Application de la méthode des transformateurs saturés à la mesure et régulation du champ magnétique d'un spectromètre β à double focalisation π √2 avec noyau de fer

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Submitted on 1 Jan 1969

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Application de la méthode des transformateurs saturés à

la mesure et régulation du champ magnétique d’un

spectromètre β à double focalisation π √2 avec noyau de

fer

J.S. Dionisio, C. Guterman

To cite this version:

195.

APPLICATION DE LA

MÉTHODE

DES TRANSFORMATEURS

SATURÉS

A LA MESURE ET

RÉGULATION

DU CHAMP

_MAGNÉTIQUE

D’UN

_{SPECTROMÈTRE 03B2}

A DOUBLE FOCALISATION 03C0

_~2

AVEC NOYAU DE FER

J.

S.

_DIONISIO,

Centre de _{Spectrométrie} Nucléaire et de _{Spectrométrie} de Masse du C.N.R.S.,

et C.

_GUTERMAN,

Institut de _Physique Nucléaire, Laboratoire Joliot-Curie, Orsay.

Résumé. 2014 On décrit un nouveau

_{magnétomètre}

_pour mesurer les

_champs

_magnétiques

constants ou lentement variables dans l’intervalle de variation entre 10-4 et 3 x 102 Oe.

La

_précision

relative est

_supérieure

à _2,5 X 10-5 entre 7 et 300 Oe. Le

_{champ magnétique}

d’un

_{spectromètre 03B2}

à double focalisation 03C0

~2

du

_{type Siegbahn-Svartholm}

est stabilisé par un

servomécanisme. On utilise comme

_signal

d’erreur la différence entre une tension

_{proportionnelle}

au

_champ

d’induction

_magnétique

et une tension de référence.

Abstract. - A _new device, derived from the flux

gate method, is described. This

instru-ment can be

_applied

to the measurement of constant or

_{slowly varying magnetic}

fields in the range between 10-4 Oe and 3 x 102 _{Oe. Its accuracy} is, at least, 2.5 x 10-5 between 7 and 300 Oe. The

_magnetic

field of a double

_focusing

03C0

~2

_{magnetic 03B2 spectrometer}

of the

Siegbahn-Svartholm type

is stabilized with an _accuracy of the same order of

_{magnitude using}

the error

_signal

between the

_{voltage proportional}

to the

_magnetic

field induction and the reference

_voltage.

i REY1;E DF~ _{PHYSIQUE APPI,IQÜ~~}

~

TOME 4, jri-N- 1969,

1. Introduction. -

Il y a un

_grand

nombre de

méthodes de mesure et de

_{régulation précises}

des

champs magnétiques

intenses.

_Cependant,

elles ne

sont _pas

_adaptées,

en

général,

à la stabilisation et à

l’exploration

des

_{champs magnétiques hétérogènes}

d’intensités

_supérieures

à 10 Oe et de

_gradients

_compris

entre 0 et 4

_Oe/cm.

Nous décrivons sommairement une

_application

de

la méthode des transformateurs saturés à la mesure et à la

_régulation

du

_{champ magnétique}

d’un

spectro-mètre ~

à double focalisation

_V2,

du _type

Siegbahn-Svartholm,

à noyau de fer, suivie d’une _étude compa-rative des diverses méthodes de mesure.

II.

_Description

du

magnétomètre

et de la

régulation.

- La

figure

1

_représenté

les schémas fonctionnels du

magnétomètre

et du

_système

d’asservissement de l’ali-mentation

_principale

de l’électroaimant du spec-tromètre.

Le

_{magnétomètre}

est constitué essentiellement _par les organes suivants :

1)

une sonde

_{exploratrice,}

SE

_{(Hewlett-Packard}

3529 A ou C

16)

jouant

le rôle de détecteur de zéro

pour la différence EB =

Be

-- B’ entre le

champ

d’induction

_extérieur,

_Be,

et le

_champ

compensa-teur,

B’ ;

2)

une unité

électronique (Hewlett-Packard

428

_BR)

associée à la sonde et caractérisée _par une fonction de transfert

_T,

donnant un

_signal

d’erreur _EO =

7~;

3)

une chaîne

d’amplificateurs

opérationnels

conti-nus

_A.,

Ale A2, A3

_ayant une double fonction :

a)

ampli-fier le

_signal

d’erreur EB du

magnétomètre;

p)

asservir le courant

_IS

traversant le solénoïde de

_{compensation,}

SC,

du

_champ

extérieur à la tension

_Ysu,

_appliquée

aux bornes d’un shunt _ayant une

grande

stabilité

thermique

R,,.

La

_première

fonction est réalisée à l’aide d’un

_{amplificateur}

stabilisé _par

_chopper

_(Ao)

et la deuxième _par les autres

_{amplificateurs}

_{(A,, A2}

et

_A3)

fonctionnant

_{respectivement}

comme filtre

passe-bas,

inverseur et

_{amplificateur}

de

_puissance;

4)

un solénoïde de

_{compensation (0int}

=

8,1

mm, .

~e~t =

21,5 mm ; l

= 42

mm, N = 787 _tours de fil

de

_{Cu, ~}

=

0,6

mm)

caractérisé _par une fonction de

transfert G telle _{que B’ _}

_{~,o Gl~;}

5)

un voltmètre

_digital

de haute

_{précision, grande}

linéarité et

_{rapidité, susceptible}

d’être

_intégré

dans un

système

de commande et

_{enregistrement}

_automatique

des mesures du

_{champ (Dynamco}

DM

_2023).

La mesure du

_champ

d’induction

_magnétique

exté-rieur, Be,

se ramène donc à une mesure de la tension

électrique

continue

_Fgs

=

KBe

_avec K ^~

Rsn~~,o

G. Le

_paramètre

K

_représente

la fonction de transfert du

magnétomètre.

Son

_degré

de stabilité est de l’ordre de

_2,5

X 10-5.

197

W G. 1.

Les

_principaux

_{organes du}

_système

d’asservissement de l’alimentation

_principale

de l’électroaimant du spectro-mètre sont les suivants :

1)

le

_{magnétomètre}

décrit

_ci-dessus;

2)

une alimentation étalon

_{(Princeton Applied}

Re-search T

_{(100. 2 BR))}

ou un diviseur de tension à

relais,

programmable

(Julie

Research Laboratories RVD 105

_B),

donnant une tension très stable

qui

est

_comparée

à la tension de sortie du

_{magnétomètre}

_VS,

=

KBe;

3)

un

_{amplificateur opérationnel}

stabilisé _par

chop-per

(Burr

Brown 1538 A ou

3010)

et son circuit de

contre-réaction fonctionnant essentiellement comme comparateur de

tension;

4)

l’alimentation

_principale

de l’électroaimant don-nant soit un _courant, soit une tension continue stabilisée

avec commande manuelle ou à distance

_(Drusch

ALSF

_{60-10) ;}

5)

l’électroaimant du

_{spectromètre}

constitué _par un

ensemble de six bobines enroulées autour _{du noyau} central

_{(caractérisé par}

_{R, L,}

_{’1), ~} et

_N).

Avec ce

_système,

on atteint une stabilité de

2,5

X 10-5 à court terme et _{meilleure que} 10-4 _{pour des} mesures

continues réalisées

_{pendant plusieurs}

heures.

III.

_Comparaison

des méthodes de mesure. - Le

tableau I

_indique

les

_{caractéristiques requises}

des méthodes de mesure du

champ magnétique

du

_point

de vue de leur

_application

à la

_{spectrométrie ~}

et leur

degré

de vérification _pour

_{quelques exemples typiques;}

balance Cotton

_(BC),

bobine tournante de haute sensibilité BT

_(HS),

double bobine tournante de très haute sensibilité DBT

_(THS),

effet Hall de très haute

précision

EH

_(THP),

résonance

_magnétique

nucléaire

et ses variantes de très basse

_température

RMN

(He

TBT)

et du maser à deux niveaux et à courant

liquide

RMN

_(MDNCL),

résonance

_magnétique

élec-tronique

RME;

transformateurs saturés TS et la

va-riante à

_champ

extérieur

_compensé

TS

_(CEC).

De l’examen de ce

tableau,

on conclut _{que, dans} l’état

du

_{développement technique}

des méthodes de mesure

du

_{champ magnétique,}

la méthode des transformateurs saturés avec le

_champ

extérieur

_compensé

semble le

mieux satisfaire les conditions

_imposées

par les

appli-cations

_{spectrométriques.}

Une

_description

_plus

détaillée de cet ensemble

élec-tronique

suivie d’une discussion

_{plus approfondie}

des

caractéristiques

comparées

de ces diverses méthodes

de mesure

_paraîtra

ultérieurement

[1].

BIBLIOGRAPHIE

[1] DIONISIO

_{(J. S.)}

et GUTERMAN

_(C.),

Nucl. Instr.