×
20.02.2019
219.016.bc4f

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СЛАБЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ГИГАНТСКОГО МАГНИТНОГО ИМПЕДАНСА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение для измерения слабых магнитных полей. Устройство для измерения слабых магнитных полей на основе эффекта гигантского магнитного импеданса содержит магниточувствительный элемент, выполненный из двух идентичных аморфных ферромагнитных микропроводов в стеклянной оболочке или с удаленной стеклянной оболочкой, размещенных внутри одной многовитковой катушки, причем высокочастотное возбуждение микропроводов осуществляется от многовитковой катушки, а регистрация сигналов с двух микропроводов осуществляется с помощью дифференциального усилителя. Технический результат – повышение точности измерений, уменьшение систематической ошибки выходного сигнала магнитометра в целом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Устройство для измерения слабых магнитных полей на основе эффекта гигантского магнитного импеданса относится к области измерительной техники и может найти применение для измерения слабых магнитных полей, например, при обнаружении природных магнитных аномалий, разведки месторождений, а также в биомедицинских и технических приложениях.

Известно устройство для измерения слабых магнитных полей (Патент RU №2118834. Устройство для измерения слабых магнитных полей (варианты) / А.С. Антонов и др. - опубл. 10.09.1998), которое содержит магниточувствительный элемент (МЧЭ), выполненный в виде проводника из аморфного ферромагнитного микропровода (АФМ), катушку индуктивности, источник переменного тока и измеритель напряжения на концах катушки индуктивности. При этом проводник имеет магнитную анизотропию с легкой осью, направленной перпендикулярно к продольной оси провода (циркулярная анизотропия). Поэтому при отсутствии внешнего магнитного поля результирующий магнитный момент вблизи поверхности провода направлен циркулярно, то есть перпендикулярно к его продольной оси. Особенностью такого устройства являются, с одной стороны, жесткие требования к характеристикам используемого АФМ (т.е. наличие строгой циркулярной анизотропии и отсутствие структурных дефектов), а с другой - упрощенный вариант схемы регистрации полезного сигнала, который не позволяет учитывать, например, знак регистрируемого магнитного поля.

Также известно устройство для измерения компоненты индукции магнитного поля вдоль продольной оси микропровода (Патент ЕР №1343019. Magnetic field detection device / Sumi Kasumasa et al. - publ. data 10.09.2003.). В этом устройстве, содержащем МЧЭ, выполненный из АФМ в стеклянной оболочке, используют токовое возбуждение от импульсного генератора. При этом АФМ размещен внутри приемной многовитковой катушки, выход которой подключен к входу ключевого фазового детектора, управляемого импульсами от импульсного генератора возбуждения. Выход ключевого фазового детектора подключен к накопительному конденсатору и соединен с входом усилителя постоянного тока. Выход усилителя постоянного тока соединен с регистратором и через цепь отрицательной обратной связи связан с дополнительной катушкой, намотанной вокруг приемной катушки.

Недостатком последнего является сложность оптимизации параметров импульсов возбуждения генератора, необходимых для получения передаточной характеристики с максимальной линейностью и крутизной в процессе настройки. Это связано с тем, что постоянная и переменная составляющие возбуждающих импульсов взаимосвязаны. Также к недостаткам рассматриваемого устройства следует отнести возможное прямое воздействие электромагнитных помех в широкой полосе частот на приемную катушку от внешних источников и порождение нежелательных переходных процессов в приемной катушке за счет импульсного характера возбуждения АФМ с относительно высокой скважностью следования импульсов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению, т.е. прототипом, является магнитометр на эффекте гигантского магнитного импеданса (Патент RU №130409 U1 Магнитометр на эффекте гигантского магнитного импеданса / Гудошников С.А. и др., опубл. 20.07.2013), который содержит МЧЭ, выполненный из АФМ в стеклянной оболочке, источник постоянного тока смещения с ограничительным резистором, два разделительных конденсатора, генератор возбуждения, узкополосный усилитель, фазовращатель, фазовый детектор, усилитель постоянного тока, цепь отрицательной обратной связи и регистратор. При этом АФМ размещен внутри приемной многовитковой катушки, источник постоянного тока смещения подключен к АФМ через ограничительный резистор. Генератор возбуждения представляет собой генератор синусоидального сигнала, первый выход которого через первый разделительный конденсатор соединен с АФМ, а второй выход через фазовращатель соединен со вторым входом фазового детектора, первый вход которого подключен к выходу узкополосного усилителя, вход которого через второй разделительный конденсатор соединен с выходом приемной многовитковой катушки. Выход фазового детектора через усилитель постоянного тока подключен к регистратору и через резистор отрицательной обратной связи к выходу приемной многовитковой катушки.

Недостаток прототипа заключается в том, что вследствие наличия геликоидальной магнитной структуры АФМ, передаточная центрально-симметричная характеристика магнитометра смещена относительно нулевого значения магнитного поля. Это приводит к появлению смещения выходного напряжения магнитометра и соответствующей систематической ошибки в показаниях значения магнитного поля.

Решаемая техническая задача заключается в минимизации смещения передаточной характеристики магниточувствительного элемента, увеличению крутизны преобразования его передаточной характеристики в два раза и увеличению помехозащищенности, что приводит к повышению точности измерений и уменьшению систематической ошибки выходного сигнала магнитометра в целом. Предлагаемый подход состоит в модернизации конструкции МЧЭ и условий его возбуждения, которые приводят к решению поставленной задачи.

Технически поставленная задача решается следующим образом.

Конструктивно в МЧЭ добавляют второй АФМ, идентичный первому (по составу и геометрическим размерам) и располагают его параллельно, рядом с первым АФМ внутри катушки. При этом возбуждающий токовый сигнал проходит через катушку, создающую возбуждающее переменное магнитное поле, а измерение полезного сигнала осуществляют с двух АФМ с помощью дифференциального усилителя.

В отличие от прототипа, в котором высокочастотный токовый сигнал проходит через АФМ, расположенный внутри приемной катушки, в предлагаемом устройстве высокочастотный токовый сигнал поступает в катушку, аналогичную по исполнению используемой в прототипе, но выполняющую роль возбуждающей, внутри которой располагаются два АФМ, выполняющих роль приемных элементов. За счет использования двух АФМ, соединенных последовательно и помещенных внутрь возбуждающей катушки, осуществляется удвоение полезного сигнала и компенсация несимметричности характеристики АФМ.

В предлагаемое устройство, содержащее МЧЭ, источник постоянного тока смещения, генератор возбуждения, второй выход которого соединен через фазовращатель с одним из входов детектора, а его выход через усилитель постоянного тока подключен к регистратору и цепи отрицательной обратной связи, дополнительно введены, разделительный конденсатор и ограничительный резистор. При этом, МЧЭ выполнен из двух идентичных АФМ в стеклянной оболочке или с удаленной стеклянной оболочкой, соединенных последовательно между собой и параллельно размещенных внутри многовитковой катушки возбуждения. Источник постоянного тока смещения через два (первый и дополнительный) ограничительных резистора подключен к двум последовательно соединенным АФМ, другой вход фазового детектора соединен с выходом дифференциального усилителя, имеющего два входа, которые через разделительные конденсаторы соединены с соответствующими концами двух АФМ. Выход усилителя постоянного тока через резистор цепи отрицательной обратной связи соединен с возбуждающей многовитковой катушкой.

Предлагаемое решение иллюстрируется следующим графическим материалом:

На рис. 1 представлена блок-схема устройства для измерения слабых магнитных полей на основе эффекта гигантского магнитного импеданса;

На рис. 2 представлены графики зависимостей выходного сигнала устройства от приложенного внешнего магнитного поля для схемы с высокочастотным возбуждением от многовитковой катушки, при регистрации сигнала от АФМ 1 (кривая 1), при регистрации сигнала от АФМ 1* (кривая 2) и при регистрации сигнала от двух АФМ (предлагаемое решение, кривая 3).

На рис.1 два АФМ 1 и 1*, подсоединены через ограничительные резисторы R1 и R1* к источнику постоянного тока смещения 3. При этом оба АФМ 1 и 1* размещены внутри (на рис. 1 не показано) возбуждающей многовитковой катушки 4, соединенной через разделительный конденсатор С1 с генератором возбуждения 2. При этом оба АФМ 1 и 1* соединены также через разделительные конденсаторы С2 и С2* с соответствующими входами дифференциального усилителя 5, выход которого соединен с первым входом фазового детектора 6, а второй вход фазового детектора 6 соединен с генератором возбуждения 2 через фазовращатель 7. Выход фазового детектора 6 соединен с входом усилителя постоянного тока 8, выход которого соединен через резистор цепи отрицательной обратной связи R2 с возбуждающей многовитковой катушкой 4, а также со входом регистратора 9.

Работает устройство следующим образом.

Находящиеся во внешнем магнитном поле АФМ 1 и 1*, через которые пропускается постоянный ток через резисторы R1 и R1* от источника постоянного тока смещения 3, возбуждаются от высокочастотного сигнала возбуждающей многовитковой катушки 4, по которой через конденсатор С1 протекает переменный ток от генератора возбуждения 2 с частотой ƒ.

Высокочастотные сигналы АФМ 1 и 1* частоты ƒ через конденсаторы С2 и С2* поступают на вход дифференциального усилителя 5, выходной сигнал которого поступает на первый вход фазового детектора 6, а на второй вход фазового детектора 6 подводится опорное напряжение частоты ƒ от генератора возбуждения 2 через фазовращатель 7 для получения максимального коэффициента передачи. Выходное напряжение фазового детектора 6 усиливается усилителем постоянного тока 8. Это напряжение пропорционально величине компоненты внешнего магнитного поля, действующей на оба АФМ 1 и 1* вдоль их продольной оси. Выходное напряжение усилителя постоянного тока 8 поступает через резистор цепи отрицательной обратной связи R2 в возбуждающую многовитковую катушку 4 в виде тока обратной связи и на вход регистратора 9.

Частота ƒ генератора возбуждения 2 обычно выбирается в пределах от 1 до 20 МГц. Следует отметить, что с ростом частоты ƒ сигнал с двух АФМ 1 и 1* возрастает, однако применение более высоких частот возбуждения, по сравнению с указанными выше, может приводить к усложнению конструкции электронных узлов.

В изготовленном макете устройства для измерения слабых магнитных полей на основе эффекта гигантского магнитного импеданса в качестве двух АФМ использовались два отрезка микропровода длиной 6 мм с ферромагнитной жилой диаметром 21,4 мкм состава Co67Fe3.85Ni1.45B11.5Si14.5Mo1.7 в стеклянной оболочке диаметром 26,4 мкм. Оба отрезка АФМ были помещены внутрь возбуждающей катушки диаметром 0,5 мм, внутренний диаметр которой составляет ~ 0,2 мм и содержащей 80 витков.

В режиме настройки устройства для измерения слабых магнитных полей на основе эффекта гигантского магнитного импеданса обратную связь отключают (разрывают цепь между выходом фазового детектора и резистором R2), а в области расположения АФМ создают тестовое низкочастотное магнитное поле амплитудой ±12 Э, направленное вдоль оси АФМ. Тестовое низкочастотное поле создают с помощью внешней системы колец Гельмгольца. Возбуждение осуществляют через возбуждающую многовитковую катушку 4 синусоидальным током частотой 4 МГц и амплитудой порядка 2 мА. Выходной сигнал устройства для измерения слабых магнитных полей на основе эффекта гигантского магнитного импеданса, изменяющийся под действием прикладываемого тестового низкочастотного магнитного поля, записывают с помощью регистратора. На рис. 2 приведены графики зависимостей выходного сигнала устройства от приложенного внешнего магнитного поля для схемы с возбуждением от многовитковой катушки, при регистрации сигнала от АФМ 1 (кривая 1), при регистрации сигнала от АФМ 1* (кривая 2) и при регистрации сигнала от двух АФМ (предлагаемое решение, кривая 3).

Как следует из представленных на рис.2 данных, использование предложенной схемы МЧЭ и его возбуждения приводит к значительному уменьшению смещения передаточной характеристики МЧЭ, удвоению крутизны преобразования передаточной характеристики, достижению ее линейности во внешнем магнитном поле в пределах ±Hs=±1 Э. На рис. 2 показано, что величина смещения ΔН, в предлагаемом решении (кривая 3) приближается к нулевому значению.

После окончания настройки устройства для измерения слабых магнитных полей на основе эффекта гигантского магнитного импеданса, связанной с выбором оптимального постоянного тока смещения, восстанавливают обратную связь (связь между выходом фазового детектора 6 и резистором R2), а тестовое низкочастотное магнитное поле отключают. Включение обратной связи расширяет пределы измерений и дополнительно линеаризует передаточную характеристику устройства для измерения слабых магнитных полей на основе эффекта гигантского магнитного импеданса, уменьшая тем самым погрешность измерений магнитного поля.

Таким образом, модернизация конструкции МЧЭ и условий его возбуждения позволяет минимизировать смещение передаточной характеристики МЧЭ, увеличить ее крутизну в два раза, снизить проникновение электромагнитных помех в тракт усиления сигнала за счет вычитания синфазной помехи, что приводит к уменьшению систематической ошибки выходного сигнала устройства и повышению в целом точности измерения слабых магнитных полей.

Литература.

1. Патент RU №2118834. Устройство для измерения слабых магнитных полей (варианты) / А.С.Антонов и др. - опубл. 10.09.1998.

2. Патент ЕР №1343019. Magnetic field detection device / Sumi Kasumasa et al. - publ. data 10.09.2003.

3. Патент RU №130409 Ul Магнитометр на эффекте гигантского магнитного импеданса / Гудошников С.А. и др., опубл. 20.07.201


УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СЛАБЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ГИГАНТСКОГО МАГНИТНОГО ИМПЕДАНСА
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СЛАБЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ГИГАНТСКОГО МАГНИТНОГО ИМПЕДАНСА
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СЛАБЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ГИГАНТСКОГО МАГНИТНОГО ИМПЕДАНСА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 39 items.
27.01.2013
№216.012.1f5b

Способ изготовления малогабаритных зарядов смесевого ракетного твердого топлива и технологическая линия для его осуществления

Способ включает подготовку окислителя со смешиванием и усреднением его фракций, приготовление топлива, содержащего ВВ, формование зарядов заливкой топливной массы в изложницы, собранные с калиброванными бронечехлами из резиноподобного материала на основе бутадиеннитрильного каучука,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473528
Дата охранного документа: 27.01.2013
20.02.2013
№216.012.26da

Состав для получения макетных зарядов

Изобретение относится к ракетной технике, а именно разработке имитаторов смесевого твердого топлива (СТРТ), используемых при обкатке технологического оборудования опасных производств по изготовлению малогабаритных вкладных зарядов СТРТ массового производства, отработке процессов механической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475466
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.02.2013
№216.012.2bac

Заряд с воспламенителем для стартового двигателя малогабаритной ракеты

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к зарядам твердого ракетного топлива с воспламенителем для стартового двигателя малогабаритной ракеты. Заряд выполнен из баллиститного твердого ракетного топлива, а воспламенитель содержит навеску дымного ружейного пороха и электрозапал. Заряд...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476707
Дата охранного документа: 27.02.2013
20.07.2013
№216.012.56e4

Бронечехол для вкладного заряда из смесевого твердого топлива к ракетному двигателю

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к бронечехлу для бронепокрытия к вкладному заряду из смесевого твердого топлива (СТТ) к маршевому ракетному двигателю (РД) переносных зенитных ракетных комплексов (ПЗРК). Бронечехол для вкладного заряда из смесевого твердого топлива к ракетному...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487852
Дата охранного документа: 20.07.2013
27.10.2013
№216.012.7a70

Заряд твердого ракетного топлива для разгонно-маршевого ракетного двигателя управляемой ракеты

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к зарядам твердого ракетного топлива для разгонно-маршевого ракетного двигателя управляемой ракеты переносных зенитных ракетных комплексов. Заряд твердого ракетного топлива включает топливную шашку-моноблок, бронированную по заднему торцу и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497006
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.12.2013
№216.012.8a16

Способ определения проницаемости преграды для зондирующего излучения сверхширокополосного радара

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для оценки достоверности результатов поиска живых людей за непрозрачными преградами с использованием сверхширокополосного (СШП) радара путем проведения исследований по определению проницаемости преграды для используемого при поиске радара....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501032
Дата охранного документа: 10.12.2013
27.12.2013
№216.012.909f

Устройство формования зарядов торцевого горения из смесевого твердого топлива

Изобретение относится к области изготовления зарядов смесевого твердого топлива, формуемым свободным литьем непосредственно в бронечехол, предварительно установленный в пресс-форму (изложницу). В устройстве формования, содержащем стальной корпус, дно с опорой на подставку и бронечехол,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502716
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.01.2014
№216.012.94ad

Технологическая линия получения льняного волокна

Изобретение относится к области обработки льняной тресты на технологической линии получения льняного волокна для пороховой промышленности и гражданского назначения. Технологическая линия получения льняного волокна содержит последовательно установленные по ходу технологического процесса сушилку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503755
Дата охранного документа: 10.01.2014
10.02.2014
№216.012.9f77

Осколочно-фугасный снаряд

Изобретение относится к боеприпасам, а именно, к осколочно-фугасным снарядам для танковых пушек с раскрывающимися после вылета снаряда из ствола лопастями стабилизатора. Осколочно-фугасный снаряд содержит корпус, головной взрыватель, заряд взрывчатого вещества, хвостовой аэродинамический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506531
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.03.2014
№216.012.ad09

Способ определения адгезионной прочности скрепления бронепокрытия с зарядом твердого ракетного топлива

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к способу определения адгезионной прочности скрепления бронепокрытия с зарядом твердого ракетного топлива. Способ включает изготовление от забронированного натурного заряда или его «спутника» «образца-диска» с центральным отверстием, выполнение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510012
Дата охранного документа: 20.03.2014
Showing 1-10 of 33 items.
10.12.2013
№216.012.8a16

Способ определения проницаемости преграды для зондирующего излучения сверхширокополосного радара

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для оценки достоверности результатов поиска живых людей за непрозрачными преградами с использованием сверхширокополосного (СШП) радара путем проведения исследований по определению проницаемости преграды для используемого при поиске радара....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501032
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.04.2014
№216.012.b877

Способ формирования биосовместимой полимерной структуры

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и к биотехнологии, и может быть использовано для формирования биосовместимой полимерной структуры в костных тканях. Для этого обеспечивают пункционный доступ к заполняемой полости в костных тканях. Далее вводят в полость полимерную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002512950
Дата охранного документа: 10.04.2014
20.11.2014
№216.013.0652

Способ лечения гиперактивного мочевого пузыря у детей

Изобретение относится к медицине, а именно к физиотерапии. Способ включает одновременное воздействие ультразвуком и электрическим током на проекцию мочевого пузыря. При этом воздействие ультразвуком воздействие проводят интенсивностью 0,2-0,4 Вт/см, с частотой от 1 до 3 МГц. Электроимпульсное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533019
Дата охранного документа: 20.11.2014
20.04.2015
№216.013.446a

Способ коррекции двигательных нарушений у детей со спатическими формами дцп

Изобретение относится к медицине, а именно к неврологии и физиотерапии. На второй день после проведения ботулинотерапии проводят 10 процедур миоэлектростимуляции аппаратом «Ионосон-Эксперт». При этом сначала воздействуют амплитудно-модулированными токами средней частоты с частотным диапазоном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549012
Дата охранного документа: 20.04.2015
10.06.2015
№216.013.507b

Датчик измерения механических напряжений

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой датчик механических напряжений. Датчик включает прямоугольную пластину из полимерного материала, на верхней поверхности которой сделано углубление, в котором помещается детектор, при этом внутри прямоугольной пластины вдоль...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552124
Дата охранного документа: 10.06.2015
20.09.2015
№216.013.7b90

Способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы ребенка в процессе его роста на ранних этапах развития патологии

Изобретение относится к медицине, функциональной диагностике внутренних болезней. Определяют показатели сердечно-сосудистой системы: скорость распространения пульсовой волны в аорте (СРПВ, м/с), центральное давление на аорте (ЦАД, мм рт.ст.), пульсовое давление (ПАД, мм рт.ст.), среднее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563229
Дата охранного документа: 20.09.2015
20.10.2015
№216.013.87af

Устройство для защиты от электромагнитного излучения

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для создания экранов и панелей, поглощающих электромагнитное излучение (далее ЭМИ) в широком СВЧ-диапазоне. Техническим результатом от использования предложенного устройства для защиты от ЭМИ является снижение коэффициента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566338
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.12.2015
№216.013.9d25

Добавка к питательной среде для формирования бактериальных биопленок (варианты)

Группа изобретений относится вариантам добавок к питательной среде для формирования бактериальных биопленок. Предложена добавка, состоящая из биополимера фибрина в количестве от 0,05 г до 10 г на 1 кг питательной среды и ингибитора протеиназ. Также предложена добавка, которая состоит из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571854
Дата охранного документа: 20.12.2015
10.02.2016
№216.014.c554

Быстродействующий широкодиапазонный инфракрасный микроболометрический детектор

Изобретение относится к инфракрасной технике и может быть использовано при изготовлении микроболометрических матриц, детектирующих излучение в двух инфракрасных (ИК) диапазонах с длинами волн 3-5 мкм и 8-14 мкм, соответствующих окнам прозрачности атмосферы. Инфракрасный микроболометрический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574524
Дата охранного документа: 10.02.2016
10.04.2016
№216.015.31d0

Способ изготовления упругого элемента микромеханического устройства

Изобретение может быть использовано для создания упругих подвесов, торсионов и других элементов (например, балок, мембран, струн) микромеханических устройств, например кремниевых гироскопов и акселерометров. Способ изготовления упругого элемента микромеханического устройства заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580910
Дата охранного документа: 10.04.2016
+ добавить свой РИД