Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
популярных вариантов индукционного датчика (рис. 4.6). Он состоит из трех
соосных катушек, две из которых (компенсирующие) расположены симметрично
по отношению к третьей (измерительной), включены ей навстречу и содержат
одинаковое число витков. Центральная катушка, в которую при измерениях
помещается образец, содержит приблизительно вдвое большее число витков,
так что в отсутствие образца сигнал с датчика достаточно мал (если все
три катушки расположены в области, где поле почти однородно). Чем больше
амплитуда поля, чем меньше длительность импульса и магнитный момент
исследуемого образца, тем острее встает вопрос о степени компенсации
датчика, т.е. об амплитуде сигнала с датчика в отсутствие образца. При В
" 100 Тл магнитный поток, создаваемый полем, как правило, более чем на
два порядка больше, чем магнитный поток от образца, что требует
применения специальных методов компенсации, так как обычная методика
(намотка на одну из катушек дополнительных витков) не позволяет достичь
степени компенсации лучшей 10"3. И последнее - амплитуда сигнала,
поступающего с датчика в отсутствие образца, составляет 10_3 ЭДС,
наводимой полем в центральной катушке. Эта ЭДС обычно составляет
несколько сот вольт, так что амплитуда сигнала с датчика в отсутствие
образца при степени компенсации 10-3 в таком случае не превышает сотен
милливольт.
Для более точной компенсации паразитного сигнала, наведенного магнитным
полем, последовательно с катушками датчика подключаются цепи амплитудной
и фазовой коррекции (рис. 4.7). Однако в реальных условиях добиться
лучшей, чем ИГ4, компенсации последовательно (как у Джекобса и Лоуренса)
расположенных измерительных катушек не удается даже с применением таких
корректирующих цепей. Причина этого - невозможность обеспечить в
импульсном соленоиде достаточно высокую степень однородности поля в
области, где находится датчик (из-за конечных размеров соленоида и
датчика). Кроме того, деформация соленоида во время импульса поля
приводит к значительным фазовым сдвигам сигналов, индуцируемых в катушках
Кх и К2 + К3; механизм возникновения таких изменений сигнала
индукционного датчика будет рассмотрен позже. Поэтому в установках с В/п
> 20 Тл широко используется другой вариант индукционного датчика (рис.
4.8). В этом варианте собственно датчик состоит из двух катушек, причем
компенсирующая катушка К2 намотана поверх измерительной (К,), внутрь
которой помещен образец. Такое ''параллельное" (одна поверх другой)
расположение катушек в датчике делает его меньше по высоте, что даег
возможность поместить всю чувствительную его часть в область
115
Рис. 4.7. Мостовая схема дополнительной компенсации индукционного датчика
(/Сь К2 и К3 - соответственно измерительная и компенсирующие катушки; /Q,
К$ - катушки в цепях фазовой и амплитудной коррекции; К5 служит, как это
изображено на рисунке, датчиком поля)
Рис. 4.6. Индукционный датчик с последовательным (одна за другой)
расположением катушек (К\, К2, К3 - соответственно измерительная и
компенсирующие катушки; О - образец)
с достаточно однородным магнитным полем, в которой к тому же меньше
сказываются деформации соленоида во время импульса. И хотя часть
полезного сигнала катушки Кх компенсируется сигналом с близко
расположенной к ней катушки К2, лучшее (чем в варианте последовательного
расположения секций) отношение сигнал - шум позволяет восполнить эти
потери и достичь большей чувствительности измерительной схемы.
При достаточно медленном нарастании магнитной индукции (менее 104 Тл/с)
использование LCR-цепей для амплитудной и фазовой коррекции дает
возможность получить очень высокую степень компенсации паразитного
сигнала с датчика - до 1(Г6 [60, 131]. В значительной мере зто
обусловлено использованием импульсного соленоида специальной конструкции,
который претерпевает весьма малые деформации во время импульса поля (см.
п. 2.2.2). Основная и компенсирующая катушки датчика наматывались внавал
проводом ПЭВЛ диаметром 0,05 мм на цилиндрический плексигласовый каркас и
имели 1000 и 600 витков со-
116
Рис. 4.8. Индукционный датчик с ''параллельным" (одна поверх другой)
расположением катушек (/Cj, К2 - измерительная и компенсирующая катушки;
О -образец)
Рис. 4.9. Амплитудно-частотная характеристика индукционного датчика с
высокой степенью компенсации (А - амплитуда выходного сигнала с датчика,
на катушки которого подано напряжение постоянной амплитуды; / - частота
входного напряжения)
ответственно. Длина катушек 7, внутренний диаметр 5, наружный
8,5 мм; между катушками датчика наматывалась лента-изолятор (три-четыре
слоя тефлоновой пленки толщиной 20 мкм) для предотвращения электрического
пробоя. Компенсация датчика с точностью до одного витка осуществляется
изменением числа витков в одной из его катушек. Дальнейшее ослабление
паразитного сигнала раскомпенсации проводилось подбором напряжений с
цепей амплитудной и фазовой коррекции, подключенных к датчику так, как
