RU2008691C1 - Device for instantaneous magnitude determining of wide-spaced magnetic field - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has magnetic induction converter 1 for alternative magnetic field and data processing block 4. Magnetic induction converter is fixed on float 2 in liquid vessel 3 placed in working volume. Vessel has liquid level pickup 6 and two valves 7 and 8 for vessel filling or drawing off. EFFECT: more simple construction. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения характеристик управляющего магнитного поля индукционных циклических ускорителей. The invention relates to measuring technique and can be used to determine the characteristics of the control magnetic field of induction cyclic accelerators.

Известно устройство для измерения характеристик магнитного поля бетатрона, содержащее магнитоиндукционный преобразователь в виде системы концентрических витков, намотанных на диске из изоляционного материала [1] . A device for measuring the characteristics of the magnetic field of a betatron, containing a magnetic induction transducer in the form of a system of concentric turns wound on a disk of insulating material [1].

Измерение характеристик магнитного поля в рабочем зазоре бетатрона производится на большом числе точек вдоль аксиальной оси ускорителя. Перемещение магнитоиндукционного преобразователя осуществляется механическим путем с последующей фиксацией датчика на заданной высоте. Каждая перестановка магнитоиндукционного преобразователя связана с выключением ускорителя и полным снятием напряжения с намагничивающих обмоток. Поэтому процесс измерения характеристик магнитного поля бетатрона получается длительным и трудоемким, а точность установки датчика невысокой. Для повышения точности самых магнитных измерений в устройство необходимо включить блок обработки информации. The characteristics of the magnetic field in the working gap of the betatron are measured at a large number of points along the axial axis of the accelerator. The magnetic induction transducer is moved mechanically with the subsequent fixation of the sensor at a given height. Each permutation of the magnetic induction converter is associated with the shutdown of the accelerator and the complete removal of voltage from the magnetizing windings. Therefore, the process of measuring the characteristics of the magnetic field of the betatron is long and laborious, and the accuracy of the sensor is low. To increase the accuracy of the most magnetic measurements, an information processing unit must be included in the device.

Наиболее близким техническим решением является устройство для измерения мгновенных значений периодических магнитных полей, содержащее магнитоиндукционный преобразователь и блок обработки информации [2] . The closest technical solution is a device for measuring instantaneous values of periodic magnetic fields, containing a magnetic induction converter and an information processing unit [2].

Данное устройство отличается повышенной чувствительностью и точностью измерений, но перемещение и фиксация преобразователя в аксиальном направлении остаются также механическими, для перестановки преобразователя по-прежнему необходимо отключение и снятие напряжения, в связи с чем продолжительность и трудоемкость процесса измерений уменьшаются незначительно. This device is characterized by increased sensitivity and accuracy of measurements, but the movement and fixation of the converter in the axial direction also remain mechanical, to switch the converter, it is still necessary to turn off and off the voltage, and therefore the duration and complexity of the measurement process are slightly reduced.

Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик устройства. The purpose of the invention is to improve the operational characteristics of the device.

Это достигается тем, что в устройстве для измерения мгновенных значений периодических магнитных полей, содержащем магнитоиндукционный преобразователь и блок обработки информации, магнитоиндукционный преобразователь установлен на поплавке в емкости, расположенной в рабочем объеме, емкость снабжена уровнемером и двумя вентилями для заполнения и слива жидкости. This is achieved by the fact that in a device for measuring instantaneous values of periodic magnetic fields containing a magnetic induction converter and an information processing unit, the magnetic induction converter is mounted on a float in a container located in the working volume, the tank is equipped with a level gauge and two valves for filling and draining the liquid.

На чертеже представлена схема устройства для измерения мгновенных значений протяженных магнитных полей. The drawing shows a diagram of a device for measuring instantaneous values of extended magnetic fields.

Магнитоиндукционный преобразователь 1, представляющий собой, например, систему концентрических витков, намотанных на диске из изоляционного материала, установлен на поплавке 2 в емкости 3. Преобразователь 1 электрически соединен с блоком обработки информации 4. Емкость 3 размещена, например, в рабочем зазоре цилиндрического бетатрона и имеет форму вакуумной камеры ускорителя. Емкость 3 соединена шлангами 5 с уровнемером 6, например, по принципу сообщающихся сосудов, через первый клапан 7 - с водопроводной сетью и через второй клапан - со сливом. The magneto-induction transducer 1, which is, for example, a system of concentric coils wound on a disk of insulating material, is mounted on a float 2 in a tank 3. The converter 1 is electrically connected to the information processing unit 4. The tank 3 is placed, for example, in the working gap of a cylindrical betatron and has the form of a vacuum chamber of the accelerator. The tank 3 is connected by hoses 5 to the level gauge 6, for example, according to the principle of communicating vessels, through the first valve 7 to the water supply network and through the second valve to the drain.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

На период настройки электромагнитной системы ускорителя на место вакуумной камеры цилиндрического бетатрона устанавливается емкость 3. После открытия вентиля 7 вода из водопроводной сети по шлангам 5 поступает в емкость 3. Магнитоиндукционный преобразователь 1 поплавком 2 начинает вытесняться вверх. Отсчет положения магнитоиндукционного преобразователя производится по уровнемеру 6, шкала которого предварительно отградуирована в соответствии с действительным положением преобразователя. После установки магнитоиндукционного преобразователя 1 на заданной высоте вентиль 7 закрывается. Исследуемое магнитное поле B(t) = f(R, Z) магнитоиндукционный преобразователь 1 преобразуется в напряжения, пропорциональные производным от поля во времени. Блок обработки информации 4 производит преобразования этих напряжений по способу [2] к виду U_1,2,...n = B(t_o, R_1,2,...n).For the period of tuning the accelerator’s electromagnetic system, a container 3 is installed in place of the vacuum chamber of the cylindrical betatron. After opening valve 7, water from the water supply network through hoses 5 enters the container 3. The magneto-inductive converter 1 begins to be displaced upward by the float 2. The reference position of the magnetic induction transducer is made on the level gauge 6, the scale of which is pre-calibrated in accordance with the actual position of the transducer. After installing the magnetic induction Converter 1 at a given height, the valve 7 is closed. The investigated magnetic field B (t) = f (R, Z) magneto-inverter 1 is converted into voltages proportional to the derivatives of the field in time. The information processing unit 4 performs the conversion of these voltages according to the method [2] to the form U _{1,2, ... n} = B (t _o , R _{1,2, ... n} ).

После этого открывается вентиль 7, преобразователь 1 перемещается на заданный шаг по Z, вентиль 7 закрывается, и цикл измерений повторяется. Число точек отсчета по Z определяется требуемой точностью измерений B(t) = f(Z). After that, valve 7 opens, converter 1 moves by a predetermined Z step, valve 7 closes, and the measurement cycle is repeated. The number of reference points in Z is determined by the required measurement accuracy B (t) = f (Z).

Перемещение магнитоиндукционного преобразователя сверху вниз осуществляется путем открывания вентиля 8. The magnetic induction transducer is moved from top to bottom by opening valve 8.

Таким образом, в предложенном устройстве реализованы технические решения, создающие новый положительный эффект: установка в рабочем зазоре ускорителя емкости из изоляционного материала сводит к минимуму в измерительном устройстве число металлических деталей, искажающих распределение магнитного поля; установка магнитоиндукционного преобразователя на поплавке обеспечивает высокую точность установки преобразователя (горизонтальность) и позволяет измерять распределение магнитного поля в электромагнитных устройствах ускорителей, имеющих большую протяженность по высоте; наличие уровнемера обеспечивает оперативный контроль текущего положения первичного измерительного преобразователя. Thus, the proposed device implements technical solutions that create a new positive effect: installation in the working gap of the accelerator of a container made of insulating material minimizes the number of metal parts in the measuring device that distort the distribution of the magnetic field; the installation of a magnetic induction transducer on the float provides high accuracy of the transducer installation (horizontal) and allows measuring the distribution of the magnetic field in the electromagnetic devices of accelerators having a large length in height; the presence of the level gauge provides operational control of the current position of the primary measuring transducer.

Кроме того, соединение емкости шлангами через вентили с водопроводной сетью и сливом позволяет дистанционно осуществлять регулировку положения магнитоиндукционного преобразователя. Благодаря этому персонал и регистрирующая аппаратура выведены из зоны действия мощных полей рассеяния и высокого напряжения, сопутствующих работе ускорителей, что способствует соблюдению правил техники безопасности и повышению точности измерений. Так как при этом отпадает необходимость периодических отключений электромагнита и полного снятия напряжений, то значительно сокращается время, требуемое для проведения цикла измерений. In addition, the connection of the tank with hoses through the valves with the water supply network and the drain allows you to remotely adjust the position of the magnetic induction converter. Due to this, the personnel and recording equipment are removed from the zone of action of powerful scattering fields and high voltage associated with the operation of accelerators, which contributes to compliance with safety regulations and improve measurement accuracy. Since this eliminates the need for periodic shutdowns of the electromagnet and complete stress relief, the time required for the measurement cycle is significantly reduced.

Предлагаемое устройство испытано на действующем цилиндрическом бетатроне на 30 МэВ. Электромагнит ускорителя запитан напряжением 10 кВ. Безжелезная конструкция электромагнита является причиной мощных полей рассеяния. The proposed device was tested on an existing 30 MeV cylindrical betatron. The accelerator electromagnet is powered by a voltage of 10 kV. The ironless design of the electromagnet is the cause of powerful scattering fields.

При проведении магнитных измерений в рабочем зазоре ускорителя устанавливают емкость в виде тора высотой 70 см, внутренним радиусом 19 см и наружным радиусом 30 см. Внутри тора на поплавке располагают измерительный диск с 10 концентрично намотанными витками. Обслуживающий персонал во время измерений находится в смежном с ускорителем помещении. Изменение положения диска по высоте осуществляют гидравлическим путем, шаг изменений 2 см, положение диска контролируют по уровнемеру. When conducting magnetic measurements in the working gap of the accelerator, a capacity in the form of a torus with a height of 70 cm, an inner radius of 19 cm and an outer radius of 30 cm is installed. Inside the torus, a measuring disk with 10 concentric wound turns is placed on the float. The service personnel are located in a room adjacent to the accelerator during measurements. Changing the position of the disk in height is carried out hydraulically, the step of changes is 2 cm, the position of the disk is controlled by a level gauge.

Испытание показало, что применение изобретения позволило примерно в 3 раза сократить время на проведение измерений, повысить безопасность работы персонала и за счет выноса регистрирующей аппаратуры из зоны действия рассеянных полей, повысить точность измерений. (56) 1. Гришин К. С. Измерительное устройство для исследования магнитного поля бетатронов. // В кн. Электронные ускорители. Труды IV Межвузовской конференции по электронным ускорителям. М. : Высшая школа. 1964. с. 285-294. The test showed that the application of the invention made it possible to reduce the measurement time by a factor of about 3, to increase the safety of personnel and by taking the recording equipment out of the area of dispersed fields, and to increase the accuracy of measurements. (56) 1. Grishin K.S. A measuring device for studying the magnetic field of betatrons. // In the book. Electronic accelerators. Proceedings of the IV Interuniversity Conference on Electronic Accelerators. M.: High school. 1964. p. 285-294.

2. Авторское свидетельство СССР N 764485, кл. G 01 R 33/02, 1979.  2. Copyright certificate of the USSR N 764485, cl. G 01 R 33/02, 1979.

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МГНОВЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПРОТЯЖЕННЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, содержащее магнитоиндукционный преобразователь и блок обработки информации, отличающийся тем, что магнитоиндукционный преобразователь установлен на поплавке в емкости, расположенной в рабочем объеме, емкость снабжена уравнемером и двумя вентилями для заполнения и слива жидкости.  DEVICE FOR MEASURING INSTANT VALUES OF EXTENDED MAGNETIC FIELDS, containing a magnetic induction converter and an information processing unit, characterized in that the magnetic induction converter is mounted on a float in a container located in the working volume, the tank is equipped with an equalizer and two valves for filling and draining the liquid.