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PERFECTIONNEMENTS AUX MAGNETOMETRESo
La présente invention,système Charles KAPLAN., est relative aux magnétomètres du genre de ceux qui sont utilisés pour la détermination par une seule mesure d'une composante quelconque d'un champ magnétique.
On connaît de tels magnétomètres qui contiennent un élément sensible au champ magnétique, et dans lesquels un champ magnétique oppo- sé est créé par un courant traversant un solénoïde qui entoure cet élément sensible, l'intensité du champ étant déterminée par la valeur du courant né- cessaire pour ramener au zéro de sa graduation le galvanomètre intercalé dans le circuit de l'élément sensible au champ magnétique
Un magnétomètre de ce genre est représenté schématiquement sur la fig. 1.
On voit sur cette figure un générateur 1 à courant alternatif qui alimente l'enroulement primaire d'un transformateur 2. 3a et 3b repré- sentent deux solénoïdes identiques, à l'intérieur desquels se trouvent res- pectivement les noyaux 9a et 9b en alliage ferromagnétique à grande perm éa- bilité initialeo Une extrémité de chacun de ces solénoldes est branchée à une borne extrême du secondaire du transformateur 2, tandis que les deux au- tres extrémités sont réunies en 10.
Entre la prise médiane 11 de l'enroule- ment secondaire du transformateur 2 et le point commun 10 des deux extrémi- tés des solénoïdes 3a et 3b, est branché un galvanomètre 4 à courant continu aux bornes duquel est connecté un condensateur 5 Autour des deux solénoï- des 3a, 3b est enroulé un troisième solénoïde 6 qui sera dénommé ci-après solénoïde de compensation, et qui est branché dans un circuit contenant une source à courant continu 7, un rhéostat de réglage 8, un inverseur 12 et un milliampèremètre 13
Lorsqu'aucun champ magnétique n'agit sur les noyaux 9a et 9b ces derniers se saturent symétriquement dans le temps, les courbes de mag- nétisation de chacun de ces noyaux étant décalées de 180 , de sorte qu'aucun courant ne traverse la branche 10-11.
Si un champ magnétique extérieur agit
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sur les noyaux 9a et 9b, la composante de ce champ suivant l'axe magnétique de ces noyaux, produit une dissymétrie dans la magnétisation des noyaux 9a et 9b, ce qui provoque le passage d'unn courant dans la branche 10-11. Ge courant, dont la composante alternative est éliminée par le condensateur 5 fait dévier le galvanomètre 4. L'opérateur fait passer un courant dans le solénoYde 6,de sens et de valeur tels que l'aiguille du galvanomètre 4 revienne au zéro de sa graduation. Le courant nécessaire dans le solénoïde 6 pour annuler le courant dans la branche 10-11, est mesuré par le milliam- pèremètre 13. Ce courant est proportionnel à la composante du champ sui- vant l'axe magnétique des noyaux 9a et 9b.
L'appareil 13 peut être gradué en gauss (ou en sous-multiple de gauss) , de sorte que la déviation de son aiguille indiquera directement la composante du champ suivant l'axe magné- tique des noyaux 9a et 9b.
Ce magnétomètre présente l'inconvénient d'exiger l'intervention de l'opérateur pour régler le courant dans le circuit du solénoïde 6, chaque fois que le champ magnétique détecté vient à varier.
La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient Elle est caractérisée par des moyens grâce auxquels le réglage du courant dans le solénoïde de compensation est effectué automatiquement par le courant de déséquilibre dû à la dissymétrie magnétique dans au moins un des. noyaux en alliage à grande perméabilité initiale.
A cet effet, l'invention prévoit de remplacer le galvanomètre 4 par tout dispositif de compensation automatique connu, tel que convertis- seur de mesure, potentiomètre automatique électrique ou non, amplificateur électronique ou non, etc..
Dans les exemples représentés, le dispositif de compensation automatique est un convertisseur de mesure dont le cadre mobile, dépourvu de couple antagoniste, du galvanomètre intercalé dans le circuit de l'élément sensible au champ magnétique est solidaire de l'élément variable d'un dispo- sitif qui permet d'obtenir un courant continu traversant le solénoïde 6, le sens et la valeur de ce courant se réglant automatiquement de façon à obte- nir une compensation des variations du champ magnétique dans 1'élément sensi- ble du magnétomètre.
Le solénoide 6 peut comporter plusieurs sections permettant ainsi de faire varier le calibre du magnétomètre.
Suivant une variante de l'invention, l'élément sensible au champ magnétique est entouré, en plus du solénoïde 6, d'un deuxième solénolde qui est branché aux bornes d'une source à courant continu dont l'intensité est réglable par l'opérateur ou par un dispositif automatique, ce qui permet de pouvoir tout d'abord, compenser le champ terrestre, ou le champ magnétique dont on veut ultérieurement déceler les variations.
Suivant une autre variante de l'invention, le circuit contenant la source à courant continu est branché en dérivation aux bornes du solénoï- de 6, de sorte que le courant total qui parcourt ce solénoïde compense à la fois le champ terrestre (ou le champ magnétique dont on veut déceler les variations) et les variations de ces champs magnétiques.
La variante susmentionnée peut comporter la modification suivante un circuit à shunt universel, branché en dérivation aux bornes du solénoïde 6, est inséré dans le dispositif de compensation automatique, de sorte que le courant issu de ce dispositif se partage entre le shunt et le solénoïde.
Suivant une autre variante, le solénoïde de compensation n'entoure qu'un seul des deux noyaux en alliage ferromagnétique à grande perméabilité initiale.
L'invention concerne aussi certains modes d'application des dites dispositions, en particulier l'application à la mesure de courant continu à forte intensité basée sur l'action du champ magnétique engendré par la bar- re parcourue par un tel courant.
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Les figs. 2, 3, 4, 5 et 6 ci-annexées, représentent à titre d'exemples non limitatifs, différentes formes de réalisation de l'invention.
La figo 7 représente le dispositif suivant l'invention quand il est appliqué à la mesure de courant continu à forte intensité.
La fig.8 est une variante de la fig . 7 dans laquelle l'élément sensible au champ magnétique est constitué par deux circuits magnétiques, entourant la barre parcourue par le courant continu à forte intensité.
Sur la figo 2, où. les nombres 1, 2, 3a, 3b, 5, 6, 10, 11, 13 ont la même signification que sur la fig. 1, 14 représente le cadre mobile dé- pourvu de couple antagoniste d'un galvanomètre et dont l'arbre 15 est soli- daire d'un élément variable 16 qui, dans l'exemple représenté, est un con- densateur. Le cadre mobile 14 est inséré dans le circuit 10-11 de la même fagon que le galvanomètre 4 de la fig. 1.
L'une des armatures 17 du con- densateur 16 est montée sur l'arbre 15. Ce condensateur comporte deux arma- tures fixes, dont l'une, 18, est reliée à un oscillateur 20 qui produit entre cette armature et la masse 22 une tension de haute fréquence, et dont l'autre, 19, est reliée à l'extrémité d'une impédance 21 dont l'autre extré- mité est reliée à la masse 22. On obtient ainsi aux bornes de l'impédance
21 une différence de potentiel qui est fonction de la position de l'armatu- re mobile 17, et par conséquent, fonction de la position du cadre mobile 14.
La tension aux bornes de l'impédance 21 est appliquée aux bornes d'entrée d'un amplif icateur-détecteur 23, de tout type connu.
La tension continue recueillie aux bornes de sortie de cet am- plificateur-détecteur est appliquée à un circuit comprenant le solénoïde
6 et le milliampèremètre 13 (gradué en gauss).
Lorsque le champ magnétique détecté vient à varier, le cadre mobile 14 dévie dans un sens ou dans l'autre, ce qui fait varier la capacité du condensateur 16, par suite de la déviation de l'armature 17, solidaire du cadre mobile 14. Il en résulte une variation de courant dans l'impédance 21 et par conséquent une variation de tension aux bornes de sortie de l'am- plificateur-détecteur 23. Cette variation de tension entraîne une variation de courant dans le solénoïde 6 de sens et de valeur tels que le flux magné- tique produit par ce solénoïde compense rigoureusement la variation de la composante du champ magnétique détecté. On obtient donc ainsi un réglage automatique du courant servant à la mesure du dit champ magnétique.
Dans la variante suivant fig 3, le dispositif représenté est le même que celui de la fig. 2, mais les solénoïdes 3a, 3b sont entourés, en outre, par un deuxième solénoïde 6' branché dans un circuit contenant une source à courant continu 31, un rhéostat 32, un inverseur 33 et un milliampèremètre 34.
L'intérêt de cette disposition est de pouvoir, tout d'abord, compenser la composante du champ terrestre suivant l'axe magnétique des noyaux 9a et 9b, ou du champ magnétique dont on veut ultérieurement déceler les variations. Dans l'exemple représenté, le courant dans le circuit du solénoïde 6' est réglé par l'opérateur en agissant sur le rhéostat 32 de fagon que l'aiguille du milliampèremètre 13 revienne au zéro de là gradua- tiono Dans ces conditions,l'aiguille du milliampèremètre 13 ne déviera que si le champ magnétique détecté vient à varier.
Cette disposition per- met d'accrottre dans de fort proportions, la sensibilité du magnétomètre
La valeur du champ total est obtenue à chaque instant en addition- nant les indications des deux milliampèremètres 34 et 13.
Dans la variante suivant la figo 4, le dispositif représenté re- pose sur le même principe que celui de la fig. 3, mais le circuit servant à compenser la composante du champ terrestre ou du champ magnétique dont on veut déceler les variations (circuit comprenant la source à courant continu 31, le rhéostat 32, l'inverseur 33 et le milliampèremètre 34) est branché en dérivation aux bornes du solénoïde 60 Cette disposition permet de sup- primer le deuxième solénoïde., indiqué en 6' sur la fig3.
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La fig. 5 représente une modification au mode de réalisation représenté sur la fig. 4.- Un shunt universel 101 à prises multiples et une résistance fixe 102 sont branchés en dérivation aux bornes du solénoï- de 60 Le shunt universel 101 est en outre inséré dans le circuit de sortie de l'amplificateur-détecteur 23 en série avec le milliampèremètre 13.
Dans la variante suivant la fig. 6,le solénoïde 6, qui sert à la compensation automatique .n'entoure que le noyau magnétique 9a. Le solénoïde 6' comporte deux enroulements 6'a et 6'b. De cette façon, on peut séparer les deux éléments sensibles et les placer éventuellement à une grande distance l'un de l'autre.
Les deux éléments sensibles sont placés d'abord dans le même champ et on règle le courant dans les enroulements 6'a et 6'b de façon à obtenir le passage au zéro du milliampèremètre 13 .
Le magnétomètre étant ainsi taré, on déplace l'élément sensible comportant le noyau 9a à une certaine distance. Si le champ est le même que précédemment, le milliampèremètre 13 reste au zéro, dans le cas- con- traire, il dévie et indique directement l'écart entre les deux champs.
Bien qu'on ait représenté quelques formes de réalisation de l'invention, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à ces formes particulières,, données simplement à titre d'exemples et sans aucun caractè- re restrictif, et que par conséquent toutes les variantes ayant même ob- jet que les dispositions susindiquées rentreraient-comme elles dans le cadre de l'invention.
En particulier, l'élément variable associé au cadre mobile du galvanomètre dépourvu de couple antagoniste (qui dans les exemples repré- sentés est l'armature mobile d'un condensateur) peut être l'enroulement mobile d'une bobine d'induction mutuelle placé dans le champ produit par l'enroulement fixe alimenté par du courant alternatif. Cet élément va- riable peut également être un miroir qui renvoie un faisceau lumineux sur une cellule photoélectrique, ou encore un dispositif bolométriqueo
La fig.7 représente schématiquement le dispositif de la fig.
2, appliqué à la mesure d'un courant continu à forte intensité circulant dans une barre
Sur cette figure où les mêmes nombres ont la même significa- tion que dans la fig 2, B représente une barre parcourue par un courant continu J à forte intensité. Ce courant continu produit, comme cela est connu, un champ magnétique H, dont les lignes de force sont des circonfé- rences ayant la barre B pour axe La valeur de ce champ est proportion- nelle au courant continu J, qui traverse la barre B et inversement propor- tionnelle à la distance du centre de la barre à l'élément sensible au champ magnétique.
La détermination du champ magnétique produit par le cou- rant J qui traverse la barre B permet donc d'obtenir facilement, si l'on connaît la distance du centre de la barre à l'élément sensible au champ magnétique, l'intensité du dit courant.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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MAGNETOMETER IMPROVEMENTSo
The present invention, Charles KAPLAN system, relates to magnetometers of the kind used for the determination by a single measurement of any component of a magnetic field.
Such magnetometers are known which contain an element sensitive to the magnetic field, and in which an opposite magnetic field is created by a current flowing through a solenoid which surrounds this sensitive element, the intensity of the field being determined by the value of the current born. - necessary to bring to zero of its graduation the galvanometer inserted in the circuit of the element sensitive to the magnetic field
A magnetometer of this kind is shown schematically in FIG. 1.
This figure shows an alternating current generator 1 which supplies the primary winding of a transformer 2. 3a and 3b represent two identical solenoids, inside which are respectively the cores 9a and 9b made of alloy. ferromagnetic with high initial permeabilityo One end of each of these solenoids is connected to an extreme terminal of the secondary of transformer 2, while the other two ends are joined at 10.
Between the middle tap 11 of the secondary winding of transformer 2 and the common point 10 of the two ends of the solenoids 3a and 3b, is connected a direct current galvanometer 4 to the terminals of which a capacitor 5 is connected around the two solenoids 3a, 3b is wound a third solenoid 6 which will be referred to hereinafter as compensation solenoid, and which is connected in a circuit containing a direct current source 7, an adjustment rheostat 8, an inverter 12 and a milliammeter 13
When no magnetic field acts on the cores 9a and 9b, the latter are saturated symmetrically over time, the magnetization curves of each of these cores being shifted by 180, so that no current crosses the branch 10 -11.
If an external magnetic field acts
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on the cores 9a and 9b, the component of this field along the magnetic axis of these cores, produces an asymmetry in the magnetization of the cores 9a and 9b, which causes the passage of a current in the branch 10-11. Ge current, the AC component of which is eliminated by capacitor 5, causes galvanometer 4 to deflect. The operator causes current to flow through solenoid 6, of direction and value such that the needle of galvanometer 4 returns to the zero of its graduation . The current necessary in the solenoid 6 to cancel the current in the branch 10-11 is measured by the milliammeter 13. This current is proportional to the component of the field along the magnetic axis of the cores 9a and 9b.
The apparatus 13 can be graduated in gauss (or in sub-multiple of gauss), so that the deviation of its needle will directly indicate the component of the field along the magnetic axis of the nuclei 9a and 9b.
This magnetometer has the drawback of requiring the intervention of the operator to adjust the current in the circuit of the solenoid 6, each time the detected magnetic field changes.
The object of the present invention is to remedy this drawback. It is characterized by means by which the adjustment of the current in the compensation solenoid is effected automatically by the unbalance current due to the magnetic dissymmetry in at least one of the. high initial permeability alloy cores.
To this end, the invention provides for replacing the galvanometer 4 by any known automatic compensation device, such as measurement converter, automatic electric potentiometer or not, electronic amplifier or not, etc.
In the examples shown, the automatic compensation device is a measurement converter whose mobile frame, devoid of antagonistic torque, of the galvanometer interposed in the circuit of the element sensitive to the magnetic field is integral with the variable element of a device. - positive which makes it possible to obtain a direct current passing through the solenoid 6, the direction and the value of this current being automatically adjusted so as to obtain a compensation for the variations of the magnetic field in the sensitive element of the magnetometer.
The solenoid 6 may have several sections thus making it possible to vary the caliber of the magnetometer.
According to a variant of the invention, the element sensitive to the magnetic field is surrounded, in addition to the solenoid 6, by a second solenoid which is connected to the terminals of a direct current source whose intensity is adjustable by the operator or by an automatic device, which makes it possible, first of all, to compensate for the terrestrial field, or the magnetic field whose variations we subsequently want to detect.
According to another variant of the invention, the circuit containing the direct current source is branched across the terminals of the solenoid 6, so that the total current flowing through this solenoid compensates both for the terrestrial field (or the field magnetic field whose variations we want to detect) and variations of these magnetic fields.
The aforementioned variant may include the following modification: a universal shunt circuit, connected in branch to the terminals of the solenoid 6, is inserted into the automatic compensation device, so that the current coming from this device is shared between the shunt and the solenoid.
According to another variant, the compensation solenoid surrounds only one of the two cores made of a ferromagnetic alloy with high initial permeability.
The invention also relates to certain modes of application of said arrangements, in particular the application to the measurement of direct current at high intensity based on the action of the magnetic field generated by the bar traversed by such a current.
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Figs. 2, 3, 4, 5 and 6 appended hereto represent, by way of nonlimiting examples, various embodiments of the invention.
Figo 7 shows the device according to the invention when it is applied to the measurement of direct current at high intensity.
Fig. 8 is a variant of fig. 7 in which the element sensitive to the magnetic field consists of two magnetic circuits, surrounding the bar through which the high intensity direct current flows.
In figo 2, where. the numbers 1, 2, 3a, 3b, 5, 6, 10, 11, 13 have the same meaning as in fig. 1, 14 shows the movable frame devoid of an antagonistic torque of a galvanometer and whose shaft 15 is integral with a variable element 16 which, in the example shown, is a capacitor. The movable frame 14 is inserted into the circuit 10-11 in the same way as the galvanometer 4 of FIG. 1.
One of the armatures 17 of the capacitor 16 is mounted on the shaft 15. This capacitor comprises two fixed armatures, one of which, 18, is connected to an oscillator 20 which produces between this armature and the mass 22. a high-frequency voltage, the other of which, 19, is connected to the end of an impedance 21, the other end of which is connected to ground 22. We thus obtain at the terminals of the impedance
21 a potential difference which is a function of the position of the mobile armature 17, and consequently, a function of the position of the mobile frame 14.
The voltage across the impedance 21 is applied to the input terminals of an amplifier-detector 23, of any known type.
The direct voltage collected at the output terminals of this amplifier-detector is applied to a circuit comprising the solenoid
6 and milli-ammeter 13 (graduated in gauss).
When the detected magnetic field changes, the movable frame 14 deflects in one direction or the other, which varies the capacitance of the capacitor 16, as a result of the deflection of the armature 17, integral with the movable frame 14. This results in a variation of current in the impedance 21 and consequently a variation in voltage at the output terminals of the amplifier-detector 23. This variation in voltage causes a variation in current in the solenoid 6 in direction and direction. values such that the magnetic flux produced by this solenoid rigorously compensates for the variation in the component of the magnetic field detected. An automatic adjustment of the current used for measuring said magnetic field is thus obtained.
In the variant according to FIG. 3, the device shown is the same as that of FIG. 2, but the solenoids 3a, 3b are surrounded, in addition, by a second solenoid 6 'connected in a circuit containing a direct current source 31, a rheostat 32, an inverter 33 and a milliammeter 34.
The advantage of this arrangement is to be able, first of all, to compensate for the component of the terrestrial field along the magnetic axis of the cores 9a and 9b, or of the magnetic field the variations of which one wishes to subsequently detect. In the example shown, the current in the circuit of the solenoid 6 'is adjusted by the operator by acting on the rheostat 32 so that the needle of the milli-ammeter 13 returns to zero from the graduation. Under these conditions, the Milliammeter needle 13 will only deflect if the detected magnetic field changes.
This arrangement enables the sensitivity of the magnetometer to be increased in high proportions.
The value of the total field is obtained at each instant by adding the indications of the two milli-ammeters 34 and 13.
In the variant according to FIG. 4, the device shown is based on the same principle as that of FIG. 3, but the circuit used to compensate for the component of the terrestrial field or of the magnetic field whose variations are to be detected (circuit comprising the direct current source 31, the rheostat 32, the inverter 33 and the milliamperemeter 34) is connected in bypass at the terminals of the solenoid 60 This arrangement makes it possible to remove the second solenoid, indicated at 6 'in fig3.
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Fig. 5 shows a modification to the embodiment shown in FIG. 4.- A universal shunt 101 with multiple taps and a fixed resistor 102 are branched across the terminals of the solenoid 60. The universal shunt 101 is furthermore inserted into the output circuit of the amplifier-detector 23 in series with the milliammeter 13.
In the variant according to FIG. 6, the solenoid 6, which is used for the automatic compensation. Only surrounds the magnetic core 9a. The solenoid 6 'has two windings 6'a and 6'b. In this way, we can separate the two sensitive elements and possibly place them at a great distance from each other.
The two sensitive elements are placed first in the same field and the current is adjusted in the windings 6'a and 6'b so as to obtain the zero crossing of the milliamperemeter 13.
The magnetometer being thus tared, the sensitive element comprising the core 9a is moved to a certain distance. If the field is the same as before, the milli-ammeter 13 remains at zero, otherwise it deviates and directly indicates the difference between the two fields.
Although some embodiments of the invention have been shown, it is obvious that we do not wish to be limited to these particular forms, given simply by way of example and without any restrictive character, and that by Consequently, all the variants having the same object that the above-mentioned arrangements would come within the scope of the invention as they do.
In particular, the variable element associated with the movable frame of the galvanometer devoid of antagonistic torque (which in the examples shown is the movable armature of a capacitor) can be the movable winding of a mutual induction coil placed in the field produced by the fixed winding supplied with alternating current. This variable element can also be a mirror which reflects a light beam onto a photoelectric cell, or even a bolometric device.
FIG. 7 schematically represents the device of FIG.
2, applied to the measurement of a high current direct current flowing in a bar
In this figure where the same numbers have the same meaning as in FIG. 2, B represents a bar traversed by a direct current J at high intensity. This direct current produces, as is known, a magnetic field H, whose lines of force are circumferences having the bar B for axis The value of this field is proportional to the direct current J, which crosses the bar B and inversely proportional to the distance from the center of the bar to the element sensitive to the magnetic field.
Determining the magnetic field produced by current J which passes through bar B therefore makes it possible to easily obtain, if we know the distance from the center of the bar to the element sensitive to the magnetic field, the intensity of said current.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.