Устройство для поверки ядерно-резонансных магнитометров с преобразователями для измерения магнитных полей в соленоидах

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ ЯДЕРНО-РЕЗОНАНСНЫХ МАГНИТОМЕТРОВ С ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В СОЛЕНОИДАХ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Матюк Владимир Федорович Пиунов Владлен Даниэлевич Пряхин Анатолий Евгеньевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для поверки ядерно-резонансных магнитометров с преобразователями для измерения магнитных полей в соленоидах, содержащее источник постоянного однородного плавнорегулируемого магнитного поля на основе электромагнита, между полюсами которого помещается преобразователь образцового или поверяемого магнитометра, образцовый ядерно-резонансный магнитометр с преобразователем для измерения магнитных полей 58762009.12.30 в зазорах, катушки модуляции которого формируют магнитное поле в направлении оси полюсов электромагнита, и внешние катушки модуляции, магнитное поле которых также направлено вдоль оси полюсов электромагнита, отличающееся тем, что оно дополнительно включает в себя переходной соединитель, внешние катушки модуляции выполнены в виде колец Гельмгольца, которые размещены в зазоре электромагнита и при поверке через переходной соединитель подключены к внутреннему источнику модуляционного напряжения поверяемого ядерно-резонансного магнитометра, а внутренние модуляционные катушки преобразователя переходным соединителем отключены от него.(56) 1. ГОСТ 8.303-78. Магнитометры постоянных магнитных полей в диапазоне 0,01-2 Т. 2..,.,., . .. -96,, , , 17-201996,2-1. - . 31-32 (прототип). Полезная модель относится к области высокоточных измерений индукции магнитных полей в зазорах постоянных магнитов и электромагнитов с применением магнитоизмерительных комплексов эталонов и поверочных установок, использующих явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР), и может быть использована, в частности, при поверке ядерно-резонансных магнитометров (относительная погрешность измерений менее 0,01 ) с преобразователями для измерения магнитных полей в соленоидах в диапазоне магнитной индукции 0,05-2 Тесла. Известна поверочная магнитоизмерительная установка 1 с магнитом, имеющим сквозные аксиальные отверстия в одном из полюсных наконечников, для поверки магнитометров с первичными измерительными преобразователями для измерения магнитных полей в соленоидах. Преобразователь поверяемого магнитометра устанавливается в аксиальное отверстие полюсного наконечника так, чтобы его высокочастотная катушка, намотанная на ампулу с рабочим веществом, а также внутренние катушки модуляции оказались в зазоре электромагнита. При этом внутренние катушки модуляции располагаются в зазоре электромагнита так, что формируемое ими магнитное поле направлено вдоль оси полюсов электромагнита. Недостатком данного устройства является значительное изменение конфигурации магнитного поля электромагнита за счет отверстия в одном из его полюсных наконечников и, как следствие, ухудшение однородности поля в зазоре электромагнита, приводящее к ослаблению полезного сигнала и существенному для высокоточных ядерно-резонансных магнитометров увеличению погрешности измерений. Поэтому оно применяется только при поверке магнитометров с преобразователями Холла, имеющими паспортную погрешность от десятых долей до единиц процентов. Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является эталон магнитной индукции 2, содержащий источник постоянного однородного плавно регулируемого магнитного поля в виде многополюсного электромагнита, в межполюсном зазоре одной из пар дополнительной полюсной системы которого помещается преобразователь образцового или поверяемого магнитометра, образцовый магнитометр с преобразователем для измерения магнитных полей в зазорах, внешние катушки модуляции,установленные на дополнительной полюсной системе в области поля рассеяния электромагнита и формирующие модуляционное поле, ориентированное вдоль оси полюсов электромагнита, и источник модуляционного напряжения для питания внешних катушек модуляции. Недостатками данного устройства являются необходимость наличия дополнительной полюсной системы электромагнита и отдельного источника модуляционного напряжения 2 58762009.12.30 для питания внешних катушек модуляции при измерении магнитной индукции источника магнитного поля. Кроме того, поскольку внешние катушки модуляции размещены не в зазоре электромагнита, где поле однородно, а на самой полюсной системе, то она, как ферромагнетик, искажает поле, создаваемое внешними катушками модуляции, что ухудшает точность измерений. Технической задачей настоящей полезной модели является осуществление измерения магнитного поля в зазорах постоянных магнитов и электромагнитов ядерно-резонансными магнитометрами с преобразователями, предназначенными для измерения магнитных полей в соленоидах (с целью их поверки и передачи единицы магнитной индукции нижестоящим средствам измерений и источникам магнитного поля), за счет изменения конструкции, расположения и подключения внешних катушек модуляции при одновременном упрощении устройства при той же точности измерений. Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что она содержит источник постоянного однородного плавнорегулируемого магнитного поля на основе электромагнита, между полюсами которого помещается преобразователь образцового или поверяемого магнитометра, образцовый ядерно-резонансный магнитометр с преобразователем для измерения магнитных полей в зазорах, катушки модуляции которого формируют магнитное поле в направлении оси полюсов электромагнита, внешние катушки модуляции,магнитное поле которых также направлено вдоль оси полюсов электромагнита, и переходной соединитель, внешние катушки модуляции выполнены в виде колец Гельмгольца,которые размещены в зазоре электромагнита и при поверке через переходной соединитель подключены к внутреннему источнику модуляционного напряжения поверяемого ядернорезонансного магнитометра, а внутренние катушки модуляции преобразователя переходным соединителем отключены от него. В отличие от известного из предлагаемой полезной модели исключены дополнительная полюсная система электромагнита и отдельный источник модуляционного напряжения для питания внешних катушек модуляции, дополнительно введен переходной соединитель, внешние катушки модуляции выполнены в виде колец Гельмгольца, которые размещены не на полюсной системе, а в зазоре электромагнита и при поверке через переходной соединитель подключены к внутреннему источнику модуляционного напряжения поверяемого ядерно-резонансного магнитометра, причем внутренние модуляционные катушки преобразователя переходным соединителем отключены от него. На фигуре представлена функциональная схема устройства по заявке. Устройство содержит источник 1 постоянного однородного плавно регулируемого магнитного поля на основе электромагнита, преобразователь 2 для измерения магнитных полей в зазорах магнитов и электромагнитов образцового ядерно-резонансного магнитометра 3, катушки модуляции 4 которого при помещении преобразователя 2 в зазор электромагнита формируют магнитное поле в направлении оси его полюсов, внешние катушки 5 модуляции, выполненные в виде колец Гельмгольца и расположенные в зазоре электромагнита так, что их магнитное поле направлено вдоль оси полюсов электромагнита, и переходной соединитель 6. Внешние катушки 5 модуляции подключаются при поверке через переходной соединитель 6 к внутреннему источнику (на фигуре не показан) модуляционного напряжения поверяемого ядерно-резонансного магнитометра 7. Одновременно внутренние катушки 8 модуляции преобразователя 9 поверяемого магнитометра 7 переходным соединителем 6 отключены от внутреннего источника модуляционного напряжения поверяемого ядернорезонансного магнитометра 7. Для получения необходимого поля модуляции внешние катушки 5 модуляции близки по размерам и электрическим параметрам к внутренним катушкам 8 модуляции и согласованы с внутренним источником регулируемого модуляционного напряжения поверяемого магнитометра 7. 3 58762009.12.30 Работает устройство следующим образом. При протекании стабилизированного постоянного тока выбранной величины через катушки электромагнита источника 1 в его межполюсном зазоре возникает однородное магнитное поле с некоторым заданным стабильным значением магнитной индукции. В зазор электромагнита помещается преобразователь 2 образцового ядерно-резонансного магнитометра 3, предназначенный именно для измерений магнитных полей в зазорах электромагнитов, и регистрируется точное значение магнитной индукции в зазоре. Затем, не меняя величины тока через катушки электромагнита источника 1, в зазор электромагнита помещается преобразователь 9 для измерения магнитных полей в соленоидах поверяемого магнитометра 7. При этом его внутренние катушки 8 модуляции отсоединены от магнитометра 7, а модуляционное поле формируется внешними катушками 5 модуляции, питаемыми от внутреннего источника модуляционного напряжения поверяемого ядерно-резонансного магнитометра 7. После этого величины индукции магнитного поля источника 1, измеренные образцовым 3 и поверяемым 7 магнитометрами, сравниваются, и на основании этого сравнения определяется погрешность измерений поверяемого ядерно-резонансного магнитометра 7,имеющего преобразователь для измерения магнитных полей в соленоидах. Эффективность заявляемой полезной модели обусловлена тем, что она обеспечивает поверку магнитометров с преобразователями для измерения магнитных полей в соленоидах непосредственно в зазоре двухполюсной системы электромагнита в отсутствии снижающих точность измерений дополнительных полюсных систем и отверстий в наконечниках полюсных систем электромагнита. Это достигается за счет размещения внешних катушек модуляции, выполненных в виде колец Гельмгольца, в межполюсном зазоре электромагнита и их подключения при поверке к внутреннему источнику модуляционного напряжения поверяемого магнитометра. В процессе реализации заявляемой полезной модели видимых искажений сигнала ядерного резонанса при включенных внешних катушках модуляции и, как следствие, снижения точности измерений величины магнитной индукции не выявлено. При этом устройство упрощается, так как не требуется дополнительной полюсной системы электромагнита и дополнительного внешнего источника модуляционного напряжения. В то же время чувствительность и точность измерений не ухудшаются, так как отсутствуют дополнительные искажения поля в зазоре, влияющие на его однородность,поскольку внешние катушки модуляции выполнены в виде колец Гельмгольца и расположены в зазоре двухполюсной системы электромагнита, а не на его полюсах. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4