×
17.05.2019
219.017.52bc

Тонкопленочный градиентометр

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области измерительной техники, более конкретно – к устройствам для измерения градиентов слабых магнитных полей. Раскрыт тонкопленочный градиентометр, для измерения градиентов слабых магнитных полей, включающий два чувствительных элемента, разнесенных в пространстве и имеющих сонаправленные оси максимальной чувствительности. При этом чувствительные элементы выполнены на основе резонаторов с тонкими магнитными пленками, каждый чувствительный элемент имеет отдельную компенсационную схему измерений и отдельную систему формирования магнитного поля смещения, а СВЧ-сигнал накачки резонаторов чувствительных элементов формируется одним общим СВЧ-генератором с усилителем мощности. Изобретение обеспечивает снижение величины шумов градиентометра и расширение рабочей полосы частот. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области измерительной техники, а более конкретно - к устройствам измерения градиентов слабых магнитных полей.

Известен класс приборов [Афанасьев, Ю.В. Средства измерений параметров магнитного поля / Ю.В. Афанасьев, Н.В. Студенцов, В.Н. Хорев, Е.Н. Чечурина, А.П. Щелкин. - Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1979. - 320 с., ил.], предназначенных для измерения градиента магнитного поля. Такие приборы находят широкое применение в магниторазведочных работах, каротажных исследованиях, магнитной дефектоскопии, при поиске массивных ферромагнитных объектов, в исследованиях магнитных полей биологических объектов и т.д. Чувствительная схема однокомпонентного градиентометра обычно состоит из двух включенных дифференциально измерительных преобразователей магнитной индукции, разнесенных на некоторое расстояние, называемой базой. В такой схеме построения градиентометра собственные шумы магнитометров являются некоррелированными, в результате чего происходит суммирование этих шумов на вычитающем элементе градиентометра.

Известна конструкция градиентометра, охваченного общей обратной связью [Патент США №6339328, МПК G01R 33/02, опубл. 01.15.2002], состоящего, по крайней мере, из двух датчиков магнитного поля (магнитометров), при этом как минимум у двух магнитометров направления максимальной чувствительности ориентированы соосно. В качестве датчиков магнитного поля могут быть использованы СКВИД-магнитометры, датчики Холла, феррозондовые магнитометры или магниторезистивные магнитометры. Магнитометр также включает вычислительный блок, на основе которого в цифровом виде реализованы алгоритмы адаптивной балансировки выходных сигналов магнитометров. В предпочтительном варианте исполнения градиентометр может содержать как минимум восемь магнитометров в трехмерном варианте компоновки и набор из трех пар общих ортогональных колец Гельмгольца, включенных в цепь обратной связи, по одной паре колец на каждое направление х, у, z, таким образом, что пять независимых компонент градиента магнитного поля могут быть измерены. Градиентометр также может использоваться для измерения компонентов градиента магнитного поля второго и более высокого порядка.

Известна конструкция градиентометра, имеющего в составе дополнительный магнитометр, предназначенный для реализации схемы вычитания постоянной составляющей магнитного поля из других магнитометров [Патент США №5122744, МПК G01R 33/035, опубл. 16.06.1992]. Такой градиентометр имеет, по крайней мере, три векторных (трехкомпонентных) СКВИД-магнитометра. Градиентометр включает опорный магнитометр и множество измерительных магнитометров, причем сигнал опорного магнитометра предназначен для компенсации постоянной составляющей магнитного поля, осуществляемой цепью обратной связи с компенсационными катушками. Подобным образом могут быть построены и схемы измерения градиентов более высокого порядка.

Недостатком известных конструкций является отсутствие возможности обеспечить одновременно высокую чувствительность градиентометра и широкую полосу частот с помощью предлагаемых магнитных датчиков. Как известно, при использовании в качестве чувствительных элементов градиентометра высокочувствительных СКВИД-магнитометров или феррозондовых магнитометров возможно достижение высокой чувствительности устройства только в ограниченном диапазоне частот - как правило, с верхней граничной частотой не более 10 кГц. Кроме того, известным недостатком СКВИД-магнитометров является необходимость их охлаждения до криогенных температур, что значительно затрудняет их практическое использование. Широкая полоса частот реализуется при использовании в качестве чувствительных элементов градиентометра датчиков Холла или магниторезистивных магнитометров, однако такие устройства обладают низкой чувствительностью.

Известна конструкция трехкомпонентного градиентометра, работающего при комнатной температуре [Koch, R.Н. Room temperature three sensor magnetic field gradiometer / R.H. Koch, G.A. Keefe, G. Allen // Review of Scientific Instruments, - 1996. - Vol. 67. - №1. - P. 230-235 (прототип)]. Устройство содержит трехкомпонентные феррозондовые магнитометры, не требующие охлаждения до криогенных температур. Для каждого из направлений измерений в конструкции предусмотрен опорный феррозондовый магнитометр, измеряющий магнитной поле. Выходной сигнал опорного магнитометра усиливается, буферизируется и прикладывается через переменные резисторы к двум компенсационным катушкам, внутри каждой из которых расположен измерительный феррозондовый магнитометр. Величины сопротивлений резисторов подбираются таким образом, чтобы при нахождении конструкции в однородном поле оба измерительных градиентометра находились в нулевом магнитном поле. Разница между выходными сигналами измерительных магнитометров, деленная на расстояние между ними (базу градиентометра), есть градиент магнитного поля в данном направлении. Описанный градиентометр взят за прототип заявленного изобретения.

Недостатком прототипа является его относительно низкая чувствительность, обусловленная высоким уровнем шумов используемых в его конструкции феррозондовых магнитометров. Кроме того, феррозондовые магнитометры имеют узкую полосу рабочих частот, как правило верхняя граничная частота которых не более 10 кГц.

Техническим результатом заявленного технического решения является снижение величины шумов градиентометра и расширение рабочей полосы частот.

Технический результат достигается тем, что в тонкопленочном градиентометре, для измерения градиентов слабых магнитных полей, включающем два чувствительных элемента, разнесенных в пространстве и имеющих сонаправленные оси максимальной чувствительности, новым является то, что чувствительные элементы выполнены на основе резонаторов с тонкими магнитными пленками, каждый чувствительный элемент имеет отдельную компенсационную схему измерений и отдельную систему формирования магнитного поля смещения, а СВЧ-сигнал накачки резонаторов чувствительных элементов формируется одним общим СВЧ-генератором с усилителем мощности.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается использованием высокочувствительных магнитометров на основе резонаторов с тонкими магнитными пленками, причем существенным отличием является использование для двух магнитометров градиентометра одного общего генератора СВЧ-накачки.

Таким образом, перечисленные выше отличительные от прототипа признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».

Заявляемое изобретение представляет собой совокупность известных элементов, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, но совместное использование этих элементов в такой функциональности не следует явным образом из известного уровня техники и способствует снижению величины шумов градиентометра и расширению рабочей полосы частот.

На основании вышеизложенного, заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Данное изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 показана печатная плата градиентометра с установленными электронными компонентами; на фиг. 2 показана конструкция градиентометра.

На многослойной печатной плате (1) тонкопленочного градиентометра (фиг. 1) размещен генератор (2) СВЧ-накачки, выход которого подключен к усилителю (3) мощности. Выход усилителя (3) мощности подключен параллельно к конденсаторам (4) и полосковым линиям (5) двух датчиков градиентометра. Тонкие магнитные пленки (ТМП) (6) размещены под полосковыми линиями (5) таким образом, чтобы высокочастотное магнитное поле было направлено строго вдоль оси трудного намагничивания ТМП. Величины емкостей конденсаторов (4) и индуктивностей полосков (5) выбраны таким образом, чтобы резонансные частоты образованных ими колебательных контуров находились в области частот 600-800 МГц (для ТМП состава Ni80Fe20). Входы амплитудных детекторов (7) подключены к колебательным контурам, образованным конденсаторами (4) и полосковыми линиями (5). Выходы амплитудных детекторов (7) подключены последовательно к операционным усилителям (размещены на нижней стороне печатной платы (1)) и компенсационным катушкам (8). Выходные сигналы операционных усилителей являются выходными сигналами магнитометров. Выходы магнитометров подключены к вычитающему элементу градиентометра (размещен на нижней стороне печатной платы (1)). Постоянное поле смещения в ТМП (6) формируется магнитными системами (9), состоящими из постоянных магнитов и направлено под небольшим углом к осям трудного намагничивания ТМП. Печатная плата (1), компенсационные катушки (8) и магнитные системы (9) размещены на основании (10). Выходной сигнал вычитающего элемента является выходным сигналом градиентометра.

Устройство работает следующим образом. Рассмотрим работу одного датчика градиентометра. Сигнал с размещенного на печатной плате (1) общего для двух датчиков генератора (2) СВЧ-накачки поступает на общий усилитель (3) мощности, а затем на конденсатор (4) и полосковую линию (5), формирующую магнитное поле в ТМП (6). Высокочастотное магнитное поле, создаваемое полосковой линией (5), направлено вдоль оси трудного намагничивания ТМП (6) и возбуждает ферромагнитный резонанс (ФМР). Условия возбуждения ФМР определяются величиной и направлением поля смещения. Так как поле смещения ориентировано под небольшим углом к оси трудного намагничивания ТМП (6), а внешнее измеряемое поле направлено вдоль оси легкого намагничивания ТМП (6), изменение величины измеряемого поля приводит к изменению параметров ФМР, что в свою очередь приводит к изменению потерь, вносимых ТМП (6) в колебательный контур, образованный конденсатором (4) и полосковой линией (5). Изменение потерь в контуре регистрируется амплитудным детектором (7). Повышение долговременной стабильности коэффициента преобразования датчика достигается путем использования компенсационного метода измерения, для этого выходной сигнал магнитометра подается на катушку (8) обратной связи. Постоянное поле смещения формируется магнитной системой (9). Аналогично работает второй датчик градиентометра. Общая для двух датчиков печатная плата (1), компенсационные катушки (8) и магнитные системы (9) объединены основанием (10). Сигналы двух магнитометров поступают на вычитающий элемент градиентометра, выходной сигнал которого передается потребителю. Основным источником шумов датчиков слабых магнитных полей на основе микрополосковых резонаторов с тонкими магнитными пленками является генератор СВЧ-накачки [Бабицкий, А. Магнитометр слабых квазистационарных и высокочастотных полей на резонансных микрополосковых преобразователях с тонкими магнитными пленками / А.Н. Бабицкий, Б.А. Беляев, Н.М. Боев, Г.В. Скоморохов, А.В. Изотов, Р.Г. Галеев // Приборы и техника эксперимента, - 2016. - №3. - С. 96-104.].

Экспериментальные исследования тонкопленочного градиентометра показали, что применение одного генератора СВЧ-накачки для двух чувствительных элементов градиентометра позволяет вычитать шумы отдельных датчиков на вычитающем элементе градиентометра, что снижает итоговый уровень шума. Использование в градиентометре датчиков слабых магнитных полей на основе тонких магнитных пленок позволило существенно расширить частотный диапазон устройства, на практике разработаны конструкции на частоты до 105 Гц.

Тонкопленочный градиентометр, для измерения градиентов слабых магнитных полей, включающий два чувствительных элемента, разнесенных в пространстве и имеющих сонаправленные оси максимальной чувствительности, отличающийся тем, что чувствительные элементы выполнены на основе резонаторов с тонкими магнитными пленками, каждый чувствительный элемент имеет отдельную компенсационную схему измерений и отдельную систему формирования магнитного поля смещения, а СВЧ-сигнал накачки резонаторов чувствительных элементов формируется одним общим СВЧ-генератором с усилителем мощности.
Тонкопленочный градиентометр
Тонкопленочный градиентометр
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 55 items.
25.08.2017
№217.015.a94d

Способ создания противопожарных заградительных барьеров вокруг населенных пунктов от степных пожаров

Изобретение относится к области противопожарной защиты населенных пунктов от степных пожаров путем создания противопожарных заградительных барьеров по их внешнему периметру. Способ включает создание противопожарных заградительных барьеров, по внешнему периметру населенных пунктов создаются...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611877
Дата охранного документа: 01.03.2017
25.08.2017
№217.015.b277

Способ определения напряжённости намагничивающего поля в магнитометрах со сверхпроводящим соленоидом

Изобретение относится к магнитоизмерительной технике и может быть использовано при исследовании магнитных свойств веществ и материалов в областях физики магнитных явлений, геофизики. Способ определения напряженности намагничивающего поля в магнитометрах со сверхпроводящим соленоидом, включающий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613588
Дата охранного документа: 17.03.2017
25.08.2017
№217.015.bfea

Способ флотационного обогащения глинистого золотосодержащего сырья

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, в частности к флотационному выделению золота из окисленного глинистого сырья, и может быть использовано при флотационном обогащении золота из окисленных золотоносных руд коры выветривания и техногенного сырья, содержащих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616646
Дата охранного документа: 18.04.2017
25.08.2017
№217.015.c0dc

Способ определения количества и характера пространственного распределения твердых атмосферных осадков

Изобретение относится к области гидрометеорологического моделирования и может быть использовано для создания картосхем распределения твердых атмосферных осадков. Сущность: на основании гравиметрических данных спутниковых измерений GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) получают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617452
Дата охранного документа: 25.04.2017
25.08.2017
№217.015.c82a

Многослойный полосно-пропускающий фильтр

Многослойный полосно-пропускающий фильтр содержит параллельные слои диэлектрика резонансной толщины, каждый из которых отделен один от другого и от окружающего пространства плоской решеткой параллельных тонкопленочных полосковых проводников с упорядоченными осями. При этом оси любых двух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619137
Дата охранного документа: 12.05.2017
26.08.2017
№217.015.e408

Широкополосный полосковый фильтр

Изобретение относятся к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов. Фильтр, содержащий диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесены короткозамкнутые с одного конца полосковые проводники, а на вторую сторону нанесены короткозамкнутые с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626224
Дата охранного документа: 24.07.2017
29.12.2017
№217.015.f032

Способ получения силицидов титана

Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ и может быть использовано, в частности, для синтеза тугоплавких соединений. Способ получения силицидов титана включает смешение газообразных галогенидов титана и кремния, взятых в мольном отношении от 5:3 до 1:2 при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629121
Дата охранного документа: 24.08.2017
19.01.2018
№218.016.0309

Способ получения аморфных пленок со-р на диэлектрической подложке

Изобретение относится к области химического осаждения магнитомягких и магнитожестких пленок состава кобальт-фосфор, применяющихся в качестве сред для магнитной и термомагнитной записи, для создания микроэлектромагнитных механических устройств (MEMS), а также в датчиках слабых магнитных полей, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630162
Дата охранного документа: 05.09.2017
20.01.2018
№218.016.1d86

Полосковый резонатор

Изобретение относится к технике высоких и сверхвысоких частот и предназначено для создания частотно-селективных устройств. Полосковый резонатор содержит две диэлектрические подложки, подвешенные между экранами корпуса, на обе поверхности которых нанесены полосковые металлические проводники,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640968
Дата охранного документа: 12.01.2018
13.02.2018
№218.016.2082

Способ получения суспензии на полимерной основе с высокодисперсными металлическими частицами для изготовления полимерных матриц, наполненных упомянутыми частицами

Изобретение относится к способам введения частиц в вещество и может быть использовано для получения суспензий частиц, содержащих наполнители контролируемого размера, в том числе для введения частиц контролируемого размера от наночастиц до атомарных в матрицу термопластических и сетчатых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641591
Дата охранного документа: 18.01.2018
Showing 1-10 of 73 items.
20.02.2013
№216.012.288c

Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр

Микрополосковый полосно-пропускающий фильтр относится к технике сверхвысоких частот и может быть использован в селективных трактах приемных и передающих систем. Достигаемый технический результат-повышение технологичности изготовления, а также улучшение его селективных свойств. Микрополосковый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475900
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.04.2013
№216.012.3bc9

Микрополосковый двухполосный полосно-пропускающий фильтр

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов на двух несущих частотах. Техническим результатом является улучшение селективных свойств двухполосного полосно-пропускающего фильтра за счет возможности расположения двух полос пропускания на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480866
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.07.2013
№216.012.5840

Микрополосковый диплексер

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и предназначено для объединения или разделения сигналов на двух несущих частотах. Технический результат - повышение частотно-селективных свойств диплексера за счет как угодно близкого расположения по частоте полосы пропускания низкочастотного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488200
Дата охранного документа: 20.07.2013
20.01.2014
№216.012.9903

Микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр

Изобретение относятся к технике сверхвысоких частот и предназначено для частотной селекции сигналов. Технический результат заключается в расширении высокочастотной полосы заграждения полосно-пропускающего микрополоскового фильтра и уменьшении его размеров. Микрополосковый фильтр содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504870
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.04.2014
№216.012.bb78

Полосковый фильтр с широкой полосой заграждения

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот. Технический результат - увеличение протяженности полосы заграждения фильтра и уровня затухания в ней. Полосковый фильтр с широкой полосой заграждения, содержащий подвешенную между экранами диэлектрическую пластину, на обе поверхности которой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513720
Дата охранного документа: 20.04.2014
10.05.2014
№216.012.c28f

Управляемый фазовращатель

Управляемый фазовращатель относится к технике высоких и сверхвысоких частот и может использоваться для управления фазой сигналов в антенных решетках и системах передачи информации. Достигаемый технический результат - упрощение конструкции. Управляемый фазовращатель содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515556
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.09.2014
№216.012.f375

Полосно-пропускающий свч фильтр

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может использоваться в селективных трактах приемных и передающих систем. Технический результат - увеличение уровня подавления в полосах заграждения. Полосно-пропускающий СВЧ фильтр, содержащий полосковые резонаторы на подвешенной подложке,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528148
Дата охранного документа: 10.09.2014
20.12.2014
№216.013.1234

Датчик слабых высокочастотных магнитных полей

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой датчик слабых высокочастотных магнитных полей и может применяться в первую очередь в магнитометрии. Датчик содержит диэлектрическую подложку, на верхней стороне которой нанесены полосковые проводники двух микрополосковых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536083
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.01.2015
№216.013.19fa

Оптический многослойный полосно-пропускающий фильтр

Фильтр может быть использован в оптических устройствах связи и спектрометрах комбинационного рассеяния света. Фильтр содержит симметричную конструкцию из чередующихся диэлектрических слоев с высоким и низким показателем преломления, образующую систему однослойных резонаторов, разделенных один...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538078
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.03.2015
№216.013.30b1

Микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий фильтр

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в селективных трактах приемных и передающих систем. Достигаемый технический результат - расширение полосы рабочих частот и улучшение селективных свойств. Микрополосковый широкополосный полосно-пропускающий Фильтр...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543933
Дата охранного документа: 10.03.2015
+ добавить свой РИД