Магнитометр

Магнитометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

МАГНИТОМЕТР, содержащий датчик ядерного магнитного резонанса, соединенный с варикапом, автодином и первым выходом блока переключения диапазонов, а через детектор и усилитель - с первым входом синхронного детектора, катутнку модуляции и модулятор , со единенный с вторьш входом синхронного детектора, выход которого подключен к входу интегратора с ключами Хранение и Разряд, а также через последовательно соединенные блок определения абсолютных величин и формирователь - к первому входу триггера, выход которого соединен с управляющим входом ключа Хранение, при этом управляющий вход ключа Разряд подключен к второму выходу блока переключения диапазонов и второму входу триггера, а выход интегратора соединен с варикапом через источник постоянного смещающего напряжения, выходом ключа Разряд и входом блока переключения диапазонов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и стабильности работы, в него введены управляемый делитель, подключенный между модулятором и катушкой модуляции, и соединенные последовательно фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока, причем вход фильтра нижних частот соединен с выходом блока определения абсолютных величин, а выход усилителя постоянного тока - с вто (Л рым входом управляемого делителя, и соединенные, последовательно резонансный усилитель, блок детектирования и . блок совпадения, при этом вход резонансного усилителя подключен к выходу, детектора, выход блока детектирования - к управляющему входу усилителя постоянного тока, второй вход блока совпадения подключен к выходу блока определения абсолютных величии, а 4а выход блока совпадения соединен с i:o со вторым входом триггера. 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

З 51) С 01 R 33/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1Ъ

- t3 :1ы."-- :: —;;.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3458506/18-21 (22) 28.06.82 (46) 23.09.84. Бюл. - 35 (72) В.Н. Верхотуров и В;И. Заболотских ,(71) ИГУ им. M.В. Ломоносова (53) 621 ° 317.44(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 789957, кл. G 01 R 33/08, 1978 (прототип). (54)(57) МАГНИТОМЕТР, содержащий датчик ядерного магнитного резонанса, соединенный с варикапом, автодином и первым выходом блока переключения диапазонов, а через детектор и усилитель — с первым входом синхронного детектора, катушку модуляции и модулятор,соединенный с вторым входом синхронного детектора, выход которого подключен к входу интегратора с ключами "Хранение" и "Разряд", а также через последовательно соединенные блок определения абсолютных величин и формирователь — к первому входу триггера, выход которого соединен с управляющим входом ключа "Хранение", при этом управляющий вход ключа "Разряд" подключен к второму выходу блока „„SU„„»>4 В A переключения диапазонов и второму входу триггера, а выход интегратора соединен с варикапом через источник постоянного смещающего напряжения, выходом ключа "Разряд" и входом блока переключения диапазоной, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия и стабильности работы, в него введены управляемый делитель, подключенный между модулятором и катушкой модуляции, и соединенные последовательно фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока, причем вход фильтра нижних частот соединен с выходом блока определения абсолютных величин, а выход усилителя постоянного тока — с вторым входом управляемого делителя, и соединенные последовательно резонансный усилитель, блок детектирования и блок совпадения, при этом вход резонансного усилителя подключен к выходу детектора, выход блока детектирования — к управляющему входу усилителя постоянного тока, второй вход блока совпадения подключен к выходу блока определения абсолютных величйн, а выход блока совпадения соединен с вторым входом триггера.

1 1114998

Изобретение относится к магнитач метрии и может быть использовано для б автоматического определения напряжен- и ности магнитных полей на основе ме- т тода ядерного магнитного резонан5 са (ЯМР) .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является магнитометр, который содержит датчик ЯМР, соединенный с варикапом, автодином и первым выходом блока переключения диапазонов, а через детектор и усилитель — с первым входом синхронного детектора, катушку модуляции и модулятор, соединенный с вторым входом синхронного детектора, выход которого подключен к входу интегратора с ключами "Хранение" и "Разряд", блок определения абсолютных величин, формирователь, тригГ р,причем выход синхронного детектора подключен через последовательно соединенные блок определения абсолютных величин и формирователь к первому входу триггера, выход которого соединен с управляющим входом ключа "Хранение", а управляющий вход ключа "Разряд" соединен с вторым выходом блока переключения диапазонов и вторым входом триггера, причем выход интегратора соединен с варикапом, выходом ключа "Разряд" и входом блока переключения диагазонов f1).

К недостаткам известного магнитометра относятся низкая стабильность, 35 малая скорость слежения за изменениями напряженности магнитного поля и отсутствие автоматического перехода в режим поиска сигнала ЯМР в случае его потери.

Целью изобретения является повышение быстродействия, стабильности работы магнитометра в режиме слежения за изменениями магнитного поля и автоматизация включения режима поис45 ка ЛИР при его потере.

Поставленная цель достигается . тем, что в магнитометр, содержащий датчик ядерного магнитного резонанса, соединенный с варикапом, автодином и 50 первым выходом блока переключения диапазонов, а через детектор и усидитель — с первым входом синхронного

Детектора, катушку модуляции и модуЛятор, соединенный с вторым входом 55

Синхронного детектора, выход которого подключен к входу интегратора с клюЧФии "Хранение" и "Разряд", а также ерез последовательно соединенные лок определения абсолютных величин формирователь — к первому входу риггера, выход которого соединен с управляющим входом ключа "Хранение, при этом управляющий вход ключа Разряд" подключен к второму выходу блока переключения диапазонов и второму входу триггера, а выход интегратора соединен с варикапом через ис-, точник постоянного смещающего напряжения, выходом ключа "Разряд" и вхо" дом блока переключения диапазонов, введены управляемый делитель, подклю ченчый между модулятором и катушкой модуляции, и соединенные последо1вательно фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока, причем вход фильтра нижних частот соединен с выходом блока определения абсолютных величин, а выход усилителя постоянного тока — с вторым входом управляемого делителя, и соединенные последовательно резонансный усилитель, блок детектирования и блок совпадения, при этом вход резонансного уси- лителя подключен к выходу детектора, выход блока детектирования — к управляющему входу усилителя постоянного тока, второй вход блока совпадения подключен к выходу блока определения абсолютных величин, а выход блока совпадения соединен с вторым входом триггера.

На чертеже изображена блок-схема магнитометра.

Магнитометр содержит датчик 1

ЯМР, соединенный с варикапом 2, автодином 3 и первым выходом блока 4 переключения диапазонов измерения напряженности магнитного поля, а через детектор 5 и усилитель 6 — с первым входом синхронного детектора

7, модулятор 8, соединенный с вторым входом синхронного детектора 7 и посредством управляемого делителя 9 с катушкой 10 модуляции, при этом выход синхронного детектора 7 подключен к входу интегратора 11 с ключами

12 "Хранение" и 1 .3 "Разряд", блок 14 определения абсолютных величин, формирователь 15, триггер 16,причем выход синхронного детектора 7 подключен через последовательно соединенные блок 14 определения абсолютных величин и формирователь 15 к первому входу триггера 16, выход которого соединен с управляющим входом ключа

3 11149

12 "Хранение", а управляющий вход ключа 13 "Разряд" подключен к второму выходу блока 4 переключения диапазонов и второму входу триггера 16, причем выход интегратора 11 соединен с варикапом 2, выходом ключа 13

"Разряд" и входом 4 блока переключения диапазонов, соединенные госледовательно фильтр 17 нижних частот и усилитель 18 постоянного тока, выход 10 которого соединен с вторым входом управляемого делителя 9, а вход фильтра 17 нижних частот подключен к выходу блока 14 определения абсолютных величин. Магнитометр также 15 содержит соединенные последовательно резонансный усилитель 19 и блок 20 детектирования, причем вход резонансного усилителя 19 соединен с выходом детектора 5, а выход блока 20 детек- 20 тирования — с управляющим входом усилителя 18 постоянного тока, блок

21 совпадения, два входа которого подключены соответственно к выходу блока 14 определения абсолютных ве- 25 личин и выходу блока 20 детектирования, а выход соединен с вторым входом триггера 16. Между выходом интегратора ,11 и варикапом 2 включен источник

22 постоянного смещающего напряже- 3Q ния,.конденсатор 23, подключенный к варикапу 2 со стороны источника 22 постоянного смещающего напряжения, замыкает путь тока высокой частоты на "землю", конденсатор 24 является емкостью интегратора 11.

Магнитометр работает следующим образом.

Датчик 1 — катушка с размещенным внутри резонирующим веществом помещается в измеряемое магнитное поле.

ЯМР наступает в момент выполнения условия (НЧ). Это же напряжение с выхода модулятора 8 в качестве опорного поступает на сдин из входов синхронного детектора 7. При этом в катушке 10 модуляции ток устанавливают таким, чтобы создаваемое им изменение магнитного поля вблизи датчика 1 было меньше ширины резонансной линии. При сканировании магнитного поля вблизи б резонанса сигнал ЯМР детектируется детектором 5, усиливается усилителем

6 и поступает на один из входов синхронного детектора 7, где .преобразуется в сигнал ошибки определения резонанса. Двухполярный сигнал ошибки определения резонанса преобразуется в блоке 14 определения абсолютных величин в однополярный сигнал, воспроизводится формирователем 15 и устанавливает триггер 16 в состояние, противоположное начальному, при этом ключ 12 "Хранение" замыкается. Полярность выходного сигнала синхронного детектора 7 определяется фазой входного сигнала. Выходное напряжение синхронного детектора 7 через интегратор 11 управляет напряжением на варикапе 2, емкость которого определяет частоту генерации автодина 3.

Разомкнутый ключ 12 "Хранение", интегратор 11, блок 4 переключения диапазонов и ключ 13 "Разряд" в начальный момент после включения устройства образуют генератор пилообразного напряжения. Выходное линейно нарастающее напряжение интегратора 11, достигая значения О„,, управляет блоком 4 переключения диапазонов, который, варьируя количество реактивных элементов, подключенных параллельно варикапу 2 и датчику 1 ° скачкообразно изменяет частоту автодина 3 и выходным коротким импульсом

"max" приводит к мгновенному разряду ключом 13 "Разряд" конденсатора 24.

Если не выполняются резонансные условия, то цикл поиска повторяется вкруговую, проходя последовательно все диапазоны. Скачкообразное изменение частоты автодина 3 при переходе от одного диапазона к следующему установлено меньше диапазона перекрытия по частоте варикапом 2, чтобы исключить пропускание участков диапазона при переключениях. ьд — - Н, 45

50 где 0o — частота резонанса; — гиромагнитное отношение, постоянное для данного вещества;

Н вЂ” напряженность измеряемого магнитного поля.

В момент резонанса в колебательном контуре происходит поглощение генерируемой автодином 3 высокочастотной энергии. Перпендикулярно датчику 1 55 расположена катушка 1 0 модуляции, на которую с модулятора 8 через управляемый делитель 9 подается синусои98 4 дальное напряжение низкой частоты

При выполнении резонансных условий, на выходе детектора 5 присутствует

1114998 сигнал удвоенной частоты модуляции, который усиливается резонансным усилителем 19, настроенным на удвоенную частоту модуляции и после выпрямпения блоком 20 детектирования управляет коэффициентом усиления усилителя 18 постоянного тока. При этом коэффициент усиления усилителя 18 постоянного тока становится равным нулю, напряжение на его выходе от- 10 сутствует, коэффициент деления управляемого делителя 9 максимален и ток в катушке 10 модуляции устанавливается минимальным, чтобы создаваемое им переменное магнитное поле вблизи 15 датчика 1 ЯИР было меньше ширины резонансной линии.

При быстром изменении магнитного поля условия резонанса нарушаются и ,сигнал на выходе детектора 5 имеет 20 частоту, равную частоте модуляции, а сигнал с удвоенной частотой модуляции исчезает, при этом сигнал на выходе блока 20 детектирования плавно уменьшается до нуля, что вызывает 25 увеличение коэффициента усиления усилителя 18 постоянного тока до максимальной величины. Наличие на входе синхронного детектора 7 сигнала с частотой модуляции вызывает появление 0 на его выходе сигнала ошибки и, следовательно, появление сигнала на выходе блока 14 определения абсолютных величин. Низкочастотная составляющая этого сигнала выделенная фильтром

17 низких частот, усиливается усили- телем 18 постоянного тока, имеющего в этом случае максимальный коэффициент усиления, и устанавливает минимальный коэффициент деления управляемого де-40 лителя 9, при этом ток в катушке 10 модуляции становится большим, что приводит к увеличению сигнала на выходе детектора 5 и соответственно напряжений на выходе синхронного де- 4g тектора 7 и на входе интегратора 11.

Увеличение тока в катушке 10 модуляции в этом случае в отличие от известного магнитометра происходит плавно, что значительно уменьшает вероятность срыва условий ЯМР. Увеличение напряжения на входе интегратора 11 увеличивает скорость нарастания выходного напряжения интегратора., а это приводит к увеличению скорости слежения магнитометра за изменяющимися условиями резонанса; Чрезмерное увеличение тока модуляции вызывает появление на выходе детектора 5 сигнала с удвоенной частотой модуляции, что приводит к появлению сигнала на выходе блока 20 детектирования, уменьшению коэффициента усиления усилителя 18 постоянного тока, увеличению коэффициента деления управляемого делителя 9 и уменьшению тока модуляции. Наличие такой системы автоматического регулирования величины тока модуляции позволяет поддерживать величину тока в оптимальных пределах и дает возможность плавно достичь условий резонанса при прекращении изменения величины магнитного поля, несмотря на ступенчатую выходную характеристику блока 14 определения абсолютных величин.

При потере условий резонанса наличие напряжений, равных нулю, на выходах блока 14 определения абсолютных величин и блока 20 детектирования вызывает срабатывание блока 21 совпадения, что устанавливает по сопротивлению входа триггер 16 в начальное состояние, при этом ключ 12 "Хранеи ние размыкается и на выходе интегратора 11 вырабатывается линейно нарастающее напряжение, соответствующее режиму поиска сигнала ЯИР. Источник

22 постоянного смещающего напряжения, конденсаторы 23 и 24 служат для тех же целей, что и в известном магнитометре.

Таким образом, осуществляется повышение быстродействия и стабильности работы магнитометра в режиме слежения за изменениями магнитного поля и вводится автоматизация включения режима поиска ЯМР при его потере.

1114998

Составитель В. Вагин

Техред Ж.Кастелевич Корректор A. Тяско

Редактор И. Шулла

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 6764/32 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5