SU798654A1 - Apparatus for determining magnetic properies of substances - Google Patents

Apparatus for determining magnetic properies of substances Download PDF

Info

Publication number
SU798654A1
SU798654A1 SU792751662A SU2751662A SU798654A1 SU 798654 A1 SU798654 A1 SU 798654A1 SU 792751662 A SU792751662 A SU 792751662A SU 2751662 A SU2751662 A SU 2751662A SU 798654 A1 SU798654 A1 SU 798654A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
magnet
magnets
measuring
astasizing
negative feedback
Prior art date
Application number
SU792751662A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Феликсович Кротевич
Валерий Германович Сергеев
Original Assignee
Предприятие П/Я В-2518
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Предприятие П/Я В-2518 filed Critical Предприятие П/Я В-2518
Priority to SU792751662A priority Critical patent/SU798654A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU798654A1 publication Critical patent/SU798654A1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Description

Изобретение относитс  к средствам измерени  магнитных величин и может быть использовано дл  определени  намагниченности и магнитной восприимчивости слабомагнитных веществ , материалов и горных пород в услови х научной или заводской лаборатории .The invention relates to the measurement of magnetic quantities and can be used to determine the magnetization and magnetic susceptibility of weakly magnetic substances, materials and rocks under the conditions of a scientific or factory laboratory.

Известны магнитометры, которые служат дл  определени  намагниченности и магнитной восприимчивости срабомагнитных веществ, содержащие первичный преобразователь, который выполнен в виде стрежн , подвешенного на крутильной нити и св занного с ним измерительного и одного - двух астазиругощих магнитов, разнесенных на некоторое рассто ние вдоль стержн  и ориентированных параллельновстречно , и снабжены вторичными фотоэлектрическими преобразовател ми, схвачены отрицательной обратной св зью (сое) по магнитному полю. Характерным элементом цепи ООС  вл етс  катушка типа колец Гольмгольца, полностью охватывающа  либо измерительный , либо астазирующий магнит.Magnetometers are known, which serve to determine the magnetization and magnetic susceptibility of non-magnetic substances containing a primary transducer, which is made in the form of strings, suspended on a torsion thread and associated with it measuring and one or two astasic magnets spaced apart for some distance along the rod and oriented parallel to the common paths, and supplied with secondary photoelectric converters, captured by a negative feedback (soy) over a magnetic field. A characteristic element of the OOS circuit is a Holmholtz type coil, completely covering either a measuring or an astazing magnet.

Первичный преобразователь, состо щий из разнесенных по вертикали и ориентированных встречно двух одинаковых магнитов, не реагирует на внешнее или переменное, магнитное поле при условии его однородности. Измер емый образец, располагаемый на линии , проход щей через центры магнитов , ближе к одному из них, называемому измерительным, и отклон ет последний на некоторый угол. Фотоэлектрический преобразователь с двум  A primary transducer consisting of two identical magnets spaced apart vertically and oriented in opposite directions does not react to an external or alternating magnetic field, provided it is homogeneous. The sample to be measured, located on the line passing through the centers of the magnets, is closer to one of them, called the measuring one, and deflects the latter by some angle. Photoelectric converter with two

0 дифференциально включенными фотоэлементами на входе преобразует угловую величину в электрическое напр жение, которое  вл етс  мерой измер емого параметра: намагниченности или вос5 приимчивости - в зависимости от того , по какому параметру откалиброван прибор. С выхода вторичного преобразовател  напр жение поступает также в катушку ООС типа колец Гольм0 гольца, после которой компенсирует первоначальное угловое отклонение магнита 1 .0 differential input cells at the input converts the angular magnitude into electrical voltage, which is a measure of the measured parameter: magnetization or susceptibility, depending on what parameter the instrument is calibrated. From the output of the secondary transducer, the voltage also enters the holm0 coil of the hollow ring type OZ, after which it compensates the initial angular deviation of the magnet 1.

Облада  сравнительно- высоки1ли Have a relatively high

5 метрологичнскими характеристик 1ми и простотой, известные астатич(ские магнитометры не лишены спрьезных недостатков , главным из которых  вл етс  низка  точность измерений в ус0 лови х неоднородного внешнего пол .5 metrological characteristics of 1 mi and simplicity, known astatic (magnetometers are not without serious drawbacks, the main of which is the low accuracy of measurements under conditions of a non-uniform external field.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений.The aim of the invention is to improve the measurement accuracy.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройстве, содержащем первичный преобразователь в виде жестко св занных и подвешенных на раст жках измерительного и астазирующего магнитов , вторичный фотоэлектрический преобразователь, обмотки отрицательной обратной св зи и предметный столик дл  измер емого образца, измерительный и астазирующий магниты выбраны различными по соотношению их длин и поперечных сечений, совмещены центрами т жести и ос ми намагниченности и установлены вблизи двух обмоток последовательно-встречно, включенных в цепь отрицательной обратной св зи, оси которых ориентированы в направлении в.озможного перемещени  полюсов одного из магнитов,а также тем, что астазирующий магнит выполнен в виде двух, симметрично расположенных относительно измерительного магнита и св занньох с ним с возможностью взаимного осевого перемещени  и жесткой фиксации элементов , между концами которых укреплена пластинка с раст жками.This goal is achieved by the fact that in the device containing the primary transducer in the form of rigidly connected and suspended measuring and astasizing magnets, the secondary photoelectric converter, negative feedback windings and the stage for the sample being measured, the measuring and astasizing magnets are selected by different according to the ratio of their lengths and cross sections, they are aligned with the centers of gravity and the axes of magnetization and are installed in the vicinity of two windings in series-opposite direction, included in negative feedback circuit, the axes of which are oriented in the direction of possible movement of the poles of one of the magnets, as well as the fact that the astasizing magnet is made in two symmetrically positioned relative to the measuring magnet and associated with it with the possibility of mutual axial movement and rigid fixation elements, between the ends of which the plate with extensions is strengthened.

На чертеже показана функциональна  схема устройства дл  определени  магнитных свойств веществ.The drawing shows the functional diagram of the device for determining the magnetic properties of substances.

Первичный преобразователь состоит из измерительного магнита IT выбранного в виде тонкого стержн , астазирующего магнита 2 в виде двух коротких полых цилиндров, пластинки 3 и раст жек 4. Втулка 5, напрессованна  на среднюю часть магнита 1, и втулки 6, запрессованные в магнит 2, соединены резьбой. Раст жки 4 прикреплены к пластинке 3 сваркой или пайкой. Пластинка зажата между концами элементов астазирующего магнита. Она выполн ет одновременно функции зеркала , необходимого дл  оптической св зи с вторичным преобразователем.The primary transducer consists of a measuring magnet IT selected in the form of a thin rod, an astasing magnet 2 in the form of two short hollow cylinders, a plate 3 and a brace 4. The sleeve 5 is pressed onto the middle part of the magnet 1 and the sleeves 6 pressed into the magnet 2 are connected carving. The straps 4 are attached to the plate 3 by welding or soldering. The plate is sandwiched between the ends of the elements of an astasis magnet. It simultaneously performs the functions of a mirror required for optical communication with the secondary transducer.

Вблизи полюсов измерительного магнита установлены две катушки 7, оси которых перпендикул рны оси магнита. Концы магнита 1 совпадают с ос ми катушек и имеют возможность перемещени  в направлении этих осей.Near the poles of the measuring magnet, two coils 7 are installed, the axes of which are perpendicular to the axis of the magnet. The ends of magnet 1 coincide with the axes of the coils and have the ability to move in the direction of these axes.

Вторичный фотоэлектрический преобразователь состоит из осветительной лампы 8, дифференциально включенных фотодиодов 9 и операционного усилител  10. К выходу усилител  10 подключаетс  регистрирующий прибор. К этому же выходу подключен вход цепи отрицательной обратной св зи, состо щей из дифференцирующей цепочки 11 и двух обмоток 12, намотанных на катушках 7 и соединенных между собой последовательно-встречно.The secondary photoelectric converter consists of an illumination lamp 8, differentially included photodiodes 9, and an operational amplifier 10. A recording device is connected to the output of the amplifier 10. To the same output is connected an input of a negative feedback circuit consisting of a differentiating chain 11 and two windings 12 wound on coils 7 and interconnected in series with each other.

Над одним из полюсов магнита 1 укреплен предметный столик 13, который служит дл  установки и фиксации измер емого образца 14. Ось симметрии образца проходит через полюс измерительного магнита перпендикул рно к нему.A stage 13 is fixed above one of the poles of magnet 1, which serves to set and fix the sample to be measured 14. The sample's symmetry axis passes through the pole of the measuring magnet perpendicular to it.

Устройство креплени  и нат жени  раст жек на чертеже не показано.The device for fastening and tensioning the straps is not shown in the drawing.

Принцип работы устройства состоит в следующем.The principle of operation of the device is as follows.

Магнитные моменты магнитов 1 и 2 выбраны равными и ориентированы встречно. Следовательно, первичный преобразователь нечувствителен как к однородным магнитным пол м, так и к неоднородным. Последнее обеспечиваетс  тем, что центры симметрии магнитов совмещены. В этом случае суммарный вращающий момент первичного преобразовател  определ етс  выражением .The magnetic moments of the magnets 1 and 2 are chosen equal and oriented in opposite directions. Consequently, the primary converter is insensitive to both homogeneous magnetic fields and non-uniform ones. The latter is ensured by the fact that the centers of symmetry of the magnets are aligned. In this case, the total torque of the primary converter is determined by the expression.

)o1) o1

где М и М, - магнитные моменты магнитов 1 и 2, Пд - средн   величина напр женности внешнего магнитного пол , отнесенна  к точке,совпадающей с центрами магнитов. Так как М М, то Mg,p О при любой конфигурации пол  Нд.where M and M are the magnetic moments of the magnets 1 and 2, and PD is the average value of the intensity of the external magnetic field, referred to the point coinciding with the centers of the magnets. Since M M, then Mg, p O for any configuration field ND.

Снижение восприимчивости к механическим колебани м может быть достигнуто путем точного совмещени  центра т жести колеблющейс  системы с точкой ее подвеса. В рассматриваемой конструкции это достигаетс  путем поступательного перемещени  элементов астазирующего магнита вместе с пластинкой 3 относительно магнита. 1. Резьбовое соедйнение элементов первичного преобразовател  используетс  также дл  точного подбора астатичности путем изменени  рассто ни  между двум  половинами астазирующего магнита 2 (этим измен етс  магнитный момент магнита 2). Дл  компенсации зазоров используютс  соответствующие прокладки (на чертеже не показаны). Сила F, действующа  на некоторый объем вещества, помещенного в неоднородное магнитное поле, пропорциональна напр женности и градиенту напр женности пол , т.е.A reduction in the susceptibility to mechanical vibrations can be achieved by precisely matching the center of gravity of the oscillating system with its point of suspension. In the construction in question, this is achieved by moving the elements of the astasis magnet along with the plate 3 relative to the magnet. 1. The threaded connection of the elements of the primary converter is also used for the exact selection of astaticity by changing the distance between the two halves of the astasis magnet 2 (this changes the magnetic moment of magnet 2). Appropriate spacers are used to compensate for gaps (not shown). The force F acting on a certain volume of a substance placed in a non-uniform magnetic field is proportional to the intensity and the gradient of the intensity of the field, i.e.

F- н|. (1) Магнитное поле на оси посто нного магнита выражаетс  следующим соотношениемF- n |. (1) The magnetic field on the permanent magnet axis is expressed by the following relation

(ff Kfr-- . (2)(ff Kfr--. (2)

где м - магнитный момент магнита X - рассто ние от центра магнита до точки, в которой определ етс  поле 1 - полудлина магнита. Из (2) следуетwhere m is the magnetic moment of the magnet X is the distance from the center of the magnet to the point where field 1 is defined is the magnet half length. From (2) it follows

.10ЙЧ..(|Г.... (3).10YCH .. (| Y ... (3)

При фиксированном положении разца вблизи полюса измерительногоWith a fixed position of the sample near the measuring pole

магнита из выражений (2) и (3) видно , что сила, действу1т1ца  между образцом и магнитом, зависит от длины последнего. Расчет показывает, что сила, действующа  на образец со стороны полюса измерительного магнита, в 36 раз больше, чем со стороны астазируквдего магнита. Таким образом, вли ние последнего на чувствительг ность преобразовател  может быть сдепано сколь угодно малым, если подобрать соответствующим образом геометрические параметры магнитов.The magnet from expressions (2) and (3) shows that the force between the sample and the magnet depends on the length of the latter. The calculation shows that the force acting on the sample from the pole of the measuring magnet is 36 times greater than that from the side of the magnet. Thus, the effect of the latter on the sensitivity of the transducer can be arbitrarily small, if the geometrical parameters of the magnets are selected accordingly.

Образец 14 веществе, установленный на предметный столик, вызывает /гловое отклонение первичного преобразовател , которое преобразуетс  в электрическое напр жение, регистриt yeMoe аналоговым или цифровым прибоt OM . Ток, пропорциональный выходному напр жению, протекает по обмоткам 12 И создает в них магнитное поле обратной св зи. Взаимодействие между обмотками отрицательной обратной св зи и полюсами магнита 1 происходит так же, как и с измер емым образцом только в обратном направлении.Sample 14 mounted on the stage causes a primary deviation of the primary converter, which is converted into electrical voltage, by registering an analog or digital instrument OM. A current proportional to the output voltage flows across the windings 12 and creates in them a magnetic feedback field. The interaction between the negative feedback windings and the poles of magnet 1 is the same as with the measured sample only in the opposite direction.

Особенность цепи отрицательной обратной св зи состоит в следугещем. Сила, действующа  на полюсы магнита 1 со стороны катушек 7, определ етс  в соответствии с выражением (1). Поскольку вблизи полюсов магнита градиент пол  существует во всех направлени х (поле резко неоднородно), то и силовое действие на магнит будет осуществл тьс  во всех направлени х. Тем самым обеспечиваетс  всенаправленна  обратна  св зь: любому перемещению магнита, вызванному, например, механическим воздействием, будет преп тствовать сила со стороны катушек отрицательной обратной св зи.The peculiarity of the negative feedback circuit is the following. The force acting on the poles of magnet 1 from the side of coils 7 is determined in accordance with expression (1). Since the gradient field exists near the poles of the magnet in all directions (the field is strongly non-uniform), the force action on the magnet will be carried out in all directions. This provides omnidirectional feedback: any movement of a magnet caused, for example, by a mechanical effect, will be prevented by the force from the negative feedback coils.

Рассмотренным свойством не обладает отрицательна  обратна  св зь, вводима  .посредством катушек типа колец Гельмгольца, полностью охватывающих магнит. В этом случае на магнит воздействует только одна составл юща  пол  в направлении оси катушки. При этом стабилизируютс  лишь крутильные колебани  магнита: при всех других движени х магнита (наиболее характерным из них  вл ютс  поперечные колебани  первичного преобразовател ) он не будет испытывать действие отрицательной обратной св зи. Следствием этого  вл етс  наблюдаемое наThe considered property does not possess negative feedback, being introduced by means of Helmholtz-type coils, completely covering the magnet. In this case, only one component field acts on the magnet in the direction of the coil axis. In this case, only the torsional vibrations of the magnet stabilize: for all other motions of the magnet (the most characteristic of which are transverse oscillations of the primary converter), it will not experience the effect of negative feedback. The consequence of this is the observed on

1грактике снижение отношени  сигнал/ шум при увеличении глубины отрицательной обратной св зи.In practice, a decrease in the signal-to-noise ratio with an increase in the depth of negative feedback.

Предлагаемое устройство может быть отградуировано либо в абсолютных единицах намагниченности или магнитной восприимчивости, либо в относительных . В последнем случае измерени  производ т методом сравнени  с образцом, магнитные свойства которого известны.The proposed device can be calibrated either in absolute units of magnetization or magnetic susceptibility, or in relative units. In the latter case, measurements are made by the method of comparison with a sample whose magnetic properties are known.

oo

В отличие от широко примен емой методики измерени  магнитной восприимчивости , в которой используютс  образцы .с правильной геометрией (куб, цилиндр), в предлагаемом уст5 ройстве используютс  образцы только с одной плоской поверхностью, совпадающий с плоскостью предметного сто ,пика.Unlike the widely used method of measuring magnetic susceptibility, which uses samples with the correct geometry (cube, cylinder), the proposed device uses samples with only one flat surface, which coincides with the plane of the objective peaks.

Claims (2)

1.Устройство дл  определени  магнитных гвойств веществ, содержащее первичный преобразователь в виде жестко св занных и подвешенных на раст жках измерительного и астазиру5 ющего магнитов, вторичный фотоэлектрический преобразователь, обмотки отрицательной обратной св зи и предметный столик дл  измер емого образца , отличающеес  тем, 1. A device for determining magnetic properties of substances containing a primary transducer in the form of rigidly coupled and suspended measuring and astasizing magnets, a secondary photoelectric transducer, negative feedback windings and an object table for the sample being measured, differing in 0 что, с целью повышени  точности измерений , в нем измерительный и астазирующий магниты выбраны различными0 that, in order to improve the measurement accuracy, in it the measuring and astasizing magnets are selected by different по соотношению их длин и поперечных сечений, совмещены центрами т жести according to the ratio of their lengths and cross sections, are aligned with the centers of gravity 5 и ос ми намагниченности и установлены вблизи двух обмоток последовательно-встречно , включенных в цепь отрицательной обратной св зи, оси которых ориентированы в направлении 5 and the axes of magnetization and are installed near two windings in series-opposite, connected to the negative feedback circuit, the axes of which are oriented in the direction 0 возможного перемещени  полюсов одного из магнитов.0 possible movement of the poles of one of the magnets. 2.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что астазирующий магнит выполнен в виде двух,симметрично расположенных относительно 2. The device according to claim 1, characterized in that the astasizing magnet is made in the form of two, symmetrically located relative to 5 измерительного магнита и св занных5 measuring magnet and associated с ним с возможностью взаимного осевого перемещени  и жесткой фиксации элементов, между концами которых укреплена пластинка с раст жками.with it, with the possibility of mutual axial movement and rigid fixation of elements, between the ends of which the plate with braces is fixed. 00 Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination 1. Journal of Physics, . E.Scientifics Instruments, 19/4, 7, П, 4, p. 266-168.1. Journal of Physics,. E.Scientifics Instruments, 19/4, 7, P, 4, p. 266-168. .- .-.....-.:;v. V . .-.-.....-.:; v. V.
SU792751662A 1979-04-16 1979-04-16 Apparatus for determining magnetic properies of substances SU798654A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU792751662A SU798654A1 (en) 1979-04-16 1979-04-16 Apparatus for determining magnetic properies of substances

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU792751662A SU798654A1 (en) 1979-04-16 1979-04-16 Apparatus for determining magnetic properies of substances

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU798654A1 true SU798654A1 (en) 1981-01-23

Family

ID=20821608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU792751662A SU798654A1 (en) 1979-04-16 1979-04-16 Apparatus for determining magnetic properies of substances

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU798654A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US1863415A (en) Magnetometer
Fairweather et al. A vector rubidium magnetometer
SU798654A1 (en) Apparatus for determining magnetic properies of substances
CN111879988A (en) Device and method for detecting passive current in low-frequency mechanical vibration environment
US3323364A (en) Means for rejecting quadrature voltage signals in a flow meter
SU746354A1 (en) Astatic magnetometer
US3431489A (en) Null coil pendulum magnetometer with means for establishing an alternating magnetic flux gradient through the null coil
SU792180A2 (en) Apparatus for measuring statistic magnetic characteristics of ferromagnetic materials
SU847090A1 (en) Microbarograph
SU1626227A1 (en) Magnetic field component variation gradiometer
SU760004A1 (en) Ferroprobe
US3504277A (en) Vibration magnetometer for measuring the tangential component of a field on surfaces of ferromagnetic specimens utilizing a magnetostrictive autooscillator
RU2006043C1 (en) Portable ammeter
SU845126A1 (en) Electromechanical bridge for measuring ferromagnetic static characteristics
SU901959A1 (en) Device for measuring ferromagnetic material static magnetic characteristics
Perls et al. An Integrating and Differentiating Bar‐Magnet Velocity Meter for Use in Ballistocardiography
SU970287A1 (en) Device for forming sine modes of ferromagnetic specimen redersal magnetization
SU789928A1 (en) Magnetic field sensor
SU1101764A1 (en) Device for magnetic-noise structuroscopy
SU785817A2 (en) Device for measuring static magnetic characteristics of ferromagnetic materials
SU922502A1 (en) Magnetoelastic pickup of mechanical stresses
SU679901A1 (en) Receiving arrangement of vibration-type magnetometer
SU759871A1 (en) Piezooptical measuring transdicer
SU1173366A1 (en) Device for measuring magnetic characteristics of ferromagnetic materials when tested in open magnetic circuit
SU842651A1 (en) Method of magnetic field measuring