующей оболочки ) и радиуса экрана 1 ф г сс й . В этом случае градиент вектора индукции магнитного поля в точке рабочей полости, удаленной на расстояние, например 2(+ т) от экранирующей оболочки, уменьшается до 4 10от значения этого градиента вблизи оболочки. Подобная неоднородность поля не сказывается на работе квантового магнитометра.Соотношение плошадей поперечных сечений рабочей полости экрана в егоцентральной части и у концов получе.но в результате моделирования экрана.таким образом, предлагаемый магнитный экран характеризуется резко выраженной анизотропией экранируюших свойств, что позволяет расширить об ласть применения подобных устройств при измерении вариаций компонент вектора индукции магнитного поля. Предлагаемый экран может эффективноиспользоваться в магнитометрическихсистемах, предназначенных для измерения, например, горизонтальной состав"дяющей вектора индукции поля Земли.Мешающая вертикальная компонентаполностью подавляется устройством и,практически не влияет на результатынаблюдений.2 илиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная аказ 6092/37 Тираж 5 ВНИИПИ Государст по делам изобр 113035 Москва, 7( венног етений 35,. Ра Подписиомитета СССРоткрытийкая наб с д. 4/