Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
j Too
ивыхтоо = - / ^вх(Оехр RC о
Too - t RC{KK+ 1)
dt.
(4.4)
Из сравнения (4.3) и (4.4) видно преимущество интегратора Миллера по
сравнению с интегрирующей /?С-цепью: при заданной амплитуде выходного
сигнала отклонение от точного интегрирования становится меньше в Ки раз,
при заданной же относительной погрешности амплитуда выходного сигнала
возрастает в Ки раз. Поэтому большие по длительности импульсы (г00 > 10"2
с) интегрируются обычно с помощью интеграторов Миллера. В то же время
пассивные интеграторы обеспечивают лучшую стабильность постоянной времени
интегрирования. И здесь выбор типа интегратора диктуется конкретными
задачами эксперимента.
Если не применять современной регистрирующей цифровой техники, то
основное влияние на точность индукционного измерения напряженности СМП
оказывает точность воспроизведения сигнала на экране осциллографа. Для
обеспечения погрешности не хуже нескольких процентов необходимо регулярно
проверять градуировку каналов усиления и линейность воспроизведения
сигналов на экране осциллографа.
Разработанные в 70-е годы цифровые регистраторы однократных процессов
(РОП) позволили существенно уменьшить погрешность измерений в импульсных
полях (в том числе и Н) - до 0,01%. Существенное отличие от аналоговых
регистрирующих приборов, к которым относится и осциллограф, заключается в
том, что применение цифрового способа записи сигнала наряду с повышением
точности обеспечивает простоту связи с ЭВМ для сбора, хранения и
последующей обработки данных (подробнее - см. § 4.2).
4.1.2. Магнитооптический метод. В его основе лежит эффект Фарадея -
поворот на угол \pF плоскости поляризации линейно поляризо-106
а) % 1
h' Ч /1 ч
1 / V w Ц/г J и V 0
У
б)
Г\ А Ч1'2\- ^
\) - v_Ak 3 1- 4
Рис. 4.3, Схема измерения напряженности магнитного поля магнитооптическим
методом [10]:
а - проходного типа; б - с отражением; 1 - источник света; 2 -
поляризаторы; 3 - образец-датчик; 4 - фильтр; 5 - фотоумножитель; 6 -
световод; 7 - зеркало
ванного светового луча, проходящего через изотропную среду, находящуюся в
магнитном поле:
*р = VFiB- (4.5)
Здесь Vf - постоянная Верде; / - длина оптически активной среды (световой
луч параллелен направлению поля). Постоянная Верде зависит от материала
датчика, что делает необходимым проведение его градуировки в поле
известной напряженности.
В устройстве для магнитооптических измерений напряженности СМП (рис. 4.3
,а) пучок неполяризованного света проходит через поляризатор, формирующий
пучок с линейной поляризацией, образец-датчик, в котором в магнитном поле
происходит вращение плоскости поляризации света, и через анализа^Яр (по
сути, это тоже поляризатор). Интенсивность /у света, прошедшего через
образец и анализатор,
= 7/0cos3
fp >
(4.6)
где 1[0 - интенсивность прошедшего света в отсутствие магнитного поля.
После анализатора свет преобразуется фотоумножителем в электрический
сигнал, который регистрируется осциллографом или с помощью РОП (см. §
4.2). В устройстве рассмотренного типа свет однократно проходит через
образец. Возможен иной вариант - с отражением (рис. 4.3,6), при этом свет
проходит через образец дважды.
107
Преимущество магнитооптического способа очевидно: в область поля не
вводится никаких электрических цепей и, следовательно, исключаются
сильные электромагнитные наводки на измерительную часть установки,
неизбежные при генерации импульсных СМП и особенно большие при Вт > 50
Тл. Помимо того, магнитооптический метод сравнительно прост и обладает
прекрасными частотными характеристиками, а именно практически
безынерционен при достигнутых в настоящее время длительностях импульса
предельных СМП (т00 ~ 0,1 мкс). Точность измерения напряженности поля по
эффекту Фарадея определяется в основном точностью измерения постоянной
Верде материала датчика, так как погрешности определения у и / можно
свести к десятым долям процента.
4.1.3. Резонансный метод. Благодаря тому, что спектр электронного
парамагнитного резонанса (ЭПР) в ряде веществ имеет очень узкие линии
(полуширина резонансной линии менее 10"4 Тл), можно измерять магнитную
индукцию с очень большой точностью.
Явление ЭПР состоит в резонансном поглощении веществом, содержащим
нескомпенсированные магнитные моменты, электромагнитного излучения (как
правило, в диапазоне длин волн от 3 см до 300 мкм) во вполне определенном
магнитном поле. Индукция поля Врез, в котором наблюдается максимум
поглощения, линейно зависит от частоты излучения со
^рез = W'l'g > (4.7)
где уе = 1,7608 • 103 Тл/с для дифенилпикрилгидразила, обычно
используемого при измерениях поля методом ЭПР.
Изменяя частоту со СВЧ-генератора, мы тем самым меняем и Врез. Построив
зависимость Врез от силы тока через соленоид или напряжения на
конденсаторной батарее, можно проградуировать импульсный соленоид.
Точность такой градуировки определяется в основном точностью
регистрирующей техники, и в случае применения особо точных РОП
