Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
момента, а именно - параллельной внешнему СМП. K.J1. Дудкой коллеги [135]
реализовали индукционный датчик, чувствительный ко всем трем компонентам
магнитного момента образца. Он состоял из трех измерительных катушек
(приблизительно по 100 витков в каждой) , намотанных прямо на образец;
оси катушек взаимно перпендикулярны (рис. 4.13). ЭДС каждой катушки
содержит вклад, пропорциональный производным по времени от
соответствующих компонент магнитного момента и поля. Паразитный сигнал,
наводимый в катушках датчика собственно полем, компенсируется ЭДС,
снимаемой с компенсирующей катушки, которая находится вдали от образца и
включена навстречу каждой из измерительных катушек (через отдельные
делители напряжения). После интегрирования простыми ДС-цепями три
напряжения, пропорциональные отдельным компонентам магнитного момента
исследуемого образца, подаются на каналы вертикального отклонения
осциллографов, на каналы горизонтального отклонения которых поступает
проинтегрированный сигнал с датчика поля, пропорциональный H(t).
Зависимости Mj(H)(j = х, у, z), полученные на экранах осциллографов (либо
на экране многоканального осциллографа, либо РОП), дают возможность
измерить значение и направление магнитного момента образца, которое в
общем случае не совпадает с направлением поля, и тем самым проследить за
эволюцией вектора намагниченности исследуемого материала при изменении
внешнего магнитного поля.
Компенсацию такого индукционного датчика производили при температурах,
существенно превышающих те, при которых затем проводили эксперименты, и,
главное, температуру магнитного упорядочения. Это необходимо для того,
чтобы уменьшить абсолютную погрешность измерений, так как часть сигнала
от магнитного момента компенсируется из-за невозможности удалить образец
из измерительных катушек. К недостаткам метода относится то, что для
каждого исследуемого образца необходимо изготавливать свой датчик, так
как, не разрушая датчик, нельзя извлечь из него образец для каких-либо
целей; повторяется каждый раз и процедура компенсации датчика (при
различных температурах - в зависимости от свойств материала образца).
Увеличения чувствительности индукционного датчика можно добиться
повышением разрешающей способности регистрирующей аппаратуры - например,
переходом от 10-разрядных РОП к 16-разрядным с одновременным улучшением
отношения сигнал-шум для напряжения, поступающего с датчика. Последнее
достигается применением модуляционного метода и уменьшением
нескомпенсированного сигнала.
Наличие паразитного сигнала индукционного датчика обусловлено статической
пространственной неоднородностью магнитного поля в ра-
120
Ри с. 4.14. Индукционный датчик с высоким отношением сигнал - шум [43]:
1. 2 - образцы; 3,6- измерительные катушки; 4, 7 - компенсирующие
катушки; 5 - датчик поля; 8 - катушка амплитудной коррекции; 9 -
держатель. Благодаря наличию у датчика двух рабочих полостей можно, не
снимая образцов с держателя, провести измерения на двух образцах,
вставляя их поочередно в рабочие полости датчика
бочей полости соленоида и наводками от ВЧ-составляющих тока в силовой
цепи, неизбежных при его коммутации. С помощью цепей амплитудной и
фазовой коррекции можно полностью исключить ту составляющую паразитного
сигнала, которая наводится полем, имеющим один и тот же фазовый сдвиг
относительно тока для всех точек в рабочей полости соленоида. Однако в
импульсном соленоиде есть и зависящее от времени неоднородное поле. Оно
возникает во время импульса из-за распространения по оболочке соленоида
волн деформаций. Для уменьшения уровня шумов, вызванных таким магнитным
полем, необходимо иметь датчик, на который не влияло бы распределение
внешнего поля. Хорошими характеристиками с этой точки зрения обладает
датчик с ''параллельным" расположением катушек (см. выше), однако и это
не самый хороший вариант. Датчик,предложенный В.И. Силантьевым и
коллегами [132], обладает существенно лучшим характеристиками. Японские
исследователи [43] создали индукционный датчик, конструктивно отличный от
Датчика [ 132], но идея, по сути своей, в обоих случаях одна.
Индукционный датчик с малым уровнем паразитного сигнала состоял из двух
одинаковых пар катушек с ''параллельным" расположением катушек в каждой
паре (рис. 4.14) [43]. Пары электрически соединены
121
Рис. 4.15. Пример использования мало шумящего индукционного датчика для
измерений дифференциальной магнитной восприимчивости MEM- (TCNQ)2 (А
сигнал, полученный с помощью стандартного датчика с ''параллельно"
расположенными катушками; В - сигнал, полученный с помощью датчика нового
типа; С -сигнал магнитного поля; Вт = 28 Тл, Т00 = 350 мкс) [43]
так, чтобы фазы сигналов раскомпенсации в них были противоположны.
Поскольку обе пары катушек находятся почти в одинаковом поле, суммарный
выходной сигнал в отсутствие образца будет очень слабым.
В качестве примера измерения магнитной восприимчивости с высокой
