УСТРОЙСТВО ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
DEVICE FOR MAGNETIC FIELD REPRODUCTION

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано в установках для воспроизведения магнитного поля на основе колец Гельмгольца при создании образцовых источников изменяющихся магнитных полей в заданном объеме рабочей зоны.
Известны устройства воспроизведения изменяющегося магнитного поля по патентам RU №№2266549, 2271548 с катушками индуктивности, заявка на изобретение №96116074 с катушкой Гельмгольца.
Известна установка, принятая в качестве прототипа (см. приложение), типа КГ6Н (Торговый дом СпецТехноРесурс, г.Москва) для воспроизведения магнитного поля с нормированными метрологическими параметрами на основе колец Гельмгольца, которые являются преобразователем переменного напряжения в напряженность магнитного поля. Особенностью колец Гельмгольца является высокая однородность магнитного поля в пространстве между катушками, что позволяет использовать их в качестве меры с заданной величиной магнитной индукции.
Недостатком вышеуказанных устройств является то обстоятельство, что катушка Гельмгольца является источником однородного магнитного поля при условии равномерного распределения тока вдоль рамки катушки Гельмгольца, возбуждаемого в ней источником переменного сигнала. Обычно это выполняется при условии, что L≤λ, где L - длина контура рамки, λ - длина волны. С ростом частоты отношение L/λ возрастает и при L/λ≥0,25 распределение тока вдоль витка рамки отличается от равномерного, что приводит к возрастанию неоднородности поля в объеме рабочей зоны и ограничению верхней частоты диапазона устройства.
Технической задачей предлагаемого решения является расширение диапазона устройства в сторону верхней частоты при приемлемых габаритах катушки Гельмгольца.
Сущность технического решения заключается в том, что в устройстве воспроизведения магнитного поля, содержащем катушку Гельмгольца, состоящую из двух плоскопараллельных металлических разрезанных рамок, расположенных соосно, контур рамок имеет вид многоугольника (треугольник, квадрат, четырехугольник, многоугольник), каждая сторона (грань) которого в середине имеет разрыв, в который последовательно включен согласующий резистор и который является входом сигнала возбуждения катушки Гельмгольца.
На рисунке схематически изображены: фиг. 1 - вид платы с рамкой в форме квадрата; фиг. 2 - общий вид устройства.
а
Устройство для воспроизведения магнитного поля на основе колец Гельмгольца состоит из двух проводящих квадратных рамок 1, каждая из которых (фиг. 1) имеет четыре входа с точками 2 для подключения кабеля сигнала возбуждения (от генератора сигналов) катушки Гельмгольца. Параллельно каждому входу включен согласующий резистор 3. Квадрат рамки выполнен на плате 4 в виде полоски шириной 10 мм. Платы 4 с рамками 1 расположены параллельно (фиг. 2) с центрами на общей оси (соосно) на расстоянии d друг от друга (расстояние между рамками определяется из условия наибольшей однородности магнитного поля), равном d=а/2. Для рабочей зоны 5 (область с заданной неоднородностью магнитного поля и размещения в ней испытуемой антенны) с размерами диаметра ⌀ (0,6×0,6) м сторона квадратной рамки а равна 1,4 м, при этом d=/2=0,7 м.
В варианте выполнения устройства контур рамок может быть выполнен и в виде окружности, при этом разрезы выполняются по длине окружности на равных расстояниях друг от друга, в которые последовательно включены согласующие резисторы и точки разрезов рамки (окружности) являются дополнительными входами сигнала возбуждения катушки Гельмгольца.
Работа устройства заключается в преобразовании катушкой Гельмгольца переменного напряжения, поступающего от генератора сигналов на входы возбуждения 2 катушки, в напряженность магнитного поля, то есть воспроизведение в катушке магнитного поля. Магнитная индукция этого поля пропорциональна протекающему по рамкам катушки току, который создает падение напряжения на резисторах 3.
Выполнение рамок катушки Гельмгольца в виде многоугольников с разрезанными в середине сторонами позволяет возбуждать катушку Гельмгольца вдоль всего контура рамки равномерным по амплитуде током, воспроизводя равномерное магнитное поле внутри катушки при приемлемых размерах рамки и без уменьшения верхнего предела частотного диапазона устройства.
Так при верхней частоте диапазона 30 МГц размеры рамок при одном входе возбуждения равны а=3,2 м (d=1.6 м), а при четырех входах возбуждения квадратной рамки а=1,4 м (d=0.7 м), при этом неоднородность воспроизводимого магнитного поля уменьшается с 16,7% до 5,4%.
Если рамки выполнены в виде кольца, то дополнительные разрезы для дополнительных входов возбуждения рамок выполняются по длине окружности и отстоят на равных расстояниях друг от друга.
Количество выполняемых разрезов контура рамок катушки Гельмгольца зависит от диапазона рабочих частот, результаты макетирования и экспериментального исследования показали, оптимальное количество составляет от 2 до 6 разрезов.
Устройство воспроизведения магнитного поля используется в качестве рабочего эталона при калибровке и поверке рабочих средств измерений магнитной индукции переменного магнитного поля.