Патент на изобретение №2341810

(54) ВИБРАЦИОННЫЙ МАГНИТОМЕТР

(57) Реферат:

Вибрационный магнитометр относится к магнитоизмерительной технике. Вибрационный магнитометр содержит электродинамический вибратор с питающей катушкой, жестко соединенной штоком с держателем образца и источником постоянного магнитного поля, источник питания, катушки контроля амплитуды вибрации, источник намагничивающего поля, питаемый от первого регулируемого источника тока, нагреватель, питаемый от второго регулируемого источника тока, датчики магнитного поля и температуры, измерительную систему, состоящую из измерительных катушек, первого усилителя, синхронного детектора и первого фильтра нижних частот, регистрирующее устройство и термостат, причем измерительные катушки подсоединены к входу первого усилителя, выход которого подключен к первому входу синхронного детектора, подключенного выходом к входу первого фильтра нижних частот, входы регистрирующего устройства соединены с датчиками магнитного поля и температуры и с выходом первого фильтра нижних частот, катушки контроля амплитуды вибрации и источник постоянного магнитного поля размещены внутри электромагнитного экрана. В него введен электронный блок, содержащий второй усилитель, амплитудный детектор, второй фильтр нижних частот, интегратор, источник постоянного напряжения и формирователь импульсов, источник питания содержит кварцевый генератор, делитель частоты, преобразователь кода, цифроаналоговый преобразователь и третий усилитель, при этом выход кварцевого генератора подключен к входу делителя частоты, выходы которого подключены к входам преобразователя кода, подключенного выходами к цифровым входам цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к входу третьего усилителя, выход которого соединен с питающей катушкой, катушки контроля амплитуды вибрации подсоединены к входу второго усилителя, первый выход которого подключен к входу амплитудного детектора, подключенного выходом к входу второго фильтра нижних частот, выход которого подключен к первому входу интегратора, второй вход интегратора подключен к выходу источника постоянного напряжения, выход интегратора подключен к входу опорного напряжения цифроаналогового преобразователя, второй выход второго усилителя подключен к входу формирователя импульсов, выход которого подключен ко второму входу синхронного детектора. Техническим результатом изобретения является повышение точности и снижение погрешности измерений на вибрационном магнитометре. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к магнитоизмерительной технике и может быть использовано при исследовании магнитных свойств веществ и материалов в следующих областях: физика магнитных явлений, геофизика.

Вибрационный магнитометр представляет собой прибор для определения магнитных свойств веществ и материалов. Принцип действия вибрационного магнитометра основан на индукционном методе измерения магнитных моментов.

Величину э.д.с. в измерительных катушках магнитометра при достаточно малой амплитуде колебаний образца можно представить как

E=M·A·f·G,

где М, A, f – магнитный момент, амплитуда и частота колебаний образца соответственно; G – коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрии измерительной схемы [Лаврухин A.M. Установка с вибрационным магнитометром для определения статических характеристик ферроматериалов. – Измерительная техника. – 1967. – №10. – С.53-57]. Нестабильность амплитуды А или (и) частоты f колебаний негативно влияет на результаты измерений магнитного момента М образца.

Известна конструкция вибрационного магнитометра [Foner S. Versatile and Sensitive Vibrating-Sample Magnetometer. – Rev. Sci. Instr. – 1959. – V.30. – No 7. – P.548-557], в которой для исключения влияния нестабильности частоты и амплитуды вибрации на результаты измерений применяется одна из разновидностей компенсационного метода – дифференциальный метод.

Недостатками данной конструкции являются необходимость оснащения вибрационного магнитометра дополнительной парой катушек, идентичных измерительным катушкам, предназначенных для регистрации сигнала от эталонного образца, и электронными цепями, с помощью которых производится сравнение сигналов от исследуемого и эталонного образцов, а также необходимость всякий раз подбирать эталонный образец по размеру и форме, таким как у исследуемого образца. К тому же при реализации дифференциальной схемы оказывается затруднительным точно и устойчиво скомпенсировать по величине и фазе сигналы от исследуемого и эталонного образцов.

Известна конструкция вибрационного магнитометра [Соколов В.И. Автокомпенсационный магнитометр со сверхпроводящим соленоидом. – ПТЭ. – 1971. – №5. – С.206-208], в которой для исключения влияния нестабильности частоты и амплитуды вибрации применяется другая разновидность компенсационного метода – метод токовой оболочки, именуемый также нулевым методом.

Недостатком этой конструкции является невозможность проведения измерений при высоких температурах из-за того, что компенсирующая катушка, охватывающая образец и вибрирующая вместе с ним, при нагреве выйдет из строя. Кроме того, в этом методе имеет место ограничение динамического диапазона магнитометра сверху, обусловленное тепловым действием тока в компенсирующей катушке.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является конструкция вибрационного магнитометра [Бажан А.Н., Боровик-Романов А.С., Крейнес Н.М. Магнитометр для определения величины и направления намагниченности в анизотропных кристаллах. – ПТЭ. – 1973. – №1. – С.213-216], в которой применяется прямой метод измерений, содержащая электродинамический вибратор, источник питания, шток с держателем образца, катушки контроля амплитуды вибрации, источник постоянного магнитного поля, нагреватель, источник намагничивающего поля, питаемый от регулируемого источника тока, измерительную систему, состоящую из измерительных катушек, усилителя и синхронного детектора, самописец и криостат.

Недостатком данного магнитометра является высокая погрешность измерений, основной причиной которой является нестабильность амплитуды вибрации образца вследствие изменения силы трения в подвижных частях магнитометра в ходе эксперимента, при смене образца и т.п. Более того, здесь в качестве источника питания вибратора использован генератор звуковых частот. Нестабильность частоты, равно как и амплитуды подобных генераторов составляет ˜10^-2, что также является источником дополнительной погрешности. Общая же относительная погрешность измерений магнитного момента может достигать значения ˜10^-1. Ее частично удается скорректировать, однако для этого при обработке результатов измерений необходимо производить учет сигнала с катушек контроля амплитуды вибрации.

В предлагаемом вибрационном магнитометре используется прямой метод измерений. Магнитометр снабжен устройством стабилизации параметров вибрации штока с держателем образца, а именно стабилизируются амплитуда и частота механических колебаний. При этом стабильность частоты колебаний обеспечивается применением в составе источника питания вибратора высокостабильного генератора с кварцевой стабилизацией частоты и последующим ее делением, а стабилизация амплитуды колебаний происходит за счет электромеханической отрицательной обратной связи.

Техническим результатом изобретения является повышение точности и снижение погрешности измерений на вибрационном магнитометре.

Технический результат достигается тем, в вибрационном магнитометре, содержащем электродинамический вибратор с питающей катушкой, жестко соединенной штоком с держателем образца и источником постоянного магнитного поля, источник питания, катушки контроля амплитуды вибрации, источник намагничивающего поля, питаемый от первого регулируемого источника тока, нагреватель, питаемый от второго регулируемого источника тока, датчики магнитного поля и температуры, измерительную систему, состоящую из измерительных катушек, первого усилителя, синхронного детектора и первого фильтра нижних частот, регистрирующее устройство и термостат, причем измерительные катушки подсоединены к входу первого усилителя, выход которого подключен к первому входу синхронного детектора, подключенного выходом к входу первого фильтра нижних частот, входы регистрирующего устройства соединены с датчиками магнитного поля и температуры и с выходом первого фильтра нижних частот, катушки контроля амплитуды вибрации и источник постоянного магнитного поля размещены внутри электромагнитного экрана, новым является то, что в него введен электронный блок, содержащий второй усилитель, амплитудный детектор, второй фильтр нижних частот, интегратор, источник постоянного напряжения и формирователь импульсов, источник питания содержит кварцевый генератор, делитель частоты, преобразователь кода, цифроаналоговый преобразователь и третий усилитель, при этом выход кварцевого генератора подключен к входу делителя частоты, выходы которого подключены к входам преобразователя кода, подключенного выходами к цифровым входам цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к входу третьего усилителя, выход которого соединен с питающей катушкой, катушки контроля амплитуды вибрации подсоединены к входу второго усилителя, первый выход которого подключен к входу амплитудного детектора, подключенного выходом к входу второго фильтра нижних частот, выход которого подключен к первому входу частот, выход которого подключен к первому входу интегратора, второй вход интегратора подключен к выходу источника постоянного напряжения, выход интегратора подключен к входу опорного напряжения цифроаналогового преобразователя, второй выход второго усилителя подключен к входу формирователя импульсов, выход которого подключен ко второму входу синхронного детектора.

На фиг.1 представлена функциональная схема вибрационного магнитометра; на фиг.2 представлена блок-схема устройства стабилизации параметров вибрации штока с держателем образца; на фиг.3 показан пример выполнения устройства стабилизации параметров вибрации штока с держателем образца.

Вибрационный магнитометр (фиг.1) содержит генератор механических колебаний электродинамического типа – вибратор 1 с питающей катушкой 2, источник 3 питания, шток 4, на котором жестко закреплены держатель 5 образца и источник 6 постоянного магнитного поля, катушки 7 контроля амплитуды вибрации, размещенные вместе с источником 6 постоянного магнитного поля внутри электромагнитного экрана 8, электронный блок 9, предназначенный для обработки сигнала с катушек 7 контроля амплитуды вибрации, источник 10 намагничивающего поля, питаемый от регулируемого источника 11 тока, датчик 12 магнитного поля, нагреватель 13, питаемый от регулируемого источника 14 тока, датчик 15 температуры, измерительную систему, состоящую из измерительных катушек 16, усилителя 17, синхронного детектора 18 и фильтра 19 нижних частот, регистрирующее устройство 20 и термостат 21.

Вибрационный магнитометр работает следующим образом. В предлагаемом техническом решении вибратор 1 изготовлен на основе магнитной системы от мощного электродинамика. Вибратор питается переменным током низкой частоты от источника 3, в котором предусмотрена возможность внешней регулировки уровня выходного напряжения. Переменный ток, проходя через питающую катушку 2 вибратора, взаимодействует с постоянным магнитным полем магнитной системы и создает электродинамическую силу, приводящую в колебания питающую катушку 2 и жестко скрепленный с ней шток 4 вместе с держателем 5 образца и источником 6 постоянного магнитного поля. Изменение амплитуды вибрации производится за счет изменения амплитуды переменного тока.

Шток 4 изготовлен из материала с очень низким коэффициентом линейного теплового расширения, например из кварцевого стекла. Источник 6 постоянного магнитного поля представляет собой небольшой постоянный магнит в форме кольца, а катушки 7 выполнены в виде катушек Гельмгольца.

Источник 6 постоянного магнитного поля, колеблющийся синхронно с держателем 5 образца, индуцирует переменное электромагнитное поле, которое наводит электродвижущие силы (э.д.с.) в неподвижных катушках 7 контроля амплитуды вибрации. Сигнал обратной связи с катушек 7 поступает на электронный блок 9, где вырабатывается напряжение, которое подводится к источнику 3 питания вибратора и управляет величиной его выходного напряжения таким образом, чтобы поддерживать постоянным значение э.д.с. в катушках 7, а значит, и амплитуду вибрации.

Источник 3 питания, вибратор 1 с питающей катушкой 2, источник 6 постоянного магнитного поля, катушки 7 контроля амплитуды вибрации и электронный блок 9, охваченные между собой соответствующими связями, собственно и представляют собой устройство стабилизации параметров вибрации штока с держателем образца (фиг.2).

Благодаря тому что катушки 7 контроля амплитуды вибрации выполнены в виде катушек Гельмгольца, наводимая в них э.д.с. практически не зависит от незначительных аксиальных смещений равновесного положения источника 6 постоянного магнитного поля. А благодаря наличию электромагнитного экрана 8, выполненного, в частности, из пермаллоя, в катушках 7 контроля амплитуды вибрации нет наводок от поля питающей катушки 2 вибратора 1.

В качестве источника 10 намагничивающего поля используется лабораторный электромагнит. Измерение напряженности магнитного поля производится датчиком 12 магнитного поля, в качестве него используется датчик Холла.

Регулировка температуры образца, укрепленного в держателе 5, осуществляется с помощью нагревателя 13, выполненного в виде бифилярной обмотки. Измерение температуры производится датчиком 15 температуры на основе термопары. В целях тепловой развязки держатель с образцом, нагреватель и датчик температуры размещены внутри термостата 21.

Измерение магнитного момента образца производится так. Две измерительные катушки 16 намотаны на диэлектрические каркасы, имеющие в сечении форму прямоугольника, и неподвижно зафиксированы относительно источника 10 намагничивающего поля. Плоскости их витков параллельны намагничивающему полю и перпендикулярны направлению вибрации. Обмотки катушек 16 соединены между собой встречно-последовательно. Осциллирующий магнитный момент диполя образца индуцирует переменное электромагнитное поле, которое наводит в измерительных катушках 16 э.д.с. противоположных знаков. Благодаря встречному включению катушек 16 наводимые в них сигналы от образца складываются, а сигналы от вариаций магнитного поля и внешние помехи компенсируются.

Полезный сигнал, наведенный в измерительных катушках 16, усиливается усилителем 17, затем выделяется синхронным детектором 18 и сглаживается с помощью фильтра 19 нижних частот. Опорный сигнал для синхронного детектора 18 вырабатывается электронным блоком 9 из сигнала с катушек 7 контроля амплитуды вибрации и имеет форму меандра.

Сигналы с датчика 12 магнитного поля, с датчика 15 температуры и с выхода измерительной системы магнитометра поступают на входы регистрирующего устройства 20. В качестве последнего задействован персональный компьютер, оснащенный контроллером. В программе автоматизации измерений предусмотрена запись значений измеряемых параметров на жесткий диск компьютера по ходу эксперимента и их графическое отображение на экране монитора.

Частота вибрации в известных вибрационных магнитометрах находится в пределах 30-200 Гц. Снизу частота ограничена усилительными, избирательными и шумовыми параметрами измерительной системы, а сверху – необходимостью подводить к вибратору все большую мощность, с тем чтобы не снижалась амплитуда вибрации. Также частота вибрации должна быть разнесена с частотой электросети и ее гармониками, иначе неизбежно наличие сильных помех в измерительном тракте. В описываемом магнитометре частота вибрации составляет 36,62 Гц.

Известно, что собрать генератор переменного тока, имеющий высокую стабильность частоты, можно, используя кварцевый резонатор. Добротность кварца достигает 10⁵-10⁶, что на два-три порядка больше добротности контуров, выполненных на дискретных элементах – катушке индуктивности и конденсаторе. Кварцевые резонаторы имеют также высокую температурную стабильность и низкую долговременную нестабильность частоты (10^-5-10^-7). Однако частота кварцевых генераторов лежит, как правило, в диапазоне от нескольких десятков килогерц до нескольких десятков мегагерц. Поэтому для получения низкочастотных колебаний нужно произвести деление частоты кварцевого генератора.

Рассмотрим блок-схему и работу устройства стабилизации параметров вибрации штока с держателем образца более подробно (фиг.2).

Источник 3 питания содержит кварцевый генератор 22, цифровой делитель 23 частоты, преобразователь 24 кода, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 25 и усилитель 26 мощности низкой частоты. Электронный блок 9 обработки сигнала с катушек 7 контроля амплитуды вибрации содержит усилитель 27, амплитудный детектор 28, фильтр 29 нижних частот, интегратор 30, источник 31 постоянного напряжения и формирователь 32 импульсов.

Выход кварцевого генератора 22 подключен к входу цифрового делителя 23 частоты. Выходы делителя 23 частоты подключены к входам преобразователя 24 кода. Выходы преобразователя 24 кода подключены к цифровым входам ЦАП 25, выход которого подключен к входу усилителя 26 мощности низкой частоты. Выход усилителя 26 соединен с питающей катушкой 2 электродинамического вибратора 1. Вход усилителя 27 соединен с катушками 7 контроля амплитуды вибрации, а выход подключен к входу амплитудного детектора 28, выход которого подключен к входу фильтра 29 нижних частот. Первый вход интегратора 30 подключен к выходу фильтра 29 нижних частот, второй вход – к выходу источника 31 постоянного напряжения, а выход – к входу опорного напряжения ЦАП 25. Вход формирователя 32 импульсов подключен к выходу усилителя 27, а выход – к входу опорного сигнала синхронного детектора 18.

Цифровой кварцевый генератор 22 вырабатывает импульсы прямоугольной формы стабильной высокой частоты. Сигнал кварцевого генератора 22 поступает на делитель 23 частоты, на выходах которого формируется циклически изменяющийся многоразрядный параллельный двоичный код. С помощью преобразователя 24 кода на основе постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) входной код преобразуется в код для формирования дискретного синусоидального напряжения, который поступает на цифровые входы ЦАП 25. На выходе ЦАП 25 формируется дискретное синусоидальное напряжение стабильной низкой частоты, которое усиливается усилителем 26 мощности низкой частоты и подводится к питающей катушке 2 вибратора 1. Амплитуда напряжения на выходе ЦАП 25 зависит от величины напряжения, которое формируется в электронном блоке 9 и поступает на вход опорного напряжения ЦАП 25. Чем выше опорное напряжение, тем больше амплитуда выходного напряжения ЦАП 25.

Стабилизация амплитуды вибрации обеспечивается благодаря отрицательной обратной связи. Сигнал обратной связи – э.д.с., наведенная в катушках 7 при колебаниях источника 6 постоянного магнитного поля, который жестко закреплен на штоке 4, – усиливается усилителем 27, затем выпрямляется амплитудным детектором 28 и сглаживается фильтром 29 низких частот. Отфильтрованное выпрямленное напряжение подается на первый вход интегратора 30. На второй его вход подается постоянное напряжение от источника 31, величиной этого напряжения как раз задается значение амплитуды вибрации. С выхода интегратора 30 напряжение поступает на вход опорного напряжения ЦАП 25.

Если амплитуда вибрации источника 6 постоянного магнитного поля становится отличной от заданной напряжением от источника 31, то, как результат, меняется величина напряжения обратной связи. Это приводит к разбалансу входных напряжений интегратора 30, вследствие чего напряжение на его выходе начинает изменяться. Будучи подведенным к входу опорного напряжения ЦАП 25, оно управляет амплитудой синусоидального напряжения на выходе ЦАП 25 и, далее, амплитудой напряжения, подводимого к питающей катушке 2 вибратора 1, производя тем самым коррекцию амплитуды механических колебаний. Тенденция изменения напряжения на выходе интегратора 30 зависит от соотношения между напряжениями на его входах. Если, например, величина напряжения, поступающего с фильтра 29, меньше по абсолютной величине, чем величина напряжения от источника 31, то напряжение на выходе интегратора 30 изменяется в сторону увеличения, и наоборот. Этот процесс происходит до тех пор, пока не будет устранен разбаланс напряжений на входах интегратора 30, что соответствует равенству амплитуды вибрации заданному значению. Так амплитуда колебаний штока с держателем образца поддерживается постоянной.

Пример выполнения устройства стабилизации параметров вибрации штока с держателем образца приведен на фиг.3. Узлы устройства выполнены на базе современных аналоговых и цифровых интегральных схем.

Кварцевый генератор 22 собран на логических элементах НЕ 33 и 34, входящих в состав микросхемы типа КР1533ЛН1. Частота генератора стабилизирована кварцевым резонатором 35 типа РК 170ББ-7ДУ-2100К и равна 2,1 МГц. Нестабильность частоты не превышает 10^-5 в интервале температур 20-40°С.

Делитель 23 частоты имеет два каскада, он собран на счетчиках 36 и 37, в качестве которых использовались микросхемы типов К555ИЕ2 и К561ИЕ16 соответственно. Первый каскад представляет собой четырехразрядный десятичный асинхронный счетчик 36, на котором реализован делитель частоты на 7. Выходной сигнал кварцевого генератора 22 поступает на вход С0 счетчика 36, на его выходе Q3 частота сигнала составляет 300 кГц. Второй каскад деления частоты выполнен на 14-разрядном асинхронном счетчике 37, дающем на своих выходах Q0-Q13 16384 двоичных отсчетов. При каждом отрицательном перепаде тактового импульса на входе С содержимое счетчика 37 увеличивается на единицу. После переполнения счетчика 37 счет начинается от нуля, то есть счетчик работает циклически. Выходными сигналами делителя 23 частоты являются меандры, сформированные на выходах Q5-Q12 счетчика 37. Частота сигнала на выходе Q5 составляет 4,6875 кГц, на каждом последующем выходе частота меандра вдвое ниже, нежели на предыдущем, частота сигнала на выходе Q12 составляет 36,62 Гц.

Сформированный таким образом восьмиразрядный двоичный код поступает на входы преобразователя 24 кода на основе интегральной схемы ПЗУ КР573РФ5. ПЗУ преобразует параллельный двоичный код на адресных входах А0-А7 в 8-разрядный код для формирования дискретного синусоидального напряжения на выходах D0-D7. Это достигается с помощью соответствующей прошивки ПЗУ. В ячейки памяти интегральной схемы ПЗУ КР573РФ5 с адресами $00-$FF записаны значения цифрового кода, соответствующие одному периоду функции SIN. Диапазон значений цифрового кода составляет также $00-$FF, что дает возможность с помощью ЦАП получить дискретное синусоидальное напряжение, имеющее 256 градаций уровня.

ЦАП 25 собран на интегральной схеме ЦАП 38 и двух операционных усилителях (ОУ) 39, 40, в качестве которых использовались микросхема типа КР572ПА1 и две микросхемы типа КР140УД17А соответственно. Интегральная схема ЦАП 38 включена в режиме четырехквадрантного перемножения. Десятиразрядный прямой параллельный двоичный код на ее цифровых входах D0-D9 преобразуется в напряжение на выходе ОУ 40. Это напряжение пропорционально как значению управляющего кода, так и величине опорного напряжения на входе UR интегральной схемы ЦАП 38. Синусоидальное напряжение на выходе ЦАП 25 двуполярное, его частота равна 36,62 Гц, а его амплитуда изменяется в зависимости от величины опорного напряжения.

Усилитель 26 мощности низкой частоты изготовлен на основе ОУ 41 и транзисторов 42-45. Управление транзисторами 42, 43 осуществляется по цепям питания ОУ, RC-цепочки предотвращают самовозбуждение усилителя. Выход усилителя 26 нагружен питающей катушкой 2, имеющей сопротивление 4 Ом. В качестве ОУ 41 использовалась микросхема типа КР140УД608, в качестве транзисторов 42-45 использовались транзисторы типов КТ814В, КТ815В, КТ818В и КТ819В соответственно.

Усилитель 27 собран на основе ОУ 46 по схеме инвертирующего усилителя, его коэффициент усиления равен 40. Амплитудный детектор 28 собран на основе ОУ 47, 48 и диодов 49, 50 по схеме двухполупериодного выпрямителя с суммированием токов. Здесь же происходит предварительное сглаживание пульсаций фильтром нижних частот первого порядка с частотой среза 25 Гц на ОУ 48. Фильтр 29 собран на основе ОУ 51 по схеме фильтра нижних частот с нулевым смещением. Частота полюса фильтра 29-6 Гц, достоинством схемы фильтра является то, что ОУ полностью развязан по постоянному току с трактом обрабатываемого сигнала и не вносит в него дополнительное смещение.

Интегратор 30 собран на основе ОУ 52 по суммирующей схеме: на инвертирующий вход ОУ 52 подаются два разнополярных напряжения – прошедший обработку сигнал с катушек 7 контроля амплитуды вибрации и напряжение с источника 31 постоянного напряжения. Выход интегратора 30 подключен к входу опорного напряжения UR интегральной схемы ЦАП 38. Источник 31 собран на основе прецизионного стабилитрона 53. Подстроенным резистором 54 производится регулировка амплитуды вибрации штока 4. Формирователь 32 импульсов выполнен на ОУ 55. На его выходе сигнал имеет форму меандра частотой 36,62 Гц.

В качестве ОУ 46-48, 52, 55 использовались микросхемы типа КР140УД17А, в качестве ОУ 51 использовалась микросхема КР544УД1А, в качестве стабилитрона 53 использовался стабилитрон типа КС191Ф, в качестве диодов 49, 50 использовались диоды типа КД522Б, в качестве резистора 54 использовался резистор типа СП5-3В-1,0-4,7кОм±5%. В устройстве использованы также постоянные резисторы типа С2-10, конденсаторы типа К73-9. Питается электрическая схема устройства от трех источников стабилизированного напряжения: ±15 В и +5 В.

Электрическая схема настроена так, чтобы амплитуда вибрации штока с держателем образца составляла 0,5 мм, при этом общий ход штока равен соответственно 1 мм, относительная нестабильность амплитуды вибрации не превышает 10^-4.

Таким образом, по сравнению с устройствами аналогичного назначения предлагаемое техническое решение обладает рядом достоинств:

– в вибрационном магнитометре наличествует устройство стабилизации параметров вибрации штока с держателем образца;

– относительная нестабильность частоты вибрации существенно снижена и составляет величину 10^-5;

– относительная нестабильность амплитуды вибрации существенно снижена и составляет величину 10^-4;

– более высокая точность измерений магнитного момента образца;

– относительная погрешность измерений магнитного момента образца, обусловленная нестабильностью параметров вибрации, существенно снижена и составляет величину 10^-4;

– имеется возможность проведения магнитных измерений, как при криогенных, так и при высоких (˜1000 К) температурах;

– нет необходимости производить учет сигнала с катушек контроля амплитуды вибрации при обработке результатов измерений для того, чтобы скорректировать ошибку показаний магнитометра, обусловленную дрейфом параметров вибрации.

Формула изобретения

1. Вибрационный магнитометр, содержащий электродинамический вибратор с питающей катушкой, жестко соединенной штоком с держателем образца и источником постоянного магнитного поля, источник питания, катушки контроля амплитуды вибрации, источник намагничивающего поля, питаемый от первого регулируемого источника тока, нагреватель, питаемый от второго регулируемого источника тока, датчики магнитного поля и температуры, измерительную систему, состоящую из измерительных катушек, первого усилителя, синхронного детектора и первого фильтра нижних частот, регистрирующее устройство и термостат, причем измерительные катушки подсоединены к входу первого усилителя, выход которого подключен к первому входу синхронного детектора, подключенного выходом к входу первого фильтра нижних частот, входы регистрирующего устройства соединены с датчиками магнитного поля и температуры и с выходом первого фильтра нижних частот, катушки контроля амплитуды вибрации и источник постоянного магнитного поля размещены внутри электромагнитного экрана, отличающийся тем, что в него введен электронный блок, содержащий второй усилитель, амплитудный детектор, второй фильтр нижних частот, интегратор, источник постоянного напряжения и формирователь импульсов, источник питания содержит кварцевый генератор, делитель частоты, преобразователь кода, цифроаналоговый преобразователь и третий усилитель, при этом выход кварцевого генератора подключен к входу делителя частоты, выходы которого подключены к входам преобразователя кода, подключенного выходами к цифровым входам цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к входу третьего усилителя, выход которого соединен с питающей катушкой, катушки контроля амплитуды вибрации подсоединены к входу второго усилителя, первый выход которого подключен к входу амплитудного детектора, подключенного выходом к входу второго фильтра нижних частот, выход которого подключен к первому входу интегратора, второй вход интегратора подключен к выходу источника постоянного напряжения, выход интегратора подключен к входу опорного напряжения цифроаналогового преобразователя, второй выход второго усилителя подключен к входу формирователя импульсов, выход которого подключен ко второму входу синхронного детектора.

2. Вибрационный магнитометр по п.1, отличающийся тем, что катушки контроля амплитуды вибрации выполнены в виде катушек Гельмгольца.

3. Вибрационный магнитометр по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника постоянного магнитного поля использован постоянный магнит в форме кольца.

РИСУНКИ