Вибрационный магнитометр

ОЗ ГОВЕ ГГКИХциАГистических 19) (1 Н РЕ СГ 1 УЬЛИК 33 12 51)5 С ф 1(1 ИЕ ИЗО ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ ДВТОРС ОСУДАРС ГВЕНЫЬ.1 И КОМИТЕТ О иОВРЕТЕНИЯМ И ОКРЫТИЧУПРИ ГКНТ СССР(71) Завод-ВТУЗ Красноярскогс политехнического института,57) Изобретение касается измерения магнитных величин и может быть ис 1,ол 1 зовамодля измерения функциональной зависимости намагниченности от напряженностивнешнего намагничивающего поля, Цельизобретения - повышение производи тел ьности магнитометра, Цель достигаешься тем ч го он снэбжен корректир; ющим звеном 16, стабилизатором 23 тока, элементом 25 уп равления, блоком 24 соглагования, параметрическим датчиком 17, детектором 13, выполненным синхронным, стержневыми ге,д иками 18, закрепленчых на одном основании 19, а также тем, что на одном серде нике размещены обмотка 20 возбуж,ения и приемная обмотка 21, а 1 а др,том - компенсациоччая сбмотка 22. Устройство также содержит алек )очагнит 1, источник 2 питания, датчик 3 поля, блок 4 измерения поля, полюсные наконечники 5, задающий генератор 6, усилитель / моц,нос и. вибоатор 8, стержень 9, образец 10, измерительные обмотки 11, усилитель 12, блок 14 регистрации. датчик 15 амплитуды. 2 ил.Изобретение относится к измерению магнитных величин, в частности к измерению статических магнитных характеристик образцов, намагниченных в разомкнутой магнитной цепи электромагнита, и может быть использовано для измерения функциональной зависимости намагниченности от напряженности внешнего намагничиваю- щего поля.Цель изобретения - повышение производительности магнитометра,На фиг. 1 представлена функциональная схема вибрационного магнитометра; на фиг. 2 - взаимное расположение его элементов,Вибрационнь,л магнитометр(фиг. 1) содержит электромагнит 1, источник 2 питания, датчик 3 поля, блок 4 измерения поля, полюсные наконеники 5, задающий генератор 6, усилитель 7 мощности, вибратор 3, стержень 9, образец 10, измерительные обмотки 11, усилитель 12, синхронный детектор 13, блок 14 регистрации. датчик 15 амплитуды, корректирующее звено 15, параметрический датчик 17, стержневые сердечники 18, основание 19 (фиг. 2), обмотку возбуждения 20, приемную обмотку 21, компенсационную обмотку 22, стабилизатор 23 тока, блок 24 согласования и блок 25 управления.Обмотки электромагнита 1 соединены с источником питания 2. В зазоре полюсных наконечников 5 установлен датчик 3 поля соединенный с блоком 4 измерения поля. Генератор 6 соединен с входом усилителя 7 мощности, нагрузкой которого является вибратор 8, На стержне 9 вибратора 8 укреплен образец 10, Измерительные обмотки 11 размещены в центральной части полюсных наконечников 5, соединены с усилителем 12синхронным детектором 13, который подключен к входу У блока 14 регистрации, к входу Х подключен блок 4 измерения поля. Датчик 15 амплитуды укреплен на стержне 9 вибратора 8, Выход датчика 15 соединен с цепью опорного напряжения и через корректирующее звено 16 с цепью отрицательной обратной связи усилителя мощности, Параметрический датчик 17 расположен в зазоре между обмотками электромагнита 1 под у, лом а к оси Х,параллельной их образующей(фиг, 2),Параметрический датчик 17 состоит из двух идентичных сгержневых ферромагнитных сердечников 18, укрепленных параллельно друг другу на основании 19. Один иэ сердечников имеет де обмотки, расположенные параллельно друг другу: обмотку 20 возбу- дения и приемную обмотку 21. Другой сердечник имеет компенсационную обмотку22, расположенную в одной плоскости с приемной. Обмотка 20 воэбуждения 1 фиг. 1) соединена с генератором 6 через стабилиэагор 23 тока. Приемная 21 и компенсацис"ная 22 обмотки соединены между собой встречно-последовательно и подключены,к входу блока 24 согласования, выход которого соед 1 лнен с блоком 25 управления, включенным в цепь управления коэффициентом усиления усилителя 12 10 Магнитометр работает следующим образом,В магнитометре энакопеременное квази- статическое поле, действующее на образец, создается электромагнитом 1 за счет пилообразного изменения тока в обмотках источником 2 питания, Величина этого поля измеряется датчиком 3 поля и блоком 4 измерения поля, обеспечивающим работу датчика и преобразование его выходного напряжения в форму, необходимую для блока 14 регистрации, Гармонические колебания образца 10 возбуждаются генератором 6 при подаче синусоидального напряжения 15 20 на вход усилителя 7 мощности, нагрузкой которого является вибратор 8, имеющий вибрирую ций стержень 9, на конце которого укреплен образец 10. При взаимодействии намагниченного образца 10 и внешнего знакопеременного поля происходит изменение его амплитуды колебаний: она то уменьшается, то увеличивается, Для стабилизации амплитуды колебаний образца 10 на вибрирующем стержне укреплен датчик 25 30 35 15 амплитуды, напряжение с которого подается в цепь отрицательной обратной связи усилителя 12 мощности через корректирующее звено 16, обеспечивающее необходимый запас устоичивости по амплитуде и 40 45 е 11 = М /1 о - 11 А 1 М 5055 где М - магнитный момент образца;ф ю - 11 - коэффициент потокосцепления образца - измерительные обмотки;Л - амплитуда;1 - частота колебаний образца;М - число витков в измерительных обмотках.При постоянных значениях А, 1, М, величина ЭДС на выходе измерительных обмоток 11 определяется произведением фазе системы стабилизации амплитуды колебаний образца, Вибрирующий образец 10 индуцирует ЭДС е 11 в измерительных обмотках 11, которая усиливается усилителем 12 с регулируемым коэффициентом усиления. Амплитуда е 11 пропорциональна магнитному потоку через х торцовое сечение;1626231 ет =фю -М При подаче ЭДС е 11 на вход усилителя12, на выходе его появляется переменноенапряжение О 12 = К 12ф 10 - 11М где К 12 - коэффициент усиления усилителя 12.Управление коэффициентом усиления необходимо для компенсации уменьшающегося коэффициента связи ф о - тт (образец - измерительные катушки) при насыщении полюсных наконечников 5, когда их проницаемость по переменной составляющей падает до нуля (эффект исчезновения полюсов), Для исключения влияния этого эффекта на величину намагниченности измерямого образца необходимо выполнение услов. я - чтобы произведение двух коэффициентов оставалось постоянным во всем интервале полей, действующих на образец: К 12ф 10 - 11 =. Сопвт . Изменение коэффициента усиления К гэ усилителя 12 производится в функции от поля Н 1. действующего в зазоре между обмотками электромагнита 1 и связанного фактором подобия с полем Н, создаваемым этими же обмотками в центре полюсных наконечников 5, в этом случае предыдущее условие записывается следующим образом: 35 Напряжение, пропорциональное закону управления коэффициентом усиления Кт 2, снимается с параметрического датчика 17, преобразуется блоком 24 согласования в форму, необходимую для работы блока 25 управления, и вводится в цепь регулировки коэффициента усиления усилителя 12. Параметрический датчик 17 - датчик активного типа, его обмотка 20 возбуждения питается от генератора 6 через стабилизатор 23 тока, обеспечивающий устойчивую работу датчика при изменении его полного сопротивления, вызванного изменением проницаемости сердечников 18. Приемная 21 и компенсационная 22 катушки включены встречно - последовательно, для подавления паразитной ЭДС, индуцируемой в приемной обмотке 21 при изменении поля Н. Напряжение приемной обмотки 21 зависит от коэффициента связи ф 20 - 21 (обмотка 20 возбуждения - приемная обмотка 21): К 12т 10 - 1 = соп вт .55 021 = ф 20 - 21О 20,К 12 ( Н 1 )ф 10 -(Н ).= сопвт,где О 20 - напряжение, подаваемое нэ обмог.ку 20;т 20 - 2-коэффициент взаимосвязиобмоток 20 и 21, зависящий от5 ф 20 - 21 = М 20 - 21 + 1 в где М 20-21 - коэффициент взаимоин дукции обмоток 20 и 21;10 ДВРщ = ур( ( В ) - проницаемод ь сеодсчни.ка 18, зависящая ог его магнитного сс 1 стояния,В ( Н) = 4 тт 1 + ( Н+ М в 4 л 1 ),где Л В - приращение индукции сердечника 18 от поля Л Н, создаваемоо обмоткой 20.20возбуждения;1 - намагниченность сердечника;М;в - размагничивающий Фактор сердечника 18,Размагничивающий Фактор М 1 в зави,ит зт угла а между направлением поля Н 1 и осью С сердечника (фиг,2).Изменяя угол а можно деформнгюватькривую индукции В от Ни ход проницлемости ив,а следовательно, и закон изменения коэфс, ициента 2 - 2 связи. При постоянном значении М 20-21 напряжение на:;ыходе приемной обмотки 21 будет О 21 = т 20 - 2) ( г 1 Н 1 )О 20 Положение датчика 17 в зазоре обмотокэлектромагнита 1 опоеделяется при настройке и тарировке магнитометра по эталонному образцу, перемещая и вращая его 40 в зазоре ме:кду обмотками электромагнита1 добиваются неизменного по амплитуде напряжения О 12 на выходе усилителя 12 в диапазоне полей насыщения эталонного образца вплоть до поля, соответствующего насыщению полюсных наконечников 5 электромагнита 1, в этом положении основание 19 датчик 17 фиксируют и оно остается неизменным при последующих измерениях, а закон изменения коэффициента ус ления 50 К 2,соответствует изменению потссцепления фаей -что приводит к выполнению у"ловия. Напряжение О 12, пропорциональное намагниченности образца, подается нэ вход синхронного детектора 13 (фиг. 1), в цепь опорного напряжения которого подается напряжение с датчика 15 амплитуды, совер 1626231шающего синхронные колебания вместе с образцом 10, это обуславливает жесткую синхронизацию двух напряжений:управляющего 012 и опорного - снимаемого с датчика 15, в результате исключается ошибка преобразования переменного напряжения в постоянное, как по величине, так и по знаку. Постоянное напряжение, пропорциональное намагниченности М образца, регулируется блоком 14 (ось У), с учетом развертки по полю (ось Х) получают кривую намагничивания и петлю гестериэиса измеряемого образца. Формула изобретения Вибрационный магнитометр, содержащий электромагнит, обмотки которого обьединены с источником питания, задающий генератор, последовательно соединенный через усиитель мощности, вибратор со стержнем, соединенным с входом датчика амплитуды, две измерительные обмотки, расположенные по обе стороны от стержня для крепления образца, соединенного с выходом датчика амплитуды между полюс- ными наконечниками электромагнита, измерительные обмотки, соединенные последовательно с усилителем, детектор, блок регистрации. датчик поля и блок измерения 5 10 15 20 25 30 поля, отличающийся тем,что,сцелью повышения производительности, он снабжен корректирующим звеном, стабилизатором тока, элементом управления, блоком согласования, параметрическим датчиком, выполненным в виде двух идентичных стержневых сердечников, закрепленных параллельно друг другу на одном основании, на одном сердечнике размещены обмотки возбуждения и приемная, а на другом - компенсационная обмотка, расположенная водной плоскости с приемной обмоткой первого сердечника, детектор выполнен синхронным, при этом обмотка возбуждения первого сердечника через стабилизатор тока соединена с выходом задающего генератора, приемная и компенсационная обмотки сердечников соединены последовательно встречно и подключены через последовательно соединенные блок согласования и элемент управления к второму входу усилителя, выход которого соединен с первым входом синхронного детектора, второй выход датчика амплитуды подключен соответственно через корректирующее звено к . второму входу усилителя мощности и через синхронный детектор к первому входу блока регистрации, второй вход которого соединен с выходом блока измерения поля. вход которого соединен с датчиком поля.1626231 77 юСоставитель Ф.Тарнопольскаяедактор Н.Яцола Техред М.Моргентал Коррек кма каз 278 Тираж 418 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул на, 1