RU1810852C - Устройство дл измерени параметров слабых магнитных полей - Google Patents

Abstract

Применение: измерительна  техника, может быть использовано в области геофизики , геологоразведки, навигации. Устройство содержит объектив 1, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 2, электронную пушку 3. экран 4, блок регистрации 5, соленоид 6. блок управлени  током соленоида 7. цифро- аналоговый преобразователь 8, вычислительное устройство 11, блок измерени  размеров и перемещени  светового п тна 9, матрицу фотодатчиков 10. Устройство использует измерение отклонени  электрон- ного потока (ЭП) от оси ЭЛТ при воздействии на ЭП двух однородных магнитных полей, регулируемого пол  с известными параметрами и измер емого. 2 ил.

Description

Фиг.1

Изобретение относитс  к измерительной технике, может быть использовано в области геофизики, геологоразведки, навигации и основано на принципе регистрации смещени  электронного потока(ЭП) магнитным полем.

Целью изобретени   вл етс  повышение достоверности измерений параметров слабого магнитного пол  независимо от его ориентации в пространстве.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства; на фиг,2 - схема отклонени  ЭП от оси симметрии трубки.

Устройство содержит объектив 1, оптическа  ось которого совпадает с осью симметрии электронно-лучевой трубки 2, имеющей электронную пушку 3 и экран 4, покрытый люминофором, блок регистрации

5. соленоид 6, блок управлени  током соленоида 7, выход которого подключен к обмотке соленоида и ко входу цифроаналогового преобразовател  8, блок измерени  размеров и перемещений светового п тна 9, входна  матрица 10 которого ориентирована в сторону светового потока от объектива 1, а также вычислительное устройство 11, первый вход которого подключен к выходу блока измерений размеров и перемещений светового п тна 9, второй вход - к выходу цифроаналогового преобразовател  8, а выход - к бло.ку регистрации 5, причем электронно-лучева  трубка 2 размещена в соленоиде 6 таким образом, однородное магнитное поле, создаваемое соленоидом

6. совпадает с осью симметрии трубки 2 и направлено от электронной пушки 3 к люминесцентному экрану 4.

Блок измерени  размеров и перемещени  9 светового п тна выполнен на основе матричного фотоприбора с переносом зар да и расположен за объективом 1 так, что изображение светового п тна на экране 4 ЭЛТ 2 проецируетс  на матрицу фотодатчиков (входную матрицу 10) прибора с переносом зар да. Вычислительное устройство (ВУ) 11 может быть реализовано любой мик- роЭВМ, в этом случае входы и выход ВУ организуютс  при помощи интерфейса (на фиг.1 не показан).

С вычислительного устройства 11 информаци  о размерах светового п тна, о значении и пространственной ориентации измер емого пол  выводитс  на блок регистрации , в качестве которого может быть использован, например, монитор.

Блок управлени  током соленоида 7 может быть реализован стабилизированным источником напр жени  с регулируемым выходным напр жением и с мощностью,

обеспечивающей получение необходимою пол  соленоида 6.

Устройство (фиг.1) функционирует следующим образом

Электронный поток, созданный электронной пушкой 3, высвечивает на экране А ЭЛТ 2 световое п тно (СП). Положение центра п тна и его размеры завис т, в частности , от величины пол  соленоида б Вс и от

величины и направлени  измер емого пол 

Ви (фиг.2). Оптическое изображение СП с экрана 4 ЭЛТ 2 проецируетс  с помощью объектива 1 на матрицу фотодатчиков 10 прибора с переносом зар да блока измерени  размеров и перемещени  светового п тна 9, преобразующего оптическое изображение в электрический цифровой сигнал , несущий информацию о размерах СП и координатах (X и У) его центра. Этот сигнал

через интерфейс поступает на ВУ 11. Также на ВУ 11 поступает цифровой сигнал с выхода цифроаналогового преобразовател  8, несущий информацию о значении напр жени  на выходе блока 7, а следовательно при

известных параметрах соленоида и о значении пол  Вс, созданного соленоидом 6. По сним процесс измерений. При Ви 0 поле соленоида при помощи блока 7 устанавливаетс  такой величины,

что центр СП находитс  в центре экрана 4 и СП имеет минимальную площадь (фокусировка ЭП продольным магнитным полем).

При включении Ви 0 на ЭП вез- действовать суммарное поле В0 Ви + Вс,

значение которого уже не равно фокусирующему . СП фокусируетс  путем изменени  пол  соленоида 6 при помощи блока 7 так, что значение В0 равно значению фокусирующего магнитного пол . После фокусировки

центр СП лежит на продолжении вектора Во, (направление И), а его положение на экране 4 определ ет ориентацию этого вектора в системе координат, св занной с осью симметрии ЭЛТ 2 (фиг.2).

Поместим ЭЛТ 2 в сферическую систему координат, полюс которой совпадает с точкой 0. направл юща  - с осью Z, полуплокость нулевого меридиана - с плоскостью XOZ.

Пусть Ви ориентирован произвольно по отношению к Вс (оси ЭЛТ). Определим значение Ви и его ориентацию в заданной системе координат. Значение векторной суммы В0 определ етс  выражением:

Во В + 2 Вс Ви cos a t- В, где а угол между Ви и осью ЭПТ;

(1)

а угол «1 между В0 и осью ЭЛТ - выражением

Решением системы  вл ютс  уравнени 

«1 - arctg ---

Ви sin a

Вс + Ви cos «

Значение фокусирующего пол  Вф дл  направлени  И, если угол расходимости ЭП мал (параксиальные электроны) определ етс  формулой:

2 Уц H

где И - рассто ние, пройденное электронами ЭП в фокусирующем магнитном поле до экрана 4;

Vi-i - скорость электронов в направлении It;

ij - отношение зар да электрона к его массе

Из фиг.2 видно, что

VH Vcos a,

COS«1 т

li

где V - скорость электронов после ускорени  в электронной пушке;

I - рассто ние от электронной пушки до экрана.

Выполним условие фокусировки (В0 «Вф).

Тогда из (3). с учетом (4) и (5), следует, что

В0

2лМ i/l

Так как И2 г2 + I2, где г - линейное смещение центра СП от центра экрана (точка Oi), то

В0

27TV

/(/ -Н2) Как видно из фиг.2,

а 1 arctg --.

Из (2) и (8) следует, что г sin a I вГ-ГВи cos a

Составим из уравнений (1), (7) и (9) систему и решим ее стшг.игпльно Ви и О..

Вц :

/rA VJLrJJkgJ

й /(г -н2)

V7+|2

-f +

+ г Be2} ° 5

(Ю)

10

«1,2 arcsln x

г I Bc±r/Bg(r2+l2)-r2Bi

Ви(г2-Н2)

-.(11)

15 Момент фокусировки СП при изменении Вс при помощи блока 7 определ етс  по минимальному размеру СП (информаци  на экране монитора).

Значение Вс рассчитываетс  в ВУ 11

20 при известном напр жении блока 7. вводимом в ВУ 11 с выхода аналого-цифрового преобразовател  8. и при известных параметрах соленоида.

Линейное смещение г определ етс  в

25 ВУ 11, как г Vjr-fy2 а угол фмежду полуплоскостью нулевого меридиана и направлением линейного смещени , как

30

(р arctg

JL

(12)

при этом за начало координат принимаетс  точка Or.

На экран монитора при минимальном

35 размере СП (момент фокусировки) вывод тс  значени  Ви, рассчитанные в ВУ 11 по алгоритму, определ ющему вычислени  по формулам (10), (11) и (12),

Как показывает расчет, при I 0,3 м, V

40 3,2 107м/с, а 1°, Ви 1 э, поле соленоида Вс равно 37,68 э, г 110 мкм, а по результатам эксперимента скорость изменени  диаметра СП при возрастании или уменьшении значени  магнитного пол  от

45 значени  фокусирующего составл ет 300 мкм/э.

Такие перемещени  СП и изменени  его площади, св занные с возрастанием диаметра , легко могут быть зарегистрированы

50 блоком 9, Повышение чувствительности и точности устройства при измерении углов а, значени  Ви возможно путем повышени  длины I и.уменьшени  размеров светового п тна.

55Положительный эффект предложенного устройства дл  измерени  параметров слабых магнитных полей заключаетс  в следующем:

- повышаетс  достоверность измерений параметров слабых магнитных полей

независимо от их ориентации в пространстве;

- повышаетс  удобство эксплуатации устройства, обусловленное отсутствием необходимости предварительной его ориентации по отношению к силовым лини м измер емого магнитного пол , и в св зи с этим уменьшаетс  врем  измерени 

- уменьшаетс  погрешность измерени , что обусловлено применением в качестве измерител  размеров и перемещений матричного фотоприбора с переносом зар да .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  параметров слабых магнитных полей, содержащее объектив , оптическа  ось хртОр&го совпадает с осью симметрии элекгрЬнно-лучевой трубки , имеющей электронную пушку и экран, покрытый люминофором, а также блок регистрации , о т л и ч а ю щ е е о   тем, что, с

   целью повышени  достоверности измерений параметров магнитного пол  независимо от его пространственной ориентации, введены соленоид, блок управлени  током

   соленоида, выход которого подключен к обмотке соленоида и к входу цифроаналого- вого преобразовател , а также блок измерени  размеров и перемещений светового п тна, входна  матрица которого ориентирована в сторону светового потока от объектива, и вычислительное устройство, входы которого подключены соответственно к выходу блока измерени  размеров и перемещений светового п тна и выходу

   цифроаналогового преобразовател , а выход св зан с блоком регистрации, причем электронно-лучева  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.