Способ измерения магнитного поля электромагнита протонного синхротрона
Патент 321969
Классы МПК
Способ измерения магнитного поля электромагнита протонного синхротрона
Иллюстрации
Реферат
О П И С А Н И Е 32I969
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 8.VI.1966 (№ 1081712/26-25) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 19.XI.1971. Бюллетень № 35
Дата опубликования описания 26.1.1972
МПК Н 05h 13!02
Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров
СССР
УДК 621.384,6(088.8) Авторы изобретения В. М. Гербовецкий, А, С. Горелкин, В. Г. Дубасов и И. В. Мозин
Заявитель
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТА
ПРОТОННОГО СИНХРОТРОНА
H/k, Ig+ д1 Ьт, где:
5 в точке i, 10
AT; — промежуток времени между импульсом измерительного датчика и импульсом, задающим момент измерения, 15
k — коэффициент пропорциональности. и далее
Изобретение относится к способам измерения магнитного поля в ускорителях заряженных частиц.
При формировании магнитного поля электромагнита протонных синхротронов с жесткой фокусировкой необходимо знать усредненные по длине магнитные характеристики пакетов электромагнита. Получение этих характеристик связано с проведением большого объема прецезионных измерений. Особую важность представляют измерения магнитного поля в момент инжекции, где наиболее трудной задачей является измерение градиента.
Дальнейшее развитие ускорителей по пути увеличения их «жесткости» ставит задачу значительного увеличения точности магнитных измерений, которая не может быть решена известными в настоящее время способами.
Для определения напряженности магнитного поля широкое распространение получил способ измерения, основанный на использовании пермаллоевых датчиков с катушкой подмагничивания. Этот способ основан на генерировании датчиком импульса в момент перемагничивания пермаллоевого сердечника. Напряженность поля в точке измерения т вычисляется по формуле:
Н; = Нуо -1- Н;тХТ, Нуо I..„— напряженность поля и ток катушки подмагничивания измерительного датчика, у Д1
Н;i, k ) — скорость нарастания поля д), 20 Таким образом, определение значения напряженности магнитного поля в каждой точке связано с измерениями тока подмагничивания, скорости изменечия поля и промежутка времени между импульсами. По результатам
25 точечных измерений вычисляется усредненная по длине магнита величина магнитного поля.
Величина градиента поля вычислялась из результатов измерений поля в точках, смещенных относительно друг друга по радиусу
30 магнита.
321969 допустим что тогда
10 с=с с=с
Осуществляя суммирование и усреднение токов компенсации датчиков и амплитуду
15 сигналов четных гармоник, получаем:
Н ср — 1ср + mUcp где:
20 с 1
Для уменьшения ошибок из-за неточности работы аппаратуры, измеряющей амплитуды четных гармоник, регулированием суммарного тока 1,,р добиваются нулевых показаний измерителя гармоник, т. е. U ð — — О. Таким образом, измерение магнитного поля Нср, усредненного по длине элемента электромагнита, сводится к измерению суммарного тока компенсации 1,„. В этом случае точность измерения Н,р при одинаковых параметрах маг35 нитомодуляционных датчиков определяется: очностью измерения 1 р.
При измерении градиента поля датчики группируются в «градиентные» пары и располагаются по контуру измерения. Компенса40 ционные обмотки, обозначенные как «основные», включаются последовательно. Усреднен. ,ная по длине измеряемого элемента электромагнита величина градиента определяется между двумя равно стоящими линиями рас45 положения датчиков, причем поле на «основной» линии есть измеряемая напряженность
Н . В точках расположения датчиков «дополнительного» ряда поле можно представить как
50 Н2г — Л Ог + ЬН2Ъ (8) или
Н = Д1р+ mU (2) где ЛН ; — величина поля, подлежащая измерению.
Эта величина определяется полем компенсации ЛНоь создаваемая током Л1д, протекающим по специально созданной в датчике
«дополнительной» обмотке, и 6Н ;, получаемой за счет амплитуды четных гармоник в мо60 мент t . сссН2с НОс + H2ã (9) N lV
1 / сс „= — (4С„+ иссU„) (3) или
=1 65
ЬН ; — — /гЛ1 ; + таад (10) Недостатками данного способа являются: — большая трудоемкость процесса измерения и обработки результатов, обусловленные измерениями в каждой точке тока подмагничивания датчика, скорости изменения поля и промежутка времени между импульсом, задающим момент измерения и измерительными сигналами; — относительно низкая точность определения значения магнитного поля и его градиента; — сложность и неточность измерения в краевой области магнита, где скорость изменения поля резко спадает; — необходимость стабилизации режима питания магнита или контроль его параметров при измерении в каждой точке.
Целью изобретения являются сокращение трудоемкости процесса и повышение точности измерений.
Сущность изобретения заключается в исключении трудоемких операций по измерению тока подмагничивания и сигнала с датчика в каждой точке измерения поля.
Описываемый способ измерения магнитного поля основан на использовании магнитомодуляционных датчиков. Датчик этого типа представляет собой пермаллоевый зонд, у которого для съема сигнала и создания поля компенсации измеряемого поля имеются сигнальная и компенсирующая обмотки. Возбуждение датчика осуществляется с помощью компенсирующей обмотки.
При наличии внешнего магнитного поля, проекция вектора которого совпадает с магнитной осью датчика, в спектре сигнала последнего содержатся четные гармоники высокочастотного тока возбуждения. При линейном характере изменения исследуемого магнитного поля также линейно изменяются амплитуды четных гармоник (область 4 — t> на чертеже) . Если измерение осуществляется в момент t, то величина магнитного поля определяется полем компенсации Н, и некоторой добавкой 6Н>, получаемой из измерений амплитуды четных гармоник.
Hi = Ho + 6Hi где: k и т — коэффициенты пропорциональности, 1Π— ток компенсации, U — амплитуды четных гармоник в момент to.
Усредненную по длине элемента электромагнита величину магнитного поля можно непосредственно получить, используя N датчиков, расположенных по контуру измерения:
kx = k = ka = . = " ч = Й (4)
ms=ma=òç=..=mv=m (5) N Л
11сср: 1 О + т, 0 (6) 321969
ЛНср — — kAlcp + тЛс/ср (13) где
Составитель И. Петров
Техред Е. Борисова
Редактор Н. Коган
Корректор Т. Бабакина
Заказ 3947/18 Изд. № 1766 Тираж 473 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Мини"тров ГССР
Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2
Предположим, что коэффициенты k и m, соответственно, одинаковы для датчиков обоих рядов, тогда усредненное по длине значение поля, измеряемое датчиками дополнительного ряда, равно:
N N N аср — 1 о1+ 1 о1 + /П /а1
1 †f -=1 f 1 (11) Осуществляя суммирование и усреднение токов компенсации и амплитуд сигналов четных гармоник, получаем:
Нзср — — klcp+ М1,р + mUcp (12) Разность полей, измеряемых датчиками «основного» и «дополнительного» рядов равна:
Усредненную величину разностной амплитуды четных гармоник ЛУ,р сводят до нуля изменением суммарного тока в дополнительных обмотках компенсации Л1о1. В этом случае при определении градиента поля достаточно измерить величину Л1о;, а отсюда, точность измерения градиента при одинаковых
5 параметрах магнитомодуляционных датчиков определяется точностью измерения суммарного дополнительного тока Л/в1.
Предмет изобретения
1о Способ измерения магнитного поля электромагнита протонного синхротрона, основанный на использовании магнитомодуляционных датчиков, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем получе15 ния усредненного по длине магнита значения напряженности поля в одном цикле его изменения, сокращения времени измерения за счет исключения операций измерения в каждой отдельной точке, суммируют сигналы четных
20 гармоник и токи подмагничивания с расставленных по контуру измерения датчиков, компенсируют суммарный сигнал четных гармоник с датчиков до нуля в заданный момент времени изменением суммарного тока подмагничивания, и измеряют величину суммарного тока, значение которого пропорционально усредненной по контуру измерения величине напряженности магнитного поля.