×
02.10.2019
219.017.cfb5

Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СЛАБОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ МАГНИТОАКТИВНОЙ ПЛАЗМЕ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области физики плазмы, газового разряда, радиоэлектроники и т.д. и может быть использовано для измерения параметров слабых магнитных полей и МГД волн в низкотемпературной магнитоактивной плазме. Техническим результатом является уменьшение погрешности измерения характеристик переменного магнитного поля за счет снижения в измерительном контуре паразитных сигналов. Устройство для измерения параметров слабого магнитного поля в низкотемпературной магнитоактивной плазме содержит высокочастотный магнитный зонд в виде трех двухсекционных обмоток, выполненных витой парой, размещенных ортогонально на немагнитном кубическом каркасе. Секции каждой обмотки подключены к своему дифференциальному усилителю, все дифференциальные усилители подключены к многоканальному регистратору напряжения и к источнику питания. Для достижения технического результата источник питания усилителей гальванически развязан с сетью переменного напряжения, а каждая секция обмотки состоит из четного количества слоев с одинаковым числом витков и с односторонним направлением намотки, при этом нечетные слои намотаны в одну сторону по оси обмотки, а четные - в обратном направлении. 4 ил.

Изобретение относится к области физики плазмы, газового разряда, радиоэлектроники и т.д. и может быть использовано для измерения параметров слабых магнитных полей и МГД-волн в низкотемпературной магнитоактивной плазме.

Из предшествующего уровня техники известен индуктивный магнитный зонд для измерения слабых магнитных полей в плазме [1]. Зонд представляет собой двухсекционную катушку, помещаемую в плазму. Выводы секций катушки подключаются к дифференциальному усилителю, выход которого в свою очередь соединяется с осциллографом.

Недостатком устройства является невозможность единовременного измерения нескольких компонент магнитного поля в точке расположения зонда.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для измерения параметров слабого магнитного поля в низкотемпературной магнитоактивной плазме, содержащее высокочастотный магнитный зонд [2]. Зонд состоит из миниатюрного пластикового кубического каркаса, на котором в трех ортогональных плоскостях размещены двухсекционные обмотки. Секции намотаны на каркас витой парой в один слой в одном направлении намотки. Выводы каждой обмотки соединяются с отдельным дифференциальным усилителем. Все дифференциальные усилители подключены к многоканальному регистратору напряжения и к источнику питания.

При формировании плазмы посредством газового разряда в цепях питания усилителей индуцируются интенсивные высокочастотные помехи, которые передаются на вход регистратора напряжения и тем самым ухудшают качество измерения полезных сигналов. Также электростатические плазменные шумы, наведенные на секциях обмоток магнитного зонда, полностью взаимно не уничтожаются в дифференциальных усилителях и потому оказывают негативное влияние на результаты измерения.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства для точечного измерения амплитудно-временных характеристик Х-, Y- и Z-компонент слабого магнитного поля в плазме с меньшей погрешностью.

Техническим результатом предложенного изобретения является уменьшение погрешности измерения характеристик переменного магнитного поля за счет снижения в измерительном контуре паразитных сигналов.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения параметров слабого магнитного поля в низкотемпературной магнитоактивной плазме, содержащем высокочастотный магнитный зонд в виде трех двухсекционных обмоток, выполненных витой парой, размещенных ортогонально на немагнитном кубическом каркасе, причем секции каждой обмотки подключены к своему дифференциальному усилителю, все дифференциальные усилители подключены к многоканальному регистратору напряжения и к источнику питания, новым является то, что источник питания усилителей гальванически развязан с сетью переменного напряжения, а каждая секция обмотки состоит из четного количества слоев с одинаковым числом витков и с односторонним направлением намотки, при этом нечетные слои намотаны в одну сторону по оси обмотки, а четные - в обратном направлении.

Использование гальванически развязанного с электросетью источника питания усилителей позволяет избавиться от проникновения в измерительные цепи через цепи питания усилителей высокочастотных электростатических шумов, наводимых в близлежащих проводах электросети при формировании плазмы посредством сильноточного газового разряда, и, соответственно, уменьшить погрешность измерения параметров слабого магнитного поля.

Намотка секций магнитного зонда четным количеством слоев с одинаковым числом витков и с односторонним направлением намотки (по часовой либо против часовой стрелке), при этом нечетные слои намотаны в одну сторону по оси обмотки, а четные - в обратном направлении, позволяет получать на выводах секций обмоток сигналы с меньшими плазменными электростатическими шумами и, как следствие, уменьшить погрешность измерения параметров магнитного поля за счет того, что наводимые на слоях секций обмоток полезные индуктивные компоненты суммируются, а паразитные компоненты электростатического поля, направленного вдоль осей обмоток, взаимно уничтожаются.

На Фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства, где 1 - двухсекционные обмотки, 2 - источник питания усилителей, 3 - дифференциальные усилители, 4 - многоканальный регистратор напряжения, 5 - понижающий трехобмоточный трансформатор, 6 - диодные мосты, 7 - широкополосные высокочастотные усилители.

На Фиг. 2 приведена схема намотки одной секции магнитного зонда устройства. Жирной линией показан первый (нечетный) слой, тонкой линией - второй (четный).

На Фиг. 3 приведена осциллограмма тока в витке возбуждения колебаний слабого магнитного поля в магнитоактивной плазме.

На Фиг. 4 представлена осциллограмма сигнала, зарегистрированного с помощью устройства.

Устройство для измерения параметров слабого магнитного поля в низкотемпературной магнитоактивной плазме (Фиг. 1) содержит высокочастотный магнитный зонд в виде трех двухсекционных обмоток 1, выполненных витой парой, размещенных ортогонально на немагнитном кубическом каркасе, причем секции каждой обмотки 1 подключены к своему дифференциальному усилителю 3 через согласующие резисторы, все дифференциальные усилители подключены к многоканальному регистратору напряжения 4 и к источнику питания 2. Каждая секция обмотки 1 состоит из четного количества слоев с одинаковым числом витков и с односторонним направлением намотки, при этом нечетные слои намотаны в одну сторону по оси обмотки, а четные - в обратном направлении. На Фиг. 2 показана одна секция, предназначенная для измерения Z-компоненты магнитного поля, намотанная в два слоя с одинаковым числом витков по часовой стрелке, причем нижний слой намотан против направления векторов В и Е, а верхний - по направлению векторов В и Е. Каждый дифференциальный усилитель собран из трех одинаковых широкополосных высокочастотных усилителей 7 по стандартной схеме измерительного усилителя, выполненного на трех операционных усилителях [3]. Выводы дифференциальных усилителей 3 соединяются с входами многоканального регистратора напряжения 4. Запитка дифференциальных усилителей 3 осуществляется от двуполярного источника питания 2, гальванически развязанного с сетью переменного напряжения. Источник 2 выполнен на основе маломощного сетевого понижающего трансформатора 5 с тремя обмотками и двух диодных мостов 6. Низковольтные обмотки трансформатора 5 присоединены к входам мостов 6. К выходам мостов 6 присоединены высокоомные сопротивления и сглаживающие конденсаторы. Выводы конденсаторов являются выходными клеммами источника питания 2, причем их общая точка является точкой с нулевым потенциалом, т.е. схемной «землей».

Устройство работает следующим образом. Магнитный зонд помещается в плазменный столб внутри вакуумной камеры таким образом, чтобы плоскости обмоток 1 были перпендикулярны X-, Y- и Z-компонентам измеряемого магнитного поля. Каркас выполнен из фторопласта и имеет размер 2,5×2,5×2,5 мм3. Намотка выполнена медным проводом марки ПЭВТЛК-ОС в лаковой изоляции с диаметром 0,1 мм. С целью дополнительной изоляции от плазмы обмотки покрыты тонким слоем эпоксидной смолы. Каркас крепится к вакуумной камере посредством стеклянного стержня диаметром 3 мм.

Измеряемое переменное магнитное поле наводит на отдельной секции обмотки ЭДС, величина которой определяется выражением:

где ε - ЭДС на выводах секции обмотки;

S=6,25 мм2 - площадь одного витка секции обмотки;

N=4 - число витков в секции обмотки;

dB - изменение индукции измеряемого магнитного поля;

dt - время изменения магнитного поля.

Электростатические осевые компоненты напряжения, наводимые на слоях секции, из-за встречной намотки слоев вдоль их оси противоположно направлены и потому взаимно уничтожаются.

Наведенные на обмотках сигналы транслируются с помощью витых пар внутри вакуумной камеры и коаксиальных кабелей снаружи камеры на входы соответствующих внешних дифференциальных усилителей 3. Каждый дифференциальный усилитель собран из трех широкополосных высокочастотных усилителей 7 (AD829JN) и имеет коэффициент усиления k=100. Питание отдельного дифференциального усилителя осуществляется от двуполярного источника постоянного напряжения 2, выполненного на основе маломощного трансформатора 5 (ТПГ-1-2×9 В) с одной первичной и двумя идентичными вторичными обмотками. Трансформатор понижает сетевое напряжение до необходимого уровня, а также обеспечивает гальваническую развязку схемы питания усилителя от внешней электросети. Переменное напряжение вторичных обмоток выпрямляется с помощью диодных мостов 6 (W06M) и затем сглаживается парами электролитических конденсаторов (1000 мкФ, 35 В), причем одна вторичная обмотка обеспечивает положительную полярность источника, а другая - отрицательную. Средняя точка источника является схемной «землей», относительно которой измеряются сигналы.

С выходов дифференциальных усилителей усиленные сигналы поступают на входы многоканального регистратора 4. В качестве регистратора 4 используется четырехканальный цифровой осциллограф, в каждый канал которого встроен подключаемый фильтр с полосой пропускания 20 МГц. Искомое магнитное поле находится посредством интегрирования сигналов регистратора с последующим делением на величину -2kSN.

В примере конкретного исполнения на предприятии ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» при проведении экспериментов в столбе низкотемпературной магнитоактивной гелиевой плазмы длинной 6 м и объемом ≈1 м3 для измерения параметров МГД-волн одновременно использованы пять заявляемых устройств. Столб плазмы нарабатывался ВаО-термокатодом. Концентрация плазмы в столбе составляла ~1012 см-3 при давлении газа в вакуумной камере 5⋅10-4 Тор. Индукция внешнего осевого магнитного поля составляла 95 мТл. В конце столба плазмы располагался виток с током диаметром 4 см, возбуждающий МГД-волны в замагниченной плазме. Магнитные зонды устройств располагались на оси плазменного столба на расстояниях 0,5 м друг от друга. С помощью этих устройств были зарегистрированы МГД-волны в плазменном столбе и определены их амплитудные и временные характеристики. В частности, при импульсе тока в витке в виде полусинусоиды длительностью 2,1 мкс и амплитудой 70 А (Фиг. 3) на устройстве, отдаленном от витка с током на 0,5 м, зарегистрирован сигнал в виде затухающей синусоиды (Фиг. 4), характеризующий МГД-волну в плазме.

Источники информации:

[1] Кнопфель. Сверхсильные импульсные магнитные поля. Москва, 1972, с. 314-329.

[2] Е.Т Everson, P. Pribyl, C.G. Constantin, A. Zylstra, D. Schaeffer, N.L. Kugland, and C. Niemann., Design, construction, and calibration of a three-axis, high-frequency magnetic probe (B-dot probe) as a diagnostic for exploding plasmas. Rev. Sci. Instrum. 80, 113505 (2009).

[3] Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005., с. 118-120.

Устройство для измерения параметров слабого магнитного поля в низкотемпературной магнитоактивной плазме, содержащее высокочастотный магнитный зонд в виде трех двухсекционных обмоток, выполненных витой парой, размещенных ортогонально на немагнитном кубическом каркасе, причем секции каждой обмотки подключены к своему дифференциальному усилителю, все дифференциальные усилители подключены к многоканальному регистратору напряжения и к источнику питания, отличающееся тем, что источник питания усилителей гальванически развязан с сетью переменного напряжения, а каждая секция обмотки состоит из четного количества слоев с одинаковым числом витков и с односторонним направлением намотки, при этом нечетные слои намотаны в одну сторону по оси обмотки, а четные - в обратном направлении.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 21-30 из 796.
20.08.2014
№216.012.ec68

Ампульное устройство для реакторных исследований

Изобретение относится к ядерной технике, а более конкретно к ампульным облучательным устройствам для реакторных исследований свойств тепловыделяющих элементов (твэлов). Устройство содержит оболочку с герметизирующими торцевыми крышками, внутри которой расположена, по крайней мере, одна капсула...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526328
Дата охранного документа: 20.08.2014
10.09.2014
№216.012.f2d3

Электродетонатор

Электродетонатор относится к области безопасных средств взрывания, а именно к низковольтным мостиковым электродетонаторам, и может быть использовано в качестве малогабаритного средства инициирования при проведении взрывных работ. Электродетонатор содержит гильзу с размещенным в ней зарядом ВВ,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527985
Дата охранного документа: 10.09.2014
10.11.2014
№216.013.03f6

Переход низкочастотный

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обеспечения герметичного ввода электрических проводников через защитные стенки в зону воздействия высокого давления, ударных нагрузок, содержащую высокотоксичные продукты. Переход низкочастотный в загрязненную зону через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532412
Дата охранного документа: 10.11.2014
20.11.2014
№216.013.092b

Способ и устройство для измерения углового ускорения контролируемого объекта

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения углового ускорения. Для измерения углового ускорения объекта производят измерение длительности интервалов времени между фронтами всех импульсов импульсным датчиком углового положения, определяют среднюю скорость на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533748
Дата охранного документа: 20.11.2014
20.12.2014
№216.013.10f5

Корпус подводного аппарата

Изобретение относится к области судостроения, в частности к конструкции корпусов аппаратов, работающих на устойчивость при действии гидростатического давления и сжимающей силы. Корпус подводного аппарата содержит металлический каркас и охватывающую его эластичную оболочку, выполненную из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535764
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.02.2015
№216.013.232f

Способ определения механических свойств хрупких материалов при растяжении

Изобретение относится к механическим испытаниям на растяжение хрупких образцов из композиционных материалов и предназначено для авиастроения, судостроения, машиностроения, атомной энергетики. Сущность изобретения: накладки одинаковых с образцом размеров и формы, выполненные из материала,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540460
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.02.2015
№216.013.249e

Двухдиапазонная микрополосковая антенна круговой поляризации

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, в частности к бортовым антеннам спутниковой навигации. Технический результат изобретения заключается в упрощении настройки при уменьшении габаритов двухдиапазонной микрополосковой антенны круговой поляризации. Антенна содержит металлический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540827
Дата охранного документа: 10.02.2015
20.02.2015
№216.013.2a7f

Инерционный включатель

Инерционный включатель содержит корпус, инерционное тело на направляющей оси, контакты, а также неподвижную направляющую и подвижный поворотный привод контактов, расположенные коаксиально с инерционным телом и имеющие на боковых стенках пазы. Выключатель снабжен внешней втулкой, коаксиально...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542336
Дата охранного документа: 20.02.2015
10.03.2015
№216.013.3177

Система жизнеобеспечения исполнителя работ

Система жизнеобеспечения исполнителя работ относится к области атомной промышленности, а именно к системам жизнеобеспечения, защищающим от альфа- и бета-облучения. Система содержит герметичный костюм, в котором расположены маска, баллон с редуктором и распределитель воздуха, который сообщен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544131
Дата охранного документа: 10.03.2015
20.03.2015
№216.013.3458

Матрица лазерных диодов и способ ее изготовления

Изобретение относится к матрицам лазерных диодов, которые могут быть использованы как самостоятельные источники излучения, так и в качестве системы накачки твёрдотельных лазеров. Матрица светодиодов содержит теплопроводящее основание с нанесенной толстопленочной металлизацией, выполненной в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544875
Дата охранного документа: 20.03.2015
Показаны записи 1-7 из 7.
27.12.2013
№216.012.9259

Способ зондовой диагностики плазмы и устройство для его осуществления

Заявленная группа изобретений относятся к области электрофизики, в частности к технике диагностики плазмы, и может быть использована для измерения электронной концентрации и температуры нестационарной плазмы в широком диапазоне исследуемых параметров. Заявленный способ включает установку зонда...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503158
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.02.2016
№216.014.c4e7

Способ зондовой диагностики магнитоактивной плазмы

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики неоднородного слоя плазмы, контроля параметров плазмы в технологических установках, в исследованиях по моделированию плазмы ионосферы. Способ включает следующие операции: устанавливают в плазму по крайней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574721
Дата охранного документа: 10.02.2016
13.02.2018
№218.016.2587

Разрядная камера для проведения плазмохимических реакций

Разрядная камера для проведения плазмохимических реакций относится к плазмохимии, к синтезу озона и окислов азота из атмосферного воздуха, смеси кислорода с азотом с помощью барьерного разряда и может найти применение в научных исследованиях и медицине. Разрядная камера включает два...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642798
Дата охранного документа: 26.01.2018
20.03.2019
№219.016.e315

Генератор высоковольтных импульсов

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике. Технический результат заключается в упрощении управления временем коммутации разрядника за счет упрощения конструкции. Технический результат достигается за счет генератора импульсного напряжения, содержащего коаксиальную одинарную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002682305
Дата охранного документа: 18.03.2019
18.05.2019
№219.017.58a4

Импульсный генератор

Генератор относится к высоковольтной импульсной технике, к преобразовательной технике и может быть использован в частности для запитки геофизических диполей, соленоидов с высоким энергозапасом, для испытания силовых трансформаторов путем их нагружения килоамперными токами большой длительности и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002322755
Дата охранного документа: 20.04.2008
17.01.2020
№220.017.f679

Устройство формирования низкотемпературной магнитоактивной плазмы в больших объемах

Изобретение относится к области физики плазмы, газового разряда, сильноточной электроники и т.д. и может быть использовано для генерации магнитоактивной низкотемпературной плазмы в больших объемах в целях проведения научно-исследовательской деятельности. Технический результат - повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002711180
Дата охранного документа: 15.01.2020
16.06.2023
№223.018.7d2f

Способ формирования больших объемов низкотемпературной замагниченной плазмы

Изобретение относится к области физики плазмы, газового разряда, сильноточной электроники и т.д. и может быть использовано для генерации магнитоактивной низкотемпературной плазмы в больших объемах, в том числе в целях проведения научно-исследовательской деятельности. Технический результат -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002746555
Дата охранного документа: 15.04.2021
+ добавить свой РИД