SU945835A1 - Магнитометр - Google Patents

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и. прежде всего к магнитометрии.

Известны магнитометры, содержащие пленочную среду, источник возбуждения и регистратор, в которых измеряемое поле и поле смещения направлены вдоль оси легкого намагничивания (ОЛН), а поле высокочастотного возбуждения и направления сьема выходного сигнала - вдоль ₁₀ .оси трудного намагничивания (ОТН) пленочной среды. При этом используется модуляция магнитной проницаемости пленочной среды вдоль оси трудного намагничивания измеряемым полем, направленным ,5 вдоль оси легкого намагничивания. Чтобы избежать шумев перемагничивания, амплитуда высокочастотного возбуждения выбирается такой величины, чтобы угол отклонения вектора намагниченности М от ОЛНзо не превышал 5° [1].

Однако чувствительность этих магнит— тометров недостаточна.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является магнитометр, состоящий из генератора тока возбуждения, контура измерительного преобразователя, преобразователя высокочастотного напряжения на контуре в постоянное напряжения и выводного устройства. Сердечником катушки контура измерительного преобразователя служит анизотропная ферромагнитная пленочная среда. Поле катушки направлено вдоль ОТН, а измеряемое поле и поле смещения -. вдоль ОЛН пленки. Схема этого магнитометра построена следующим образом: генератор тока возбуждения через конденсатор связи подключен к контуру и мерительного ^преобразователя. К этому же контуру подключен преобразователь высокочастотного напряжения на контуре в постоянное напряжение pj.'

Однако в известном магнитометре теряется информация о знаке измеряемого поля, если-работать без постоянного маг-, нити от о смещения, а при наличии магнит3 945835 яого смешения появляется понижение чувствительности пленочного датчика.

Кроме того, при размагничивании пленочной среды сердечника чувствительность к измеряемому магнитному полю теряется 5 вообще.

Целью изобретения является повышение чувствительности измерения, .

Эта цель достигается тем, что в магнитометр, содержащий анизотропный фер- ю ромагнитный тонкопленочный сердечник с напраВлэнием измеряемого поля и поля смещения вдоль оси легкого намагничивания, а поля высокочастотного возбуждения и направления сьема информации - вдоль (5 оси трудного намагничивания, кварцевый генератор тока возбуждения с колебательным измерительным контуром, ключ, целитель напряжения, низкочастотный генератор импульсов, а также преобразователь _м высокочастотного напряжения в постоянное напряжение, подключенный к выходу кварцевого генератора тока возбуждения введена намотанная на сердечник под углом Л/4 к оси легкого намагничения ка- 25· тушка ориентации вектора намагниченности, зашунтированная диодом и подключенная через ключ к низкочастотному генератору импульсов.

На фиг, 1 показана принципиальная ³⁰ электрическая бхема устройства; на фиг, 2 - критическая кривая используемой в нем пленочной среды.

На этой схеме на транзисторе 1 собран кварцевый генератор тока возбуждения³⁵ представляющий собой емкостную трехточку. Кварцевый резонатор 2 включен между коллектором и базой транзистора: 1. В базовой цепи включены также конденсатор 3 и резистор 4. В коллекторной цепи ⁴⁰ транзистора 1 включены дроссель 5 питания и конденсатор 6 связи. Последовательно с конденсатором 6 связи включен параллельный колебательный измерительный, контур из конденсатора 7 и катушки 8 ⁴⁵ индуктивности. Обмотка 8 имеет тонкопленочный магниточувствительный сердечник 9 с осью легкого намагничивания 10. На пленочный сердечник 9 под углом 45° к осн легкого намагничивания 10 намотана 50 обмотка 11 ориентации вектора намагниченности, зашунтированная диодом 12, Обмотка 11 подключена к выходу ключевого каска да иа транзисторе 13. Вход ключевого каскада через целитель из реэисто- 55 рои 14 и 15 подключен к выходу·низкочастотного генератора 16 коротких импульсов, К измерительному контуру поц ключен преобразователь высокочастотного напряжения на контуре в постоянное напряжение» Этим преобразователем служит эмиттерный повторитель на транзисторе 17, в цепи эмиттера которого включен параллельный низкочастотный фильтр из резистора 18 и конденсатора 19, а необходимый режим по постоянному току обеспечивают последовательно включенные резистор 20 и диод 21. Параллельно диоду включен шунтирующий конденсатор 22, Выход эмиттерного повторителя является выходом магнитометра.

Устройство работает следующим образом. .

Высокочастотный сигнал с выхода транзистора 1 генератора тока возбуждения подается на делитель напряжения, составленный из последовательно соединенных конденсатора в связи и измерительного кснтуоа, конденсатора 7 и катушки 8. Собственная резонансная частота измерительного контура Ф_о выбрана ниже частоты генератора тока возбуждения оу., поэтому сопротивление контура носит емкостной характер. При воздействии измеряемого магнитного поля на пленочную срегу сердечника 9 вдоль ОЛН изменится индуктивность контурной обмотки катушки

8, что приведет к изменению Ι^_ο измерительного контура·. Это вызывает камерение емкостного сопротивления- контура, а соответственно и амплитудную модуляцию высокочастотного напряжения на контуре, соответствующую величине измеряемого магнитного поля. С помощью преобразователя высокочасг^гаого напряжения _г на контуре в постояннее напряжение вь>^ целяется -низкочастотная огибающая на—' пряжения на контуре, которая соответствует измеряемому магнитному полю. Обмотка 11 ориентации вектора намагниченности при подаче на нее коротких низкочастотных импульсов тоКа создает в пленочной среде сердечника 9 импульсы магнитного поля, показанного вектором (фиг, 2). Магнитное поле этих импульсов направлено под углом 45^е к : ОЛН пленочной среды сердечника 9 и имеет амплитуду, при которой вектор поля ориентаций пересекает критическую кривую 24 пленочной среды сердечника

9. Для такой величины поля возможно только одно'положение вектора намагниченности М, После окончания импульса ориентации вектор намагниченности М всегда будет иметь строго определенное направление 25, что соответствует не— изменному магнитному состоянию пле ночной среды сердечника 9, Если в результате магнитной помехи вектор намагниченности М будет переключен или пленочная среда будет разбита на домены с произвольной ориентацией, то каждый 5 после дующий импульс ориентации вектора намагниченности М вернет пленочную среду в первоначальное состояние. Низкая частота повторения и малая длительность импульсов ориентации вектора намагничен-Ю ности незначительно увеличивает постоянное напряжение на выходе магнитомера» Это приращение напряжения является посгоянным и может быть учтено при измерении постоянных или отфильтровано 15 при измерении переменных, магнитных полей. Обмотка 11 может быть намотана вдоль ОЛН сердечника либо под углом к ОЛН. В соответствии с критической кривой 24 пленочной среды выбор угла на- 20 мотки обмотки 11, равным 45° по отношению к ОЛН, позволяет понизить величину магнитного поля ориентации по сравнению с направлением его вдоль ОЛН.· _Λ Соответственно уменьшается амплитуда το·?5 ка в обмотке 11. Импульсы тока в обмотке 11 задаются с помощью ключа, выполненного на транзисторе 13, на вход которого поступает сигнал импульсного Генера· тора 16. Шунтирующий обмотку 11 диод - зо 12 устраняет нежелательный выброс тока .обратной полярности после окончания импульса.

Схема магнитомера позволяет устранить’ вредные остаточные явления после воздействия на пленочную среду сердечника магнитных полей любой интенсивности и направления.

Устранение остаточных явлений после воздействия на пленочную среду датчика интенсивных магнитных полей в данном магнитометре достигается гем, чт о н а пленочную среду датчика периодически п о-. даются короткие импульсы ориентации вектора намагниченности, которые возвращают пленочную среду в исходное состояние.⁴⁵ Эти импульсы создаются намотанной на датчик обметкой ориентации вектора намагниченности при подаче на нее. через ключевой каскад сигнала от низкочастотного генератора коротких импульсов.

Средняя потребляемая энергия от источника питания на ориентацию вектора намагниченности составляет единицы МКВщ, т.е. сохраняется микромацный режим работы магнитометра.

Предлагаемый магнитометр в отличие от известного не меняет своих параметров после воздействия на него магнитных полей любой интенсивности и любого .направления.

Claims (2)

1. Изобретение огноситс  к электроизмерительной технике и. прежде всего к магнитометрии. Известны магнитометры, содержащие пленочную срецу, источник возбуждени  и регистратор, в которых измер емое поле и ц о ле смещени  направлены вдоль оси легкого намагничивани  (ОЛН), а поле высокочастотного возбуждени  и направлени  сьема выходного сигнала - вдоль .оси трудного намагничивани  (ОТН)пле ночной среды. При этом используетс  модул ци  магнитной прстщаемости пленочной Ьреды вдоль оси трудного намагничи вани  измер емым полем, направленным вдоль оси легкого намагничивани . Чтобы избеж.ать щумов перемагничивани  амплитуда высокочастотеого возбуждени  выбираетс  такой величины, чтобы угол откло нени  вектора намагниченности М от ОЛН не превышал 5° 1,1. Однако чувствительность этих магнит- тометров недостагоша. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  магнитометр , состо щий из генератора тока во; буждени , контура измерительного преобразовател , преобразовател  высокочастотного напр жени  на контуре в посто нное напр жени  и выводного устройства. Сердечником катушки контура измерительного преобразовател  с;ужит анизотропна  ферромагнитна  пленочна  среда. Поле катушки направлено вдоль ОТН, а измер емое поле и поле смещени  -. вдоль ОЛН пленки, Схема этого магнитометра построена следующим образом: генератор тока возбуждени  через конденсатор св зи подключен к контуру и мерительного феобразовател , К этому же контуру подключен преобразователь высокочастотного напр жени  на кштуре в посто нное на пр жение 2 J. Однако в известном магнитометре гв р етс  информаци  о знаке измер емого пол , если-работать без посто нного маг. нитного смещени , а при наличии магнит3945 ного смещени  по вл етс  пснижеиие чувствительности пленочного датчика. Кроме того, при размагничивании пленочной среды серречника чувствительность К измер емому магнитному полю тер етс  $ вообще.. Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности измерени . . Эта цель достигаетс  тем, что в магнитометр , содержащий анизотропный фер- |о ромагнитный тонкопленочный сердечник с направлением измер емого пол  и пол  смещени  вдоль оси легкого намагничивани , а пол  высокочастотного возбуждени  и направлени  сьема информации - вдоль (s оси трудного намагничивани , кварцевый генератор тоКа возбуждени  с колебательным измерительным контуром, ключ, дели , тель напр жени , низкочастотный генератор импульсов, а также преобразователь 20 высокочастотного напр жени  в посто нное напр жение, подключенный к выходу кварцевого генератора тока возбуждени  ввеоена намотанна  на сердечник под углом к оси легкого намагничени  ка- 25 тущка ориентации вектора намагниченноети , зашунтированна  диодом и подключенна  через ключ к низкочастотному генератору импульсов. На фиг. 1 показана принципиальна  электрическа  устройства; на фиг. 2 - критическа  крива  используемой в нем пленочной среды. На этой схеме на транзисторе 1 собран кварцевый генератор тока возбуждени  представл ющий собой емкостную трехточку . Кварцевый резонатор 2 включен между коллектором и базой транзистора 1. В базовой цепи включены также конденсатор 3 и резистор 4. В коллекторной цепи транзистора I включены дрсюсель 5 питани  и конденсатор 6 св зи. Последовательно с конденсатором 6 св51зи включен параллельный колебательный измерительныйконтур из конденсатора 7 и катушки 8 индуктивности. Обмотка 8 имеет тонкопленочный магниточувствительный сердечник 9 с осью легкого намагничивани  10. На пданочный сердечник 9 под углом 45° к оси легкого намагничивани  10 намотана 50 обмотка 11 орионтации вектора намапшчониости , зши}а1тированна  диодом 12. Обмогка 11 подключена к выходу ключевого кпскоап ип транзисторе 13. Вход ключеы )1-( каскада чороз Еклитель из резисто- 55 pull 14 п 15 поцключен к выходунизкошстотного гепоратора 16 коротких импуш топ . К изчтерггтельиому Контуру под- ,« 354 Knto4eH преобразователь высокочастотного напр жени  на кштуре в посто нное напр жение . Этим преобразователем служит эмиттерный повторитель на транзисторе в цепи эмиттера которого включен параллельный низкочастотный фильтр из резистора 18 и кшаенсатора 19, а необходимый режим по посто нному току обеспечивают последовательно включенные резистор 20 и диод 21. Параллельно диоду включен шунтирующий Конденсатор 22. Выход эмиттерного повторител   вл етс  выходом магнитометра, Устройство работает следующим образом . Высокочастотный сигнал с выхода тран стора 1 генератора тока возбуждени  подаетс  на делитель напр жени , составленный из посждрвательно соединен конденсатора в св зи и измерительноrs контупа, конденсатора 7 и катущки 8. СобстВенна  резонансна  частота измерительного контура в.ыбрана ниже частоты генератора тока возбуждени  Ш, поэтому сопротивление контура носит емкостной характер. При воздействии измер емого магнитного пол  на пленочную среду сердечника 9 вдоль ОЛН измените индуктивность контурной обмотки катущки 8, что приведет к изменению измерительного кштура-. Это Вызывает измер е-ние емкостного сопротивлени - контура, соответственно и амплитудную моцул дию высокочастотного напр жени  на контуре , соответствующую величине измер в магнитного пол . С помощью преобразовател  высокочаст ого напр жени  на кштуре в посто ннее напр жение вь1 дел етс  -низкочастотна  огибающа  дапр жени  на контуре, котора  соответствует измер емому магнитному полю. Обмотка 11 ориентации вектора намагниченности при подаче на нее коротких низкочастотных импульсов тоКа создает в пленочной среде сердечника 9 импульсы магнитного пол , показанного вектором 23 (фиг. 2). Магнитное поле этих импульсов-направлено под углом 45 к : ОЛН пленочной среды сердечника 9 и имеет амплитуду, при которой вектор подд ориентадий даресекаег критическую кривую 24 пленочной среды сердечника 9. Дл  такой величины пол  возможно только одноположение вектора намагниченности М. После окончани  импульса ориентации вектор намагниченности М всегда будет иметь строго определенное направоюние 25, что соответствует не- изменному магнитному состо нию пленочной среды серцечника 9, Бели в резульгаге магнитной помехи вектор намагниченности М буает переключен или пленочна  среда будет разбита на домены с произвольной ориентацией, то каждый после дук ций импульс ориентации вектора намагниченности М вернет пленочную срецу в первоначальное состодаие. Низка  частота повторени  и мала  длительность импульсов ориентации вектора намагниченности незначительно увеличивает посто нное напр жение на выходе магнитомера. Это приращение напр жени   вл етс  по сто нным и может быть учтено при измерении посто нных или отфильтровано при измерении переменных, магнитных полей . Обмотка 11 может быть намотана Вдоль ОЛН сердечника либо под углом к ОЛН. В соответсгеии с критической кривой 24 пленочной среды выбор угла намотки обмотки 11, равным 45° по отношению к ОЛН, позвол ет понизить величину магнитного пол  ориентации по сравнению с направлением его вдоль ОЛН Соответственно уменьшаетс  амплитуда TO ка в обмотке 11. Импульсы тока в обмот ке 11 задаютс  с помощью ключа, выполненного на транзисторе 13, на вход которого поступает сигнал импульсного Генера тора 16. Шунтирующий обмотку 11 диод12 устран ет нежелательный выброс тока .обратной пол рности после окончани  импульса . Схема магнитомера позвол ет устраНИТЬ вредные остаточнью  влэнй  после воздействи  н  пленочную cpetQr сердечника магнитных полей любой интенсивности и направлени . Устранение остаточных  влений после воздействи  на пленочную среду датчика интенсивных магнитных полей в данном магнитометре достигаетс  тем, что на пленочную среду датчика периодически подаютс  короткие импульсы ориентации вектора намагниченности,которые возвращаЮТ пленочную среду в исходное состо ние. Эти импульсы создаютс  намотанной на датчик обметкой ориентации вектора намагниченности при подачи на нее.через ключевой каскад сигнала от низкочастотного генератора коротких импульсов. Средн   потребл ема  энерги  от источника питани  на ориентацию вектора намагниченности составл ет едишщы МКВ|, т.е. сохран етс  микромоцный ре.жим работы магнитометра. Предлагаемый магнитометр в отличие от известного не мен ет своих параметров после воздействи  на-него магнитных полей любой интенсивности и любого .направлени , Формула изобретени  Магнитометр, содержащий анизотропный ферромагнитный тонкопленочный сердечник с направлением измер емого пол  и пол  смещены вдоль оси легкого намагничивани , а пол  высокочастотного возбуж- дени  и направлени  сьемй информации вдоль оси трудного намагничивани , квардевый генератор тока возбуждени  с колебательным измерительным контуром, ключ, делитель напр жени , низкочастотный генератор импульсов, а также преобразователь высокочастотного напр жени  в посто нное напр жение, подключенный к вьпсоду кварцевого генератора тока возбуждени , о т л и ч а ю щ и -и с   тем, что, с целью повышени  чувствительности измерениЙ в него вверена намотанна  на сердечник под углом Х/4 к оси легкого намагничивани  катущка ориентации вектора намагниченности, зашунтированна  диодом и подключенна  через ключ к низкочастотному генератору импульсов. Источники информации, прин тые во внимание при акспертиэе iBadej G.O.,Tusset   j. А Powpowe - vna e-tometev uni eHMo inductance varlatioM - W tWn рекипаЕСоУ fitM-Bor-omg-Iri СогрогоЫovi Defense and Spaee Qroup cowtroe 3nstuweMt Pa6ti.Pen 1Sэevaии1a,93. ..
2. 2. Патент ФРГ Н 1909435, кл. Qpl R 33/О2, 1971.

   Фиг.1

   Отл

   Фие2