Способ измерения пространственного распределения напряженности нестационарного магнитного поля

01 33/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ НЕСТАЦИОНАРНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ(73) Патентообладатели Синявский Андрей Васильевич,Синявский Василий Михайлович(57) Способ измерения пространственного распределения напряженности нестационарного магнитного поля,включающий предварительное намагничивание плоского магнитоносителя, размещение его в области измеряемого магнитного поля, регистрацию зафиксированного на магнитоносителе магнитного поля, определение пространственного распределения напряженности нестационарного магнитного поля, отличающийся тем, что магнитоноситель выполнен из ферромагнитного материала с осью легчайшего намагничивания,ориентированной перпендикулярно плоскости магнитоносителя, предварительное намагничивание которого осуществляют в постоянном магнитном поле, размещают магнитоноситель поперек измеряемой составляющей магнитного поля, плавно удаляют из зоны взаимодействия собственного магнитного поля магнитоносителя и измеряемого нестационарного магнитного поля в направлении, перпендикулярном плоскости магнитоносителя, причем о пространственном распределении напряженности нестационарного магнитного поля судят по результирующему магнитному полю, регистрацию которого осуществляют путем сканирования электронным датчиком на основе элементов Холла по поверхности магнитоносителя.(56) 1. А.с. СССР 324144,01 33/02, 1970. 2. А.с. СССР 618705,01 33/02, 1978, (прототип). Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к измерению величины напряженности нестационарного магнитного поля и может быть использовано для составления объемной картины его распределения. Для обеспечения электромагнитной совместимости блоков и узлов внутри радиоэлектронной аппаратуры часто возникает задача получения объемной картины распределения напряженностей нестационарных магнитных полей, излучаемых этими объектами, с достаточно большой точностью и в широком частотном диапазоне. Решение этой задачи известными средствами связано с большими экономическими затратами и продолжительно во времени. Так, известен способ измерения пространственного распределения напряженности нестационарного магнитного поля с использованием в качестве датчика поля магнитной пленки, при котором пленку размещают в одной из точек области измерения напряженности магнитного поля вдоль измеряемой составляющей поля так, чтобы измеряемая составляющая совпала с плоскостью пленки, после чего воздействуют на магнитную пленку вспомогательным периодическим магнитным полем, направление которого перпендикулярно измеряемому и параллельно плоскости пленки 1. При перемагничивании пленки модулируется электромагнитное поле. Амплитуду магнитной составляющей определяют по амплитуде видеоимпульсов путем детектирования записанных на пленку магнитных сигналов, преобразуя их в детекторной секции. Для получения пространственной картины распределения исследуемого поля магнитную пленку перемещают по точкам исследуемого пространства в каждой из которых последовательно производят регистрацию амплитуды видеоимпульсов. 2483 1 Недостатком данного способа является наличие зависимости амплитуды видеоимпульсов от частоты измеряемого магнитного поля большие габаритные размеры установки, обусловленные наличием вспомогательного генератора формирующего периодическое магнитное поле и размещением его выходных индуктивностей на необходимом расстоянии от измеряемого объекта а также локальное измерение нестационарного магнитного поля, так как для получения пространственного его распределения необходимо произвести указанные замеры в каждой точке пространства. Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности является способ измерения пространственного распределения нестационарного магнитного поля, включающий предварительное намагничивание магнитоносителя магнитной ленты, имеющего ось легчайшего намагничивания, ориентированную параллельно плоскости магнитоносителя переменным магнитным полем звуковой частоты, путем перемещения магнитной ленты вдоль записывающей головки, размещение магнитной ленты в одной из точек исследуемого нестационарного магнитного поля вдоль его регистрируемой составляющей, регистрацию зафиксированного на магнитной ленте в результате взаимодействия указанных магнитных полей результирующего магнитного поля путем продольного перемещения магнитной ленты относительно воспроизводящей головки, последовательное размещение магнитной ленты в других точках исследуемого пространства, где также производят регистрацию результирующего магнитного поля, по совокупности значений которого судят о пространственном распределении измеряемого нестационарного магнитного поля 2. Недостатком данного способа является низкая чувствительность измерения, обусловленная тем, что предварительное намагничивание магнитоносителя осуществляют переменным магнитным полем, что обуславливает выбор в качестве магнитоносителя магнитной ленты, имеющей ось легчайшего намагничивания, а это в свою очередь, определяет выбор в качестве устройства для регистрации зафиксированного на магнитоносителе результирующего магнитного поля воспроизводящей головки, чувствительность которых обычно не превышает 1,4 В/Тл. Недостатком данного способа является также небольшой частотный диапазон, обусловленный сравнительно низкочастотными свойствами магнитной ленты и воспроизводящих устройств. Кроме того, имеется большая трудность и трудоемкость для получения пространственного распределения измеряемого нестационарного магнитного поля, так как указанные замеры необходимо произвести в большом количестве точек плоскости измерения. Ширина точки равна толщине рабочей части воспроизводящей головки. Задачей предполагаемого изобретения является повышение чувствительности измерения, расширение частотного диапазона измерений и уменьшение трудоемкости получения пространственного распределения нестационарного магнитного поля. Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения пространственного распределения напряженности нестационарного магнитного поля, включающем предварительное намагничивание плоского магнитоносителя магнитным нолем, размещение его в области измеряемого нестационарного магнитного поля и регистрацию зафиксированного на магнитоносителе результирующего магнитного поля, предлагается предварительное намагничивание магнитоносителя осуществлять постоянным магнитным полем, в качестве магнитоносителя использовать ферромагнитный материал, имеющий ось легчайшего намагничивания,ориентированную перпендикулярно плоскости магнитоносителя, размещать магнитоноситель в измеряемом нестационарном магнитном поле поперек его регистрируемой составляющей, затем до регистрации результирующего магнитного поля на магнитоносителе, последний плавно удалять из зоны взаимодействия его собственного магнитного поля и измеряемого нестационарного магнитного поля в направлении, перпендикулярном плоскости магнитоносителя, регистрацию же результирующего постоянного магнитного поля магнитоносителя, полученного в результате взаимодействия указанных магнитных полей, осуществлять путем сканирования по поверхности магнитоносителя датчиком, например, на основе микроминиатюрных элементов Холла. При этом о пространственном распределении измеряемого нестационарного магнитного поля судят по указанному зарегистрированному в различных заданных плоскостях магнитному полю. Сопоставительный анализ заявляемого решения и прототипа показывает, что заявляемый способ отличается от известного наличием операции плавного удаления магнитоносителя из зоны взаимодействия собственного магнитного поля магнитоносителя и измеряемого нестационарного магнитного поля в направлении,перпендикулярном плоскости магнитоносителя, а также предварительным намагничиванием магнитоносителя в постоянном магнитном поле, а не в переменном. Кроме того, магнитоноситель размещают в нестационарном магнитном поле поперек измеряемой составляющей магнитного поля, а не вдоль. Таким образом,заявляемый способ соответствует критерию изобретения НОВИЗНА. Сущность предполагаемого изобретения заключается в том, что предварительно намагниченный в постоянном магнитном поле магнитоноситель в форме пластинки из ферромагнитного материала с осью легчайшего намагничивания, ориентированной перпендикулярно плоскости магнитоносителя, размещенный поперек измеряемой составляющей магнитного поля, плавно удаляется из зоны взаимодействия собственного магнитного поля магнитоносителя и измеряемого нестационарного магнитного поля в направлении, перпендикулярном плоскости магнитоносителя, что приводит к размагничиванию участков магнитоносителя. В прототипе же предварительно намагниченный в переменном магнитном поле магнитоноситель в форме ленты из материала с осью наилегчайше 2 2483 1 го намагничивания, ориентированной вдоль плоскости магнитоносителя, размещается вдоль измеряемого нестационарного магнитного поля, и так как не происходит плавного удаления магнитоносителя вдоль измеряемой составляющей измеряемого нестационарного магнитного поля, то происходит просто разрушение предварительно записанной на него информации. Следует отметить, что операции, отличающие предлагаемый способ от прототипа и при этом происходящие физические явления, сами по себе в науке известны. Так, известно использование операции медленного удаления тела от источника переменного магнитного поля для размагничивания этого тела. Известна также сама по себе операция намагничивания тела в постоянном магнитном поле. Однако, не из одного из известных источников не следует, что сами по себе вышеуказанные операции приводят к повышению чувствительности измерений. В заявляемом же способе, благодаря предварительному намагничиванию магнитоносителя в постоянном магнитном поле, оказалось возможным использовать в качестве магнитоносителя ферромагнитный материал с осью легчайшего намагничивания, ориентированной перпендикулярно плоскости магнитоносителя, что в свою очередь обеспечило размещение магнитоносителя поперек измеряемой составляющей нестационарного магнитного поля все указанное в совокупности с операцией плавного удаления магнитоносителя из зоны взаимодействия его собственного магнитного поля с измеряемым обеспечило возможность считывания информации в виде постоянного магнитного поля, которое можно осуществить с помощью высокочувствительных электронных датчиков, например на основе микроминиатюрных элементов Холла, чувствительность которых достигает 0,1 В/Тл, что в конечном итоге существенно повысило чувствительность измерения. Здесь же следует отметить, что указанные элементы сравнительно низкочастотны, однако благодаря тому, что считывание информации осуществляется в виде постоянного магнитного поля, частотные свойства элементов абсолютно не влияют на частотный диапазон измерений, который определяется в данном случае только частотными свойствами материала магнитоносителя, которые в свою очередь могут быть довольно высокими. Возможность размещения магнитоносителя поперек измеряемой составляющей магнитного поля позволяет также существенно уменьшить трудоемкость способа, поскольку при этом одновременно на магнитоносителе фиксируются значения измеряемой составляющей во всей плоскости пластинки магнитоносителя, а не в точке пространства, как в прототипе. Разрешающая способность заявляемого способа определяется минимальной величиной напряженности измеряемого нестационарного магнитного поля, способной периориентировать домены в магнитоносителе и максимальной чувствительностью электронных датчиков на основе микроминиатюрных элементов Холла. Таким образом, хотя сами по себе признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа известны, но в совокупности они обеспечивают ему достижение новых свойств, не вытекающих непосредственно из известных признаков, а именно обеспечивают повышение чувствительности измерений при одновременном расширении частотного диапазона и снижение трудоемкости. Указанное свидетельствует о соответствии заявляемого способа критерию СУЩЕСТВЕННЫЕ ОТЛИЧИЯ. Предлагаемый способ измерения напряженности пространственного распределения нестационарного магнитного поля реализуется следующим образом. На условном срезе магнитоносителя, т.е. пластинки из ферромагнитного материала с осью легчайшего намагничивания, ориентированной перпендикулярно плоскости магнитоносителя, ориентация доменов будет хаотичной. При размещении такой пластинки в постоянном магнитном поле, образованном например, соленоидом, произойдет направленная ориентация доменов пластинки вдоль силовых линий магнитного поля соленоида. При помощи электронного датчика, например, на основе микроминиатюрных элементов Холла, путем сканирования по поверхности такой пластинки производятся замеры величин напряженностей постоянного магнитного поля последней. Необходимо убедиться в том, что произошло намагничивание пластинки до величины 0 (Н 0 - напряженность магнитного поля намагниченных участков пластинки в постоянном магнитном поле соленоида. Ее величина примерно должна быть 0,50,9 от напряженности магнитного поля, соответствующего насыщению). Намагниченная пластинка помещается в заданную плоскость измерений, при этом источник излучаемого нестационарного магнитного поля должен быть 2483 1 обесточен. При подаче на излучающий объект питающих напряжений будет иметь место взаимодействие постоянных магнитных полей ориентированных доменов пластинки с измеряемым нестационарным магнитным полем излучающего объекта. Не обесточивая излучающий объект плавным перемещением пластинки по оси(ось- перпендикулярна плоскости пластинки) без смещения по осям Х и У, последняя выводится из зоны взаимодействия полей. По мере удаления пластинки от излучающего объекта на участках взаимодействия магнитных полей ее доменов и измеряемого магнитного поля будет происходить размагничивание. Причем, чем большей была величина напряженности излучаемого объектом нестационарного магнитного поля, тем большей будет величина размагничивания относительно Н 0. Таким образом удается получить информацию о величине напряженности излучаемого нестационарного магнитного поля объекта в плоскости пластинки. Произведя сканирование по поверхности такой пластинки с помощью электронных датчиков на основе микроминиатюрных элементов Холла и фиксируя полученные значения по координатам Х и У, можно получить информацию о плоскостном распределении напряженности излучаемого нестационарного магнитного поля. Произведя аналогичные измерения в нескольких плоскостях, можно получить информацию об объемном или пространственном распределении напряженности излучаемого нестационарного магнитного поля. Пример конкретной реализации заявляемого способа. В качестве магнитоносителя была использована пластинка размером 70 х 70 мм, вырезанная из магнитного диска ЕС 5274. С помощью заявляемого способа было измерено пространственное распределение напряженности нестационарного магнитного поля, создаваемое силовым трансформатором, входящим в состав источника питания осциллографа С-4. Пластинку-магнитоноситель предварительно намагнитили в постоянном магнитном поле, полученном с помощью соленоида. Затем пластинку разместили в область действия измеряемого магнитного поля в заданной плоскости, причем размещение пластинки производили при обесточенном трансформаторе поперек магнитных основных линий, конфигурация которых априорно известна, после чего на трансформатор подали питающее напряжение, затем пластинку плавно удалили из зоны взаимодействия ее собственного магнитного поля и измеряемого магнитного поля трансформатора в направлении, перпендикулярном плоскости пластинки. Далее осуществляли считывание информации о величине измеряемого магнитного поля, зафиксированного на пластинке, для чего предварительно откалиброванным электронным датчиком на основе микроминиатюрных элементов Холла сканировали по поверхности пластинки и фиксировали его показания. Указанные замеры выполнили в нескольких заданных плоскостях. Как указывалось выше, чувствительность заявляемого способа определяется только чувствительностью датчиков и может быть достигнута большей, чем в прототипе, при сопоставимых характеристиках по чувствительности материалов магнитоносителей. Частотный же диапазон заявляемого способа не ограничен, в отличие от прототипа, частотными свойствами датчика, поскольку съем информации ведется по постоянному магнитному полю, а определяется лишь частотными свойствами материала магнитоносителя. Кроме того, как следует из вышеприведенного, заявляемый способ менее трудоемок, чем известный, поскольку обеспечивает получение информации о распределении исследуемого магнитного поля сразу по всей заданной плоскости. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.