RU2341810C1 - Vibration magnetic meter - Google Patents
Vibration magnetic meter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2341810C1 RU2341810C1 RU2007121809/28A RU2007121809A RU2341810C1 RU 2341810 C1 RU2341810 C1 RU 2341810C1 RU 2007121809/28 A RU2007121809/28 A RU 2007121809/28A RU 2007121809 A RU2007121809 A RU 2007121809A RU 2341810 C1 RU2341810 C1 RU 2341810C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- amplifier
- source
- vibration
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к магнитоизмерительной технике и может быть использовано при исследовании магнитных свойств веществ и материалов в следующих областях: физика магнитных явлений, геофизика.The invention relates to a magnetic measuring technique and can be used to study the magnetic properties of substances and materials in the following areas: physics of magnetic phenomena, geophysics.
Вибрационный магнитометр представляет собой прибор для определения магнитных свойств веществ и материалов. Принцип действия вибрационного магнитометра основан на индукционном методе измерения магнитных моментов.A vibration magnetometer is a device for determining the magnetic properties of substances and materials. The principle of operation of a vibration magnetometer is based on the induction method of measuring magnetic moments.
Величину э.д.с. в измерительных катушках магнитометра при достаточно малой амплитуде колебаний образца можно представить какThe magnitude of the emf in the measuring coils of the magnetometer with a sufficiently small amplitude of the oscillations of the sample can be represented as
E=M·A·f·G,E = M · A · f · G,
где М, A, f - магнитный момент, амплитуда и частота колебаний образца соответственно; G - коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрии измерительной схемы [Лаврухин A.M. Установка с вибрационным магнитометром для определения статических характеристик ферроматериалов. - Измерительная техника. - 1967. - №10. - С.53-57]. Нестабильность амплитуды А или (и) частоты f колебаний негативно влияет на результаты измерений магнитного момента М образца.where M, A, f - magnetic moment, amplitude and frequency of the sample, respectively; G is the coefficient of proportionality, depending on the geometry of the measuring circuit [Lavrukhin A.M. Installation with a vibrating magnetometer to determine the static characteristics of ferromaterials. - Measuring equipment. - 1967. - No. 10. - S.53-57]. The instability of the amplitude A or (s) of the oscillation frequency f negatively affects the measurement results of the magnetic moment M of the sample.
Известна конструкция вибрационного магнитометра [Foner S. Versatile and Sensitive Vibrating-Sample Magnetometer. - Rev. Sci. Instr. - 1959. - V.30. - No 7. - P.548-557], в которой для исключения влияния нестабильности частоты и амплитуды вибрации на результаты измерений применяется одна из разновидностей компенсационного метода - дифференциальный метод.A known design of a vibratory magnetometer [Foner S. Versatile and Sensitive Vibrating-Sample Magnetometer. - Rev. Sci. Instr. - 1959. - V.30. - No. 7. - P.548-557], in which one of the varieties of the compensation method, the differential method, is used to exclude the influence of instability of the frequency and amplitude of vibration on the measurement results.
Недостатками данной конструкции являются необходимость оснащения вибрационного магнитометра дополнительной парой катушек, идентичных измерительным катушкам, предназначенных для регистрации сигнала от эталонного образца, и электронными цепями, с помощью которых производится сравнение сигналов от исследуемого и эталонного образцов, а также необходимость всякий раз подбирать эталонный образец по размеру и форме, таким как у исследуемого образца. К тому же при реализации дифференциальной схемы оказывается затруднительным точно и устойчиво скомпенсировать по величине и фазе сигналы от исследуемого и эталонного образцов.The disadvantages of this design are the need to equip the vibrating magnetometer with an additional pair of coils, identical to the measuring coils designed to register the signal from the reference sample, and electronic circuits by which the signals from the test and reference samples are compared, and the need to select the reference sample every time and shape, such as the test sample. In addition, when implementing the differential circuit, it is difficult to accurately and stably compensate for the magnitude and phase of the signals from the test and reference samples.
Известна конструкция вибрационного магнитометра [Соколов В.И. Автокомпенсационный магнитометр со сверхпроводящим соленоидом. - ПТЭ. - 1971. - №5. - С.206-208], в которой для исключения влияния нестабильности частоты и амплитуды вибрации применяется другая разновидность компенсационного метода - метод токовой оболочки, именуемый также нулевым методом.A known design of a vibration magnetometer [Sokolov V.I. Self-compensating magnetometer with a superconducting solenoid. - PTE. - 1971. - No. 5. - S.206-208], in which to eliminate the influence of instability of the frequency and amplitude of vibration, another type of compensation method is used - the current sheath method, also called the zero method.
Недостатком этой конструкции является невозможность проведения измерений при высоких температурах из-за того, что компенсирующая катушка, охватывающая образец и вибрирующая вместе с ним, при нагреве выйдет из строя. Кроме того, в этом методе имеет место ограничение динамического диапазона магнитометра сверху, обусловленное тепловым действием тока в компенсирующей катушке.The disadvantage of this design is the inability to take measurements at high temperatures due to the fact that the compensating coil covering the sample and vibrating with it will fail when heated. In addition, in this method, there is a limitation of the dynamic range of the magnetometer from above, due to the thermal action of the current in the compensating coil.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является конструкция вибрационного магнитометра [Бажан А.Н., Боровик-Романов А.С., Крейнес Н.М. Магнитометр для определения величины и направления намагниченности в анизотропных кристаллах. - ПТЭ. - 1973. - №1. - С.213-216], в которой применяется прямой метод измерений, содержащая электродинамический вибратор, источник питания, шток с держателем образца, катушки контроля амплитуды вибрации, источник постоянного магнитного поля, нагреватель, источник намагничивающего поля, питаемый от регулируемого источника тока, измерительную систему, состоящую из измерительных катушек, усилителя и синхронного детектора, самописец и криостат.The closest technical solution to the claimed device is the design of a vibration magnetometer [Bazhan A.N., Borovik-Romanov A.S., Kreines N.M. Magnetometer for determining the magnitude and direction of magnetization in anisotropic crystals. - PTE. - 1973. - No. 1. - S.213-216], in which a direct measurement method is used, containing an electrodynamic vibrator, a power source, a rod with a sample holder, a vibration amplitude control coil, a constant magnetic field source, a heater, a magnetizing field source, powered from an adjustable current source, measuring a system consisting of measuring coils, an amplifier and a synchronous detector, a recorder and a cryostat.
Недостатком данного магнитометра является высокая погрешность измерений, основной причиной которой является нестабильность амплитуды вибрации образца вследствие изменения силы трения в подвижных частях магнитометра в ходе эксперимента, при смене образца и т.п. Более того, здесь в качестве источника питания вибратора использован генератор звуковых частот. Нестабильность частоты, равно как и амплитуды подобных генераторов составляет ~10-2, что также является источником дополнительной погрешности. Общая же относительная погрешность измерений магнитного момента может достигать значения ~10-1. Ее частично удается скорректировать, однако для этого при обработке результатов измерений необходимо производить учет сигнала с катушек контроля амплитуды вибрации.The disadvantage of this magnetometer is the high measurement error, the main reason for which is the instability of the vibration amplitude of the sample due to a change in the friction force in the moving parts of the magnetometer during the experiment, when changing the sample, etc. Moreover, here the sound frequency generator is used as a vibrator power source. The frequency instability, as well as the amplitudes of such generators is ~ 10 -2 , which is also a source of additional error. Overall, the relative measurement error of the magnetic moment can reach values of 10 ~ 1. It is partially possible to correct it, however, for this, when processing the measurement results, it is necessary to take into account the signal from the vibration amplitude control coils.
В предлагаемом вибрационном магнитометре используется прямой метод измерений. Магнитометр снабжен устройством стабилизации параметров вибрации штока с держателем образца, а именно стабилизируются амплитуда и частота механических колебаний. При этом стабильность частоты колебаний обеспечивается применением в составе источника питания вибратора высокостабильного генератора с кварцевой стабилизацией частоты и последующим ее делением, а стабилизация амплитуды колебаний происходит за счет электромеханической отрицательной обратной связи.The proposed vibratory magnetometer uses a direct measurement method. The magnetometer is equipped with a device for stabilizing the vibration parameters of the rod with the sample holder, namely, the amplitude and frequency of mechanical vibrations are stabilized. Moreover, the stability of the oscillation frequency is ensured by the use of a highly stable generator with quartz frequency stabilization and its subsequent division as part of the vibrator’s power source, and the oscillation amplitude is stabilized due to the electromechanical negative feedback.
Техническим результатом изобретения является повышение точности и снижение погрешности измерений на вибрационном магнитометре.The technical result of the invention is to increase the accuracy and reduce the measurement error on a vibration magnetometer.
Технический результат достигается тем, в вибрационном магнитометре, содержащем электродинамический вибратор с питающей катушкой, жестко соединенной штоком с держателем образца и источником постоянного магнитного поля, источник питания, катушки контроля амплитуды вибрации, источник намагничивающего поля, питаемый от первого регулируемого источника тока, нагреватель, питаемый от второго регулируемого источника тока, датчики магнитного поля и температуры, измерительную систему, состоящую из измерительных катушек, первого усилителя, синхронного детектора и первого фильтра нижних частот, регистрирующее устройство и термостат, причем измерительные катушки подсоединены к входу первого усилителя, выход которого подключен к первому входу синхронного детектора, подключенного выходом к входу первого фильтра нижних частот, входы регистрирующего устройства соединены с датчиками магнитного поля и температуры и с выходом первого фильтра нижних частот, катушки контроля амплитуды вибрации и источник постоянного магнитного поля размещены внутри электромагнитного экрана, новым является то, что в него введен электронный блок, содержащий второй усилитель, амплитудный детектор, второй фильтр нижних частот, интегратор, источник постоянного напряжения и формирователь импульсов, источник питания содержит кварцевый генератор, делитель частоты, преобразователь кода, цифроаналоговый преобразователь и третий усилитель, при этом выход кварцевого генератора подключен к входу делителя частоты, выходы которого подключены к входам преобразователя кода, подключенного выходами к цифровым входам цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к входу третьего усилителя, выход которого соединен с питающей катушкой, катушки контроля амплитуды вибрации подсоединены к входу второго усилителя, первый выход которого подключен к входу амплитудного детектора, подключенного выходом к входу второго фильтра нижних частот, выход которого подключен к первому входу частот, выход которого подключен к первому входу интегратора, второй вход интегратора подключен к выходу источника постоянного напряжения, выход интегратора подключен к входу опорного напряжения цифроаналогового преобразователя, второй выход второго усилителя подключен к входу формирователя импульсов, выход которого подключен ко второму входу синхронного детектора.The technical result is achieved by the fact that in a vibration magnetometer containing an electrodynamic vibrator with a supply coil, rigidly connected by a rod to the sample holder and a source of a constant magnetic field, a power source, a coil for controlling the amplitude of the vibration, a magnetizing field source, powered from the first adjustable current source, a heater, fed from a second adjustable current source, magnetic field and temperature sensors, a measuring system consisting of measuring coils, a first amplifier, with a synchronous detector and a first low-pass filter, a recording device and a thermostat, and the measuring coils are connected to the input of the first amplifier, the output of which is connected to the first input of the synchronous detector, connected to the input of the first low-pass filter, the inputs of the recording device are connected to magnetic field and temperature sensors and with the output of the first low-pass filter, coils for controlling the amplitude of vibration and a source of constant magnetic field are placed inside the electromagnetic screen, m is that an electronic unit is introduced into it, comprising a second amplifier, an amplitude detector, a second low-pass filter, an integrator, a constant voltage source and a pulse shaper, the power source contains a crystal oscillator, a frequency divider, a code converter, a digital-to-analog converter, and a third amplifier, the output of the crystal oscillator is connected to the input of the frequency divider, the outputs of which are connected to the inputs of the code converter connected by the outputs to the digital inputs of the digital-to-analog conversion A wiring device, the output of which is connected to the input of the third amplifier, the output of which is connected to the supply coil, the vibration amplitude control coils are connected to the input of the second amplifier, the first output of which is connected to the input of the amplitude detector connected to the input of the second low-pass filter, the output of which is connected to the first the frequency input, the output of which is connected to the first input of the integrator, the second input of the integrator is connected to the output of a constant voltage source, the output of the integrator is connected to the input of the reference voltage zheniya analog converter, a second output of the second amplifier is connected to the input of the pulse shaper, the output of which is connected to the second input of the synchronous detector.
На фиг.1 представлена функциональная схема вибрационного магнитометра; на фиг.2 представлена блок-схема устройства стабилизации параметров вибрации штока с держателем образца; на фиг.3 показан пример выполнения устройства стабилизации параметров вибрации штока с держателем образца.Figure 1 presents the functional diagram of a vibrating magnetometer; figure 2 presents a block diagram of a device for stabilizing the vibration parameters of a rod with a sample holder; figure 3 shows an example implementation of a device for stabilizing the vibration parameters of the rod with a sample holder.
Вибрационный магнитометр (фиг.1) содержит генератор механических колебаний электродинамического типа - вибратор 1 с питающей катушкой 2, источник 3 питания, шток 4, на котором жестко закреплены держатель 5 образца и источник 6 постоянного магнитного поля, катушки 7 контроля амплитуды вибрации, размещенные вместе с источником 6 постоянного магнитного поля внутри электромагнитного экрана 8, электронный блок 9, предназначенный для обработки сигнала с катушек 7 контроля амплитуды вибрации, источник 10 намагничивающего поля, питаемый от регулируемого источника 11 тока, датчик 12 магнитного поля, нагреватель 13, питаемый от регулируемого источника 14 тока, датчик 15 температуры, измерительную систему, состоящую из измерительных катушек 16, усилителя 17, синхронного детектора 18 и фильтра 19 нижних частот, регистрирующее устройство 20 и термостат 21.The vibrating magnetometer (Fig. 1) contains an electrodynamic type mechanical oscillation generator — a
Вибрационный магнитометр работает следующим образом. В предлагаемом техническом решении вибратор 1 изготовлен на основе магнитной системы от мощного электродинамика. Вибратор питается переменным током низкой частоты от источника 3, в котором предусмотрена возможность внешней регулировки уровня выходного напряжения. Переменный ток, проходя через питающую катушку 2 вибратора, взаимодействует с постоянным магнитным полем магнитной системы и создает электродинамическую силу, приводящую в колебания питающую катушку 2 и жестко скрепленный с ней шток 4 вместе с держателем 5 образца и источником 6 постоянного магнитного поля. Изменение амплитуды вибрации производится за счет изменения амплитуды переменного тока.Vibration magnetometer operates as follows. In the proposed technical solution, the
Шток 4 изготовлен из материала с очень низким коэффициентом линейного теплового расширения, например из кварцевого стекла. Источник 6 постоянного магнитного поля представляет собой небольшой постоянный магнит в форме кольца, а катушки 7 выполнены в виде катушек Гельмгольца.The
Источник 6 постоянного магнитного поля, колеблющийся синхронно с держателем 5 образца, индуцирует переменное электромагнитное поле, которое наводит электродвижущие силы (э.д.с.) в неподвижных катушках 7 контроля амплитуды вибрации. Сигнал обратной связи с катушек 7 поступает на электронный блок 9, где вырабатывается напряжение, которое подводится к источнику 3 питания вибратора и управляет величиной его выходного напряжения таким образом, чтобы поддерживать постоянным значение э.д.с. в катушках 7, а значит, и амплитуду вибрации.A constant
Источник 3 питания, вибратор 1 с питающей катушкой 2, источник 6 постоянного магнитного поля, катушки 7 контроля амплитуды вибрации и электронный блок 9, охваченные между собой соответствующими связями, собственно и представляют собой устройство стабилизации параметров вибрации штока с держателем образца (фиг.2).A
Благодаря тому что катушки 7 контроля амплитуды вибрации выполнены в виде катушек Гельмгольца, наводимая в них э.д.с. практически не зависит от незначительных аксиальных смещений равновесного положения источника 6 постоянного магнитного поля. А благодаря наличию электромагнитного экрана 8, выполненного, в частности, из пермаллоя, в катушках 7 контроля амплитуды вибрации нет наводок от поля питающей катушки 2 вибратора 1.Due to the fact that the
В качестве источника 10 намагничивающего поля используется лабораторный электромагнит. Измерение напряженности магнитного поля производится датчиком 12 магнитного поля, в качестве него используется датчик Холла.A laboratory electromagnet is used as the
Регулировка температуры образца, укрепленного в держателе 5, осуществляется с помощью нагревателя 13, выполненного в виде бифилярной обмотки. Измерение температуры производится датчиком 15 температуры на основе термопары. В целях тепловой развязки держатель с образцом, нагреватель и датчик температуры размещены внутри термостата 21.The temperature control of the sample, mounted in the holder 5, is carried out using the heater 13, made in the form of a bifilar winding. The temperature is measured by a
Измерение магнитного момента образца производится так. Две измерительные катушки 16 намотаны на диэлектрические каркасы, имеющие в сечении форму прямоугольника, и неподвижно зафиксированы относительно источника 10 намагничивающего поля. Плоскости их витков параллельны намагничивающему полю и перпендикулярны направлению вибрации. Обмотки катушек 16 соединены между собой встречно-последовательно. Осциллирующий магнитный момент диполя образца индуцирует переменное электромагнитное поле, которое наводит в измерительных катушках 16 э.д.с. противоположных знаков. Благодаря встречному включению катушек 16 наводимые в них сигналы от образца складываются, а сигналы от вариаций магнитного поля и внешние помехи компенсируются.The measurement of the magnetic moment of the sample is performed as follows. Two measuring coils 16 are wound on dielectric frames having a rectangular shape in cross section and are fixedly fixed relative to the
Полезный сигнал, наведенный в измерительных катушках 16, усиливается усилителем 17, затем выделяется синхронным детектором 18 и сглаживается с помощью фильтра 19 нижних частот. Опорный сигнал для синхронного детектора 18 вырабатывается электронным блоком 9 из сигнала с катушек 7 контроля амплитуды вибрации и имеет форму меандра.The useful signal induced in the measuring coils 16 is amplified by an amplifier 17, then extracted by a
Сигналы с датчика 12 магнитного поля, с датчика 15 температуры и с выхода измерительной системы магнитометра поступают на входы регистрирующего устройства 20. В качестве последнего задействован персональный компьютер, оснащенный контроллером. В программе автоматизации измерений предусмотрена запись значений измеряемых параметров на жесткий диск компьютера по ходу эксперимента и их графическое отображение на экране монитора.The signals from the sensor 12 of the magnetic field, from the
Частота вибрации в известных вибрационных магнитометрах находится в пределах 30-200 Гц. Снизу частота ограничена усилительными, избирательными и шумовыми параметрами измерительной системы, а сверху - необходимостью подводить к вибратору все большую мощность, с тем чтобы не снижалась амплитуда вибрации. Также частота вибрации должна быть разнесена с частотой электросети и ее гармониками, иначе неизбежно наличие сильных помех в измерительном тракте. В описываемом магнитометре частота вибрации составляет 36,62 Гц.The vibration frequency in known vibrational magnetometers is in the range of 30-200 Hz. Below, the frequency is limited by amplifying, selective, and noise parameters of the measuring system, and above, by the need to supply more and more power to the vibrator so that the amplitude of the vibration does not decrease. Also, the vibration frequency must be spaced with the frequency of the mains and its harmonics, otherwise the presence of strong interference in the measuring path is inevitable. In the described magnetometer, the vibration frequency is 36.62 Hz.
Известно, что собрать генератор переменного тока, имеющий высокую стабильность частоты, можно, используя кварцевый резонатор. Добротность кварца достигает 105-106, что на два-три порядка больше добротности контуров, выполненных на дискретных элементах - катушке индуктивности и конденсаторе. Кварцевые резонаторы имеют также высокую температурную стабильность и низкую долговременную нестабильность частоты (10-5-10-7). Однако частота кварцевых генераторов лежит, как правило, в диапазоне от нескольких десятков килогерц до нескольких десятков мегагерц. Поэтому для получения низкочастотных колебаний нужно произвести деление частоты кварцевого генератора.It is known that it is possible to assemble an alternator with high frequency stability using a quartz resonator. The quality factor of quartz reaches 10 5 -10 6 , which is two to three orders of magnitude higher than the quality factor of the circuits made on discrete elements - the inductor and capacitor. Quartz resonators also have high temperature stability and low long-term frequency instability (10 -5 -10 -7 ). However, the frequency of quartz oscillators lies, as a rule, in the range from several tens of kilohertz to several tens of megahertz. Therefore, to obtain low-frequency oscillations, it is necessary to divide the frequency of the crystal oscillator.
Рассмотрим блок-схему и работу устройства стабилизации параметров вибрации штока с держателем образца более подробно (фиг.2).Consider the block diagram and the operation of the device for stabilizing the vibration parameters of the rod with the sample holder in more detail (figure 2).
Источник 3 питания содержит кварцевый генератор 22, цифровой делитель 23 частоты, преобразователь 24 кода, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 25 и усилитель 26 мощности низкой частоты. Электронный блок 9 обработки сигнала с катушек 7 контроля амплитуды вибрации содержит усилитель 27, амплитудный детектор 28, фильтр 29 нижних частот, интегратор 30, источник 31 постоянного напряжения и формирователь 32 импульсов.The
Выход кварцевого генератора 22 подключен к входу цифрового делителя 23 частоты. Выходы делителя 23 частоты подключены к входам преобразователя 24 кода. Выходы преобразователя 24 кода подключены к цифровым входам ЦАП 25, выход которого подключен к входу усилителя 26 мощности низкой частоты. Выход усилителя 26 соединен с питающей катушкой 2 электродинамического вибратора 1. Вход усилителя 27 соединен с катушками 7 контроля амплитуды вибрации, а выход подключен к входу амплитудного детектора 28, выход которого подключен к входу фильтра 29 нижних частот. Первый вход интегратора 30 подключен к выходу фильтра 29 нижних частот, второй вход - к выходу источника 31 постоянного напряжения, а выход - к входу опорного напряжения ЦАП 25. Вход формирователя 32 импульсов подключен к выходу усилителя 27, а выход - к входу опорного сигнала синхронного детектора 18.The output of the
Цифровой кварцевый генератор 22 вырабатывает импульсы прямоугольной формы стабильной высокой частоты. Сигнал кварцевого генератора 22 поступает на делитель 23 частоты, на выходах которого формируется циклически изменяющийся многоразрядный параллельный двоичный код. С помощью преобразователя 24 кода на основе постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) входной код преобразуется в код для формирования дискретного синусоидального напряжения, который поступает на цифровые входы ЦАП 25. На выходе ЦАП 25 формируется дискретное синусоидальное напряжение стабильной низкой частоты, которое усиливается усилителем 26 мощности низкой частоты и подводится к питающей катушке 2 вибратора 1. Амплитуда напряжения на выходе ЦАП 25 зависит от величины напряжения, которое формируется в электронном блоке 9 и поступает на вход опорного напряжения ЦАП 25. Чем выше опорное напряжение, тем больше амплитуда выходного напряжения ЦАП 25.The
Стабилизация амплитуды вибрации обеспечивается благодаря отрицательной обратной связи. Сигнал обратной связи - э.д.с., наведенная в катушках 7 при колебаниях источника 6 постоянного магнитного поля, который жестко закреплен на штоке 4, - усиливается усилителем 27, затем выпрямляется амплитудным детектором 28 и сглаживается фильтром 29 низких частот. Отфильтрованное выпрямленное напряжение подается на первый вход интегратора 30. На второй его вход подается постоянное напряжение от источника 31, величиной этого напряжения как раз задается значение амплитуды вибрации. С выхода интегратора 30 напряжение поступает на вход опорного напряжения ЦАП 25.Stabilization of the amplitude of the vibration is ensured thanks to the negative feedback. The feedback signal - the emf induced in the
Если амплитуда вибрации источника 6 постоянного магнитного поля становится отличной от заданной напряжением от источника 31, то, как результат, меняется величина напряжения обратной связи. Это приводит к разбалансу входных напряжений интегратора 30, вследствие чего напряжение на его выходе начинает изменяться. Будучи подведенным к входу опорного напряжения ЦАП 25, оно управляет амплитудой синусоидального напряжения на выходе ЦАП 25 и, далее, амплитудой напряжения, подводимого к питающей катушке 2 вибратора 1, производя тем самым коррекцию амплитуды механических колебаний. Тенденция изменения напряжения на выходе интегратора 30 зависит от соотношения между напряжениями на его входах. Если, например, величина напряжения, поступающего с фильтра 29, меньше по абсолютной величине, чем величина напряжения от источника 31, то напряжение на выходе интегратора 30 изменяется в сторону увеличения, и наоборот. Этот процесс происходит до тех пор, пока не будет устранен разбаланс напряжений на входах интегратора 30, что соответствует равенству амплитуды вибрации заданному значению. Так амплитуда колебаний штока с держателем образца поддерживается постоянной.If the amplitude of the vibration of the
Пример выполнения устройства стабилизации параметров вибрации штока с держателем образца приведен на фиг.3. Узлы устройства выполнены на базе современных аналоговых и цифровых интегральных схем.An example of a device for stabilizing the vibration parameters of a rod with a sample holder is shown in Fig.3. The nodes of the device are made on the basis of modern analog and digital integrated circuits.
Кварцевый генератор 22 собран на логических элементах НЕ 33 и 34, входящих в состав микросхемы типа КР1533ЛН1. Частота генератора стабилизирована кварцевым резонатором 35 типа РК 170ББ-7ДУ-2100К и равна 2,1 МГц. Нестабильность частоты не превышает 10-5 в интервале температур 20-40°С.The
Делитель 23 частоты имеет два каскада, он собран на счетчиках 36 и 37, в качестве которых использовались микросхемы типов К555ИЕ2 и К561ИЕ16 соответственно. Первый каскад представляет собой четырехразрядный десятичный асинхронный счетчик 36, на котором реализован делитель частоты на 7. Выходной сигнал кварцевого генератора 22 поступает на вход С0 счетчика 36, на его выходе Q3 частота сигнала составляет 300 кГц. Второй каскад деления частоты выполнен на 14-разрядном асинхронном счетчике 37, дающем на своих выходах Q0-Q13 16384 двоичных отсчетов. При каждом отрицательном перепаде тактового импульса на входе С содержимое счетчика 37 увеличивается на единицу. После переполнения счетчика 37 счет начинается от нуля, то есть счетчик работает циклически. Выходными сигналами делителя 23 частоты являются меандры, сформированные на выходах Q5-Q12 счетчика 37. Частота сигнала на выходе Q5 составляет 4,6875 кГц, на каждом последующем выходе частота меандра вдвое ниже, нежели на предыдущем, частота сигнала на выходе Q12 составляет 36,62 Гц.The
Сформированный таким образом восьмиразрядный двоичный код поступает на входы преобразователя 24 кода на основе интегральной схемы ПЗУ КР573РФ5. ПЗУ преобразует параллельный двоичный код на адресных входах А0-А7 в 8-разрядный код для формирования дискретного синусоидального напряжения на выходах D0-D7. Это достигается с помощью соответствующей прошивки ПЗУ. В ячейки памяти интегральной схемы ПЗУ КР573РФ5 с адресами $00-$FF записаны значения цифрового кода, соответствующие одному периоду функции SIN. Диапазон значений цифрового кода составляет также $00-$FF, что дает возможность с помощью ЦАП получить дискретное синусоидальное напряжение, имеющее 256 градаций уровня.The eight-bit binary code thus formed is fed to the inputs of the
ЦАП 25 собран на интегральной схеме ЦАП 38 и двух операционных усилителях (ОУ) 39, 40, в качестве которых использовались микросхема типа КР572ПА1 и две микросхемы типа КР140УД17А соответственно. Интегральная схема ЦАП 38 включена в режиме четырехквадрантного перемножения. Десятиразрядный прямой параллельный двоичный код на ее цифровых входах D0-D9 преобразуется в напряжение на выходе ОУ 40. Это напряжение пропорционально как значению управляющего кода, так и величине опорного напряжения на входе UR интегральной схемы ЦАП 38. Синусоидальное напряжение на выходе ЦАП 25 двуполярное, его частота равна 36,62 Гц, а его амплитуда изменяется в зависимости от величины опорного напряжения.
Усилитель 26 мощности низкой частоты изготовлен на основе ОУ 41 и транзисторов 42-45. Управление транзисторами 42, 43 осуществляется по цепям питания ОУ, RC-цепочки предотвращают самовозбуждение усилителя. Выход усилителя 26 нагружен питающей катушкой 2, имеющей сопротивление 4 Ом. В качестве ОУ 41 использовалась микросхема типа КР140УД608, в качестве транзисторов 42-45 использовались транзисторы типов КТ814В, КТ815В, КТ818В и КТ819В соответственно.The low
Усилитель 27 собран на основе ОУ 46 по схеме инвертирующего усилителя, его коэффициент усиления равен 40. Амплитудный детектор 28 собран на основе ОУ 47, 48 и диодов 49, 50 по схеме двухполупериодного выпрямителя с суммированием токов. Здесь же происходит предварительное сглаживание пульсаций фильтром нижних частот первого порядка с частотой среза 25 Гц на ОУ 48. Фильтр 29 собран на основе ОУ 51 по схеме фильтра нижних частот с нулевым смещением. Частота полюса фильтра 29-6 Гц, достоинством схемы фильтра является то, что ОУ полностью развязан по постоянному току с трактом обрабатываемого сигнала и не вносит в него дополнительное смещение.The
Интегратор 30 собран на основе ОУ 52 по суммирующей схеме: на инвертирующий вход ОУ 52 подаются два разнополярных напряжения - прошедший обработку сигнал с катушек 7 контроля амплитуды вибрации и напряжение с источника 31 постоянного напряжения. Выход интегратора 30 подключен к входу опорного напряжения UR интегральной схемы ЦАП 38. Источник 31 собран на основе прецизионного стабилитрона 53. Подстроенным резистором 54 производится регулировка амплитуды вибрации штока 4. Формирователь 32 импульсов выполнен на ОУ 55. На его выходе сигнал имеет форму меандра частотой 36,62 Гц.The
В качестве ОУ 46-48, 52, 55 использовались микросхемы типа КР140УД17А, в качестве ОУ 51 использовалась микросхема КР544УД1А, в качестве стабилитрона 53 использовался стабилитрон типа КС191Ф, в качестве диодов 49, 50 использовались диоды типа КД522Б, в качестве резистора 54 использовался резистор типа СП5-3В-1,0-4,7кОм±5%. В устройстве использованы также постоянные резисторы типа С2-10, конденсаторы типа К73-9. Питается электрическая схема устройства от трех источников стабилизированного напряжения: ±15 В и +5 В.We used microcircuits of the KR140UD17A type as the op amp 46-48, 52, 55, the KP544UD1A microcircuit as the
Электрическая схема настроена так, чтобы амплитуда вибрации штока с держателем образца составляла 0,5 мм, при этом общий ход штока равен соответственно 1 мм, относительная нестабильность амплитуды вибрации не превышает 10-4.The electrical circuit is configured so that the amplitude of the vibration of the rod with the sample holder is 0.5 mm, while the total stroke of the rod is 1 mm, respectively, the relative instability of the amplitude of the vibration does not exceed 10 -4 .
Таким образом, по сравнению с устройствами аналогичного назначения предлагаемое техническое решение обладает рядом достоинств:Thus, in comparison with devices of a similar purpose, the proposed technical solution has several advantages:
- в вибрационном магнитометре наличествует устройство стабилизации параметров вибрации штока с держателем образца;- in the vibration magnetometer there is a device for stabilizing the vibration parameters of the rod with the sample holder;
- относительная нестабильность частоты вибрации существенно снижена и составляет величину 10-5;- the relative instability of the vibration frequency is significantly reduced and amounts to 10 -5 ;
- относительная нестабильность амплитуды вибрации существенно снижена и составляет величину 10-4;- the relative instability of the amplitude of the vibration is significantly reduced and amounts to 10 -4 ;
- более высокая точность измерений магнитного момента образца;- higher accuracy of measurements of the magnetic moment of the sample;
- относительная погрешность измерений магнитного момента образца, обусловленная нестабильностью параметров вибрации, существенно снижена и составляет величину 10-4;- the relative measurement error of the magnetic moment of the sample due to the instability of the vibration parameters is significantly reduced and amounts to 10 -4 ;
- имеется возможность проведения магнитных измерений, как при криогенных, так и при высоких (~1000 К) температурах;- it is possible to carry out magnetic measurements both at cryogenic and at high (~ 1000 K) temperatures;
- нет необходимости производить учет сигнала с катушек контроля амплитуды вибрации при обработке результатов измерений для того, чтобы скорректировать ошибку показаний магнитометра, обусловленную дрейфом параметров вибрации.- there is no need to record the signal from the coils for controlling the amplitude of vibration when processing the measurement results in order to correct the error of the magnetometer readings due to the drift of the vibration parameters.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007121809/28A RU2341810C1 (en) | 2007-06-09 | 2007-06-09 | Vibration magnetic meter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007121809/28A RU2341810C1 (en) | 2007-06-09 | 2007-06-09 | Vibration magnetic meter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2341810C1 true RU2341810C1 (en) | 2008-12-20 |
Family
ID=40375293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007121809/28A RU2341810C1 (en) | 2007-06-09 | 2007-06-09 | Vibration magnetic meter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2341810C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2444743C2 (en) * | 2010-03-29 | 2012-03-10 | Государственное Учебно-Научное Учреждение Химический Факультет Московского Государственного Университета Имени М.В. Ломоносова | Vibration magnetometer |
-
2007
- 2007-06-09 RU RU2007121809/28A patent/RU2341810C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2444743C2 (en) * | 2010-03-29 | 2012-03-10 | Государственное Учебно-Научное Учреждение Химический Факультет Московского Государственного Университета Имени М.В. Ломоносова | Vibration magnetometer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Salvia et al. | Real-time temperature compensation of MEMS oscillators using an integrated micro-oven and a phase-locked loop | |
| US5130654A (en) | Magnetolelastic amorphous metal ribbon gradiometer | |
| US3712117A (en) | High precision wide dynamic range viscous loss measuring apparatus | |
| JP6885538B2 (en) | Magnetic field sensor | |
| Durdaut et al. | Modeling and analysis of noise sources for thin-film magnetoelectric sensors based on the delta-E effect | |
| US4005358A (en) | Magnetometer with out-of-phase correction | |
| Murata et al. | Fundamental mode orthogonal fluxgate magnetometer applicable for measurements of DC and low-frequency magnetic fields | |
| US3722262A (en) | Oscillating viscometer | |
| Yang et al. | Ultra-low noise and high bandwidth bipolar current driver for precise magnetic field control | |
| RU2643701C1 (en) | Electrostatic field intensity meter | |
| JP6823878B2 (en) | Fluxgate magnetic field sensor | |
| Li et al. | Offset suppression in a micromachined Lorentz force magnetic sensor by current chopping | |
| JP5069997B2 (en) | Geomagnetic sensor device | |
| RU2341810C1 (en) | Vibration magnetic meter | |
| Hurt et al. | Versatile SQUID susceptometer with multiple measurement modes | |
| Chen et al. | Dual-resonator MEMS magnetometer based on self-clocking sigma-delta modulation | |
| RU2357241C1 (en) | Device to measure magnetic viscosity of ferromagnetics | |
| RU2279689C2 (en) | Vibrating magnetometer | |
| CN116626274B (en) | Measurement method for axial distribution of electromechanical coupling coefficient of blood viscoelastic sensor | |
| Dash et al. | Fabrication of economical signal amplified vibrating sample magnetometer with spiral designed detector | |
| RU2771408C1 (en) | Control device for electromagnetic equipment for testing materials for fatigue | |
| US3525931A (en) | Radio frequency apparatus for measurement of plasma conductivity | |
| JP2001083223A (en) | Magnetometer | |
| US3504277A (en) | Vibration magnetometer for measuring the tangential component of a field on surfaces of ferromagnetic specimens utilizing a magnetostrictive autooscillator | |
| RU2359401C1 (en) | Self-contained generator of vibration gyroscope electromagnetic transducer and method for balancing of self-contained generator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090610 |