Способ измерения напряженности постоянного магнитного поля и устройство для его осуществления
Авторы патента:
Изобретение относится к способам и устройствам для измерения характеристик постоянного магнитного поля с напряженностью 0 - 30000 Э. Сущность изобретения заключается в том, что в качестве детектора напряженности поля используется плоская спираль, изготовленная из висмута, обладающего уникальной способностью существенно увеличивать свое электрическое сопротивление при воздействии постоянного магнитного поля в диапазоне напряженности 0 - 30000 Э (0-2400 кА/м). Изобретение позволяет создать простое устройство с высокой точностью измерения. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.
1. Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к способам и устройствам для измерения характеристик постоянного магнитного поля с напряженностью от 0 до 30 тыс. эрстед (0-2400 кА/м).
2. Уровень техники Известны различные типы магнитометров, работающих на магнитостатическом, магнитодинамическом, электромагнитном, индукционном и квантовом принципах. Широкое распространение получили в России и за рубежом магнитометры Ш-1, Ф-4355 (Россия) и МР-1, МР-3У германской фирмы Feldmesser. Недостатком этих магнитометров является сложность, большая стоимость, недостаточная точность измерения для Ш-1 и Ф-4355, невозможность определения напряженности поля в направлении его вектора силовых линий. Известен способ измерения напряженности поля в трехмерном пространстве [1], однако, его реализация представляется весьма сложной и трудоемкой. Задачей изобретения является создание простейшего магнитометра, свободного от указанных недостатков. 3. Сущность изобретения Способ измерения напряженности постоянного магнитного поля заключается в следующем. В качестве детектора магнитного поля используют свойство металла висмута изменять свое электрическое сопротивление при воздействии постоянного магнитного поля [2]. В диапазоне 0-2400 кА/м висмут увеличивает свое электрическое сопротивление при температуре 18oС в 2,65 раза. Из тонкой (
0,2 мм) проволоки висмута изготавливают спираль, накладываемую на плоскую диэлектрическую подложку. Подсоединяют концы спирали к эталонному мосту Уитстона, который запитывают постоянным электрическим током напряжением 1,5 В. Разбаланс моста регистрируют с помощью микропроцессора и цифрового индикатора, отградуированного в эрстедах или кА/м. Температурную коррекцию осуществляют с помощью термистора, закрепленного на той же подложке. Пример Брали подложку с приклеенной к ней на эпоксидной смоле висмутовой спиралью (диаметр проволоки 0,2 мм, длина 1 м), подключенной к мосту Уитстона с напряжением питания 1,5 В. Измеряли электрическое сопротивление спирали при температуре 18oС, оно оказалось равным 40 Ом, а сила тока 37 мA. Помещали спираль в зазор неодимо-борового постоянного магнита с напряженностью магнитного поля 30 тыс. эрстед, при этом электрическое сопротивление спирали увеличилось до 106 Ом, а сила тока уменьшилась до 14 мA. При дальнейшем увеличении напряженности электрическое сопротивление спирали существенно не изменялось. Таким образом, областью максимальной чувствительности устройства является диапазон напряженности магнитного поля от 0 до 30 тыс. эрстед (0-2400 кА/м). Изменяли положение подложки относительно направления магнитных силовых линий и регистрировали небольшие изменения электрического сопротивления при меньших (до 2-3 тыс. эрстед) напряженностях поля, так как осуществлять пространственные измерения на больших напряженностях не было технической возможности. Устройство для измерения напряженности постоянного магнитного поля (фиг. 1) состоит из диамагнитной плоской подложки 1 с наклеенной на нее висмутовой спиралью 2 (диаметр проволоки 0,2 мм, длина 1 м), термистора 3, моста Уитстона 4 с эталонными резисторами 5, микропроцессора 6, совмещенного с блоком температурной коррекции и цифрового индикатора 7. Устройство работает следующим образом. Помещают подложку 1 в зазор мощного постоянного магнита и регистрируют напряженность его магнитного поля по изменению электрического сопротивления спирали 2 с учетом реального значения температуры окружающей среды, измеряемой термистором 3. Поворачивают подложку относительно направления силовых линий и регистрируют соответствующие изменения электрического сопротивления спирали, измеряют напряженность поля в направлении его вектора силовых линий. Общий вид резисторного магнитометра показан на фиг.2. Блок питания, мост Уитстона, микропроцессор, блок температурной коррекции размещены в цилиндрическом корпусе 8 с кнопкой включения 9, детекторно-измерительная часть вынесена в отдельный блок 10 со спиралью 2, термистором 3 и цифровым индикатором 7, закрытый предохранительной диамагнитной крышкой 11. 4. Перечень Фигур Фиг.1 - принципиальная электрическая схема резисторного магнитометра. Фиг.2 - общий вид резисторного магнитометра 1. Источники информации 1. Заявка РФ на изобретение 95103292/07 от 07.03.95 (Кочетков Б.Ф.). 2. У. Чайлдс. Физические постоянные. М.: Физматгиз, 1961, стр. 50, 2 п. формулы, 2 иллюстрации.Формула изобретения
1. Способ измерения напряженности постоянного магнитного поля с помощью детектора и измерительной схемы с мостом Уитстона, отличающийся тем, что в качестве детектора используют спираль, изготовленную из висмутовой проволоки, изменяющей свое электрическое сопротивление под воздействием постоянного магнитного поля напряженностью 0 - 30000 Э, которое регистрируют по разбалансу моста Уитстона, а температурную коррекцию показаний осуществляют с помощью термистора, размещенного на той же подложке, что и спираль, причем при повороте подложки относительно магнитных силовых линий определяют их вектор в трехмерном пространстве. 2. Устройство для измерения напряженности постоянного магнитного поля, состоящее из детектора и измерительной схемы, отличающееся тем, что в качестве детектора используют висмутовую спираль с диаметром проволоки 0,2 мм и длиной 1 м, приклеенную эпоксидной смолой к плоской диамагнитной подложке и имеющую возможность изменять свое электрическое сопротивление при воздействии постоянного магнитного поля, а в состав измерительной схемы входят мост Уитстона с эталонными резисторами, блок питания с напряжением 1,5 В, микропроцессор со встроенным блоком температурной коррекции и термистором, расположенным на той же подложке, что и спираль, и цифровой индикатор напряженности поля.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2
Похожие патенты:
Изобретение относится к неразрушающим методам контроля и может быть использовано для дефектоскопии ферромагнитных лент и пластин
Датчик магнитного поля // 2150712
Изобретение относится к электроизмерительной технике и, прежде всего, к магнитометрии
Магнитометр // 2087920
Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к способам измерения характеристик магнитного поля и устройствам для его осуществления в виде комплексного прибора, представляющего собой магнитостатический магнитометр
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения вектора напряженности магнитного поля с помощью одного кольцевого газового лазера
Изобретение относится к аппаратуре для создания дополнительного магнитного поля с линейным градиентом, используемого, например, в магниторезонансной томографии
Устройство для создания магнитного поля // 1732246
Изобретение относится к устройствам для создания магнитного поля, применяемым , например, в медицинской аппаратуре, использующей ядерный магнитный резонанс
Изобретение относится к магнитным йзмерениям и может быть использовано в ка , честве датчика тесламетров ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может найти применение для автоматизации тесламетров ядерного, атомного и электронного магнитного резонанса и других измерительных устройств со спиновыми детекторами
Магнитометр // 2202805
Изобретение относится к области измерения постоянного и переменного магнитных полей
Интегральный биполярный магнитотранзистор // 2204144
Изобретение относится к области измерительной техники и интегральной электроники, а более конкретно к интегральным измерительным элементам направления и величины магнитных полей и магнитных потоков
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров переменных магнитных полей, таких как амплитуда и частота
Изобретение относится к медицинской технике, а именно ортопедическому магнитно-резонансному томографу
Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой устройство и способ измерения направления и величины магнитных полей с применением магнитного резонанса и может применяться для обнаружения ферросодержащих тел и навигации по магнитному полю Земли. Магнитометр включает в себя СВЧ-генератор с дисковым резонатором типа [111] с тремя осями легкого намагничивания на основе железо-иттриевого граната, находящимся в линии обратной связи генератора, и магнитную систему для перевода резонатора в монодоменный режим, представляющую собой две катушки индуктивности, расположенные вблизи резонатора таким образом, чтобы их оси были ориентированы под углом 120° с вершиной в геометрическом центре резонатора. Выход СВЧ-генератора подключен к частотомеру, запускаемому от генератора сигналов запуска. От генератора прямоугольных импульсов сигналы подаются на катушки, причем на одну из них - через инвертор. Сигнал с частотомера через плату сопряжения подается на ЭВМ для обработки. Техническим результатом является повышение чувствительности и магнитной направленности устройства, повышение быстродействия способа определения величины и направления вектора индукции магнитного поля. 2 н. п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой устройство и способ измерения направления и величины магнитных полей с применением магнитного резонанса и может применяться для обнаружения ферросодержащих тел и навигации по магнитному полю Земли. Магнитометр включает в себя СВЧ-генератор со сферическим резонатором на основе железо-иттриевого граната с тремя осями легкого намагничивания, находящимся в линии обратной связи генератора, и магнитную систему для перевода резонатора в режим насыщения, представляющую собой три катушки индуктивности, расположенные вблизи резонатора таким образом, чтобы их оси симметрии были ориентированы вдоль осей легкого намагничивания резонатора. Выход СВЧ-генератора подключен к частотомеру. На катушки через счетчик импульсов и демультиплексор подаются сигналы от генератора прямоугольных импульсов, который через инвертор также соединен с частотомером. Сигнал с частотомера через плату сопряжения подается на ЭВМ для обработки. Техническим результатом является повышение чувствительности и магнитной направленности устройства, упрощение способа определения направления вектора индукции магнитного поля либо направления на ферросодержащий объект. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой датчик слабых высокочастотных магнитных полей и может применяться в первую очередь в магнитометрии. Датчик содержит диэлектрическую подложку, на верхней стороне которой нанесены полосковые проводники двух микрополосковых резонаторов, а на нижней стороне осаждена магнитная пленка, покрытая металлическим слоем, выполняющим роль экрана. Проводники резонаторов расположены под оптимальным углом друг к другу, обеспечивающим максимальный коэффициент преобразования датчика и определяемым по формуле
ϕ
0
≈
4
π
H
k
M
s
, где Hk - поле одноосной магнитной анизотропии тонкой магнитной пленки, a Ms - намагниченность насыщения пленки. Мощность СВЧ-генератора подается на оба резонатора одновременно, а выходной сигнал датчика формируется двумя сигналами, снимаемыми одновременно с этих двух резонаторов, при этом сигналы резонаторов суммируются, а шумы генератора компенсируются. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности датчика высокочастотных магнитных полей. 3 ил.
Устройство для обнаружения магнитного поля // 2593637
Изобретение касается устройства для обнаружения магнитного поля. Полупроводниковое устройство содержит квантовый волновод в виде однородного проводящего элемента, выполненного из проводника или высокодопированного полупроводника, с областями истока и стока и размещенной между ними резонансной областью, включающей один квантовый резонатор или систему из двух последовательно установленных квантовых резонаторов, образованных сужениями квантового волновода, квантовые резонаторы выполнены с обеспечением бесстолкновительного режима движения электронов от истока к стоку, а также источник напряжения, соединенный с областью истока и областью стока электрическими контактам, и измерительное устройство в цепи источника напряжения, при этом в качестве характеристики квантовых резонаторов выбраны величины уровней их резонансных энергий Eres электрона; в качестве характеристики истока и стока выбраны величины энергии уровня Ферми EFs и EFd соответственно; при этом длину и диаметр одиночного резонатора выбирают из условия выполнения соотношений Eres>EFs+kBT или соотношения Eres<EFd-kBT, а в системе двух резонаторов их длины и диаметры первого и второго резонаторов выбраны из условия совпадения их уровней резонансной энергии (Eres1, Eres2) при выполнении соотношения EFd<Eres1=Eres2<EFs, или из условия различия уровней резонансной энергии (Eres1, Eres2) при одновременном выполнении условий: Eres1-Eres2>max[ΔEres1, ΔEres2], где ΔEres1, ΔEres2 - ширина первого и второго уровней резонансной энергии соответственно, где kB - постоянная Больцмана, Т - температура. Технический результат - повышение чувствительности измерений, а также уменьшение термочувствительности устройства. 6 з.п. ф-лы, 10 ил.
Использование: для магнитно-резонансной (MR) визуализации. Сущность изобретения заключается в том, что участок тела, размещенный в объеме обследования MR-устройства, подвергается воздействию визуализирующей последовательности RF-импульсов и переключаемых градиентов магнитного поля. Визуализирующая последовательность представляет собой последовательность стимулированных эхо-сигналов, включающую в себя i) два подготовительных RF-импульса (α), излучаемых в направлении участка тела в течение подготовительного периода (21), а также ii) RF-импульсы считывания (β), излучаемые в направлении участка тела в течение периода (22) получения, следующего по времени за подготовительным периодом (21). Получение FID-сигналов (I1) и стимулированных эхо-сигналов (I2) осуществляется в течение периода (22) получения с одинаковым T2*-весовым коэффициентом. Из полученных FID (I1)- и стимулированных эхо (I2)-сигналов получают B1-отображение, указывающее пространственное распределение RF-поля подготовительных RF-импульсов в пределах участка тела. Технический результат: обеспечение возможности точного измерения пространственного распределения передаваемого переменного электромагнитного поля (RF-поля, которое также называют B1 полем). 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 8 ил.
