Источник поляризующего магнитного поля для спектрометрической аппаратуры

Источник поляризующего магнитного поля для спектрометрической аппаратуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ИСТОЧНИК ПОЛЯРИЗУЮЦЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ДЛЯ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ , содержащий постоянный магнит с механизмом перестройки магнитного поля, блок управления магнитным полем и датчик магнитного поля , расположенный в рабочем зазоре магнита, отличающийся тем, что, с целью повышения стабиль ности магнитного поля и линейности его развертки, в него дополнительно введены программируемый генератор импульсов, катушки импульсной модуляции , схема выборки-хранения, усилитель ошибки и блок коммутации, причем программируемый генератор импульсов соединен первым выходом с катушками импульсной модуляции, вторым выходом - со стробируемым входом схемы выборки-хранения и третьим выходом - с коммутирующим входом блока коммутации, схема выборки-хранения, усилитель ошибки и блок коммутации соединены последовательно и подключены мехщу датчиком магнитного поля, (П размещенным между катушками импульсной модуляции и блоком управления Магнитным полем, а второй вход усилителя ошибки соединен с выходом дат чика магнитного поля непосредствен- g но., I

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) G 01 N 24/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ: :-:::,:;-;:, (1

К ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ е (1(Я (21) 3475580/18-25 (22) 23.07.82 (46) 15.11.83. Бюл. М 42 (72) В,Н.Линев, В;В.Лисовский, В.A.Муравский и.Е.Я.Фурса (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Энамени государственный университет им. В.И.Ленина (53) 538.69.083(088.8) (56) 1. Марон P.Ñ. и др. Аппаратура для исследования электронного парамагнитного резонанса. Л,, Энергия

1968, с. 30.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 3243161/18-25, кл. G 01 N 24/10, 1981 (прототип). (54) (57) ИСТОЧНИК ПОЛЯРИЗУКХЦЕГО N)АХ НИТНОГО ПОЛЯ ДЛЯ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОИ

АППАРАТУРЫ, содержащий постоянный магнит с механизмом перестройки маг нитного поля, блок управления маг.нитным полем и датчик магнитного поля, расположенный в рабочем зазоре магнита, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью повышения стабиль ности магнитного поля и линейности его развертки, в него дополнительно введены програьмируеьый генератор импульсов, катушки импульсной моду ляции, схема выборки-хранения, уси,литель ошибки и блок коммутации, при" чем программируемый генератор импульсов соединен первым выходом с катушками импульсной модуляции, вторым выходом — со стробируемым входом схемы выборки-хранения и третьим выходом - с коммутирующим входом блока коммутации, схема выборки-хранения, усилитель ошибки и блок коммутации соединены последовательно и подключв-Я ны между датчиком магнитного поля, размещенным между катушками импульсной модуляции и блоком управления

° магнитным полем, а второй вход усилителя ошибки соединен с выходом датчика магнитного поля непосредствен- Я но.

1054752

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при изготовлении портативных ра» диоспектрометров электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и .ядерного магнитного резонанса (ЯИР), предназначенных для решения задач методом магнитно-резонансной спектроскопии в геологии, химии, металлургии, медицине и других отраслях науки и техники. 10

Известен источник поляризующего магнитного поля, выполненный на основе электромагнита и включающий блок управления магнитйым полем, источник питания и датчик Холла, рас- 15 положенный в рабочем зазоре электромагнита (1).

В известном устройстве создание магнитного поля и его развертка осуществляется с помощью обмоток, распо- 0 ложенных на полюсных наконечниках электромагнита. Магнитное поле в рабочем зазоре стабилизируется по датчику Холла. Стабильность магнитного поля и линейность развертки определяются, главным образом, параметрами датчика Холла, в частности температурной стабильностью ЭДС Холла и коэффициентом нелинейности его характеристики. Для лучших известных типов датчиков Холла эти параметры не превышают соответственно 5.10 и

3 10 град.

Таким образом, недостатком известного устройства является невысокая стабильность магнитного поля и нелинейность его развертки.

Наиболее близким к изобретению является источник поляризующего магнитного поля для спектрометрической аппаратуры, содержащий постоянный 40 магнит с механизмом перестройки магнитного поля, блок управления магнитным полем и датчиком магнитного поля, расположенный в рабочем зазоре магнита (2) . .45

В данном устройстве значение магнитного поля в рабочем зазоре непрерывно контролируется датчиком магнитного поля, а его изменение осуществляется механизмом перестройки, снабженным электроприводом. При этом дискретность и нелинейность перестройки компенсируется с помощью катушек коррек ции, Для известного источника магнитного поля характерны те же недостатки, что и для электромагнита, а именно: зависимость параметров магнитного поля (стабильности и линейности развертки) от параметров датчика 60 магнитного поля.

Непрерывная стабилизация магнитного поля по датчику магнитного поля в известном устройстве фактически снижает потенциально высокую стабиль- 5 ность магнитного поля, которую может обеспечить постоянный магнит. Так, например, стабильность постоянного магнита ЮНДК 38Т8 достигает

10-7 г 1, -

Активное термостатирование датчика магнитного поля приблизительно на порядок (до 10 ) повышает стабильность магнитного поля, но приводит к существенному увеличению габаритов, веса и энергопотребления магнитной системы. Это противоречит функциональному значению данного класса источников магнитного поля на основе постоянных магнитов, предназначенных для использования в малогабаритной переносной спектрометрической аппаратуре, эксплуатация которой, как правило, должна осуществляться во внелабораторных условиях при воздействии различных дестабилизирующих факторов (температуры, влажности, вибраций и т.п.).

Цель изобретения — повышение стабильности магнитного поля и линейности его развертки, Указанная цель достигается тем, что в источник поляриэующего магнитного поля для спектрометрической аппаратуры, содержащем постоянный магнит с механизмом перестройки магнитного поля, блок управления магнитным полем и датчик магнитного поля, расположенный в рабочем зазоре магнита, дополнительно введены программируемый генератор импульсов, катушки импульсной модуляции, схема выборки-.хранения, усилитель ошибки и блок коммутации, причем программируемый генератор импульсов соединен первым выходом с катушками импульсной модуляции, вторым выходом — с стробируемым входом схемы выборкихранения и третьим выходом — с коммутирующим входом блока коммутации, схема выборки-хранения, усилитель ошибки и блок коммутации соединены последовательно и подключены между датчиком магнитного поля, размещен- . ным между катушками импульсной модуляции и блоком управления магнитным полем, а второй вход усилителя ошибки соединен с выходом датчика магнитного поля непосредственно.

На чертеже представлена блок-схема источника поляриэующего магнитного поля для спектрометрической аппаратуры.

Источник поляризующего магнитного поля для спектрометрической аппаратуры содержит постоянный магнит 1, включенный в магнитопровод 2 с рабочим зазором 3 и механизмом 4 перестройки магнитного поля, блок 5 управления магнитным полем, датчик б магнитного поля, программируемый генератор импульсов 7, катушки 8 им1054752 пульсной модуляции, между которыми размещен датчик 6 магнитного поля, схема 9 выборки-хранения, усилитель

10 ошибки, блок 11 коммутации. Первый выход программируемого генератора импульсов 7 соединен с катушками 5

8 импульсной модуляции, второй выход с стробируемым входом схемы 9 выборки-хранения, а третий выход — с коммутирукщим входом блока 11 коммутации, схема 9 выборки-хранения, уси- 1() литель 10 ошибки к блок ll коммутации соединены последовательно и включены между, выходом датчика 6 магнитного поля и входом блока 5 управления магнитным полем, при этом второй 5 вход усилителя 10 ошибки подключен к выходу датчика магнитного поля непосредственно.

Источник поляризующего магнитного поля для спектрометрической аппаратуры работает следующим образом.

Магнитное поле в цепи магнитопровода 2 создается постоянным магнитом 1. Изменение величины магнитного поля в рабочем зазоре 3 осуществляется механизмом 4 перестройки магнитного поля любым известным способом, например эа счет изменения магнитного сопротивления в цепи магнитопровода 2. Механизм 4 перестройки магнитного поля управляется блоком 5 управ- >() ления магнитным полем.

Развертка магнитного поля осуществляется дискретно, по программе, следующим образом. Программируемый генератор импульсов 7 вырабатывает серию 35 калиброванных по амплитуде импульсов, которые одновременно поступают на катушки 8 импульсной модуляции, на стробируемый вход схемы 9 выборки-хранения и коммутирующий вход блока 11 4Q коммутации. Катушки 8 импульсной модуляции создают локальное возмущающее импуЛьсное магнитное поле, нап-. равление которого совпадает с направлением основного магнитного поля в 45 рабочем зазоре и, следовательно, оп-. ределяется полярностью поступающих импульсов. Сигнал от датчика 6 магнитного поля (например, датчика

Холла), расположенного в поле катушек ()

8 импульсной модуляции, изменяется после каждого импульса на величину импульсного возмущения и подается на усилитель 10 ошибки, где этот сигнал сравнивается с сигналом, поступающим со схемы 9 выборки-хранения и соответствующим значению магнитного поля на датчике 6 до момента поступления импульса. Схема 9 выборкихранения, управляемая программируемым генератором импульсов 7, обеспе- б() чивает запоминание амплитуды сигнала с выхода датчика 6 магнитного поля до момента начала импульса. В результате, во время действия импульса на выходе усилителя 10 ошибки формиру- 65 ется сигнал ошибки, пропорциональный величине изменения магнитного поля, который через открытый тем же импульсом блок 11 коммутации и блок

5 управления магнитным полем подается на механизм 4 перестройки, В результате действия управляющего сигнала величина поляризующего магнитного поля в рабочем зазоре 3 изменяется таким образом, чтобы скомпенсировать величину импульсного возмущения магнитного поля на датчике 6 магнитного поля. По окончании импульса магнитного поля сигнал на выходе датчика 6 вновь изменяется, но он не проходит,на блок 5 управления магнитным полем, так как блок 11 коммутации в этом случае разрывает цепь управления блоком 5. При ° поступлении следующего импульса цикл работы устройства повторяется.

В промежутках времени между импульсами магнитного поля (в этот момент времени датчик 6 магнитного поля отключен от блока 5 управления) s рЬбочем зазоре 3 поддерживается постоянное магнитное поле, стабильность которого, в отличие от известного устройства, не зависит от параметров датчика 6 магнитного поля, а определяется только стабильностью постоянного магнита 1. Таким образом, изобретение обеспечивает повышение стабильности магнитного поля.

Таким образом изобретение обеспечивает повышение стабильности магнитного поля.

При формировании последовательности П импульсов магнитного поля, магнитное поле в рабочем зазоре 3 изменится на величину n h Н?, где а Н> амплитуда импульсов магнитного поля.

Задавая число импульсов (амплитуда импульсов 6Ни калибрована), можно установить любое требуемое значение магнитного поля. Периодическая развертка магнитного поля, таким образом, осуществляется периодическим повторением последовательности импульсов, причем скорость развертки задается частотой следования импульсов. а направление развертки (возрастающая или спадающая) — полярностью им. пульсов.

Амплитуда развертки магнитного поля регулируется либо изменением числа импульсов (при фиксировании амплитуды импульсов), либо изменением амплитуды импульсов поля (при фиксировании числа импульсов). При этом линейность развертки, в отличие от известного устройства, определяется только относительной стабильностью амплитуды им? ульсов маг (ь" u) ч нитного поля Н и не зависит От

1054752 т

ВНИИПИ Заказ 9095/50 Тираж 873 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4 линейности датчика магнитного поля, т.е.

6(дн,8(н„) 5(« )

hнР h,íð анц

5 где 6 (вН ) - абсолютная нелинейность

Р разверткиг Н вЂ” амплитуда развертки магР нитного поляг п - число импульсов разверт- 10 ки.

Действительно, за короткий промежуток времени, в течение которого длится импульс поля (n10-100 мкс), параметры датчика магнитного поля не )5 могут измениться из-за его тепловой инертности (которую несложно еще повысить, закрепив датчик поля непосредственно на ивлюсном наконечнике магнита). Медленные температурные дрейфы параметров датчика магнитного поля, которые в известных устройствах ограничивают стабильность магнитного поля, не,оказывают влияния на стабильность поля в предлагаемом устройстве, поскольку датчик магнитного по-. ля выполняет Функцию детектора ошибки., В предлагаемом устройстве разверт" ка магнитного поля осуществляется последовательностью иэ 5000 импульсов длительностью 10 мкс, частота следования которых регулируется в диапазоне 10-1000 Гц, а амплитудав диапазоне 1-1000 мЭ, что обеспечивает развертку магнитного поля в диапазоне 5-5000 Э эа время 5"500 с.

Относительная стабильность амплитуды импульсов состовлявт 5,10, что позвьляет получить линейность развертки нв,хуже 10 (это приблизительно на два порядка лучше, чвм в известном устройстве) и свабильнос тью магнитного поля " не хуже 10 ч

Таким образом, изобретение позволяет повысить стабильность магнитного гюля и приблизительно на два порядка улучшить линейность его развертки. м