Магнитометр
Иллюстрации
Показать всеРеферат
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ
< о789957 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 31.10. 78 (21) 2679880/18-21 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—
Опубликовано231280. Бюллетень №47
Дата опубликоваиия описания 26.1280 (51) М К„
С 01 и ЗЗ/0В
Государственный комитет
СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317. 4 4. (088.8) (72) Авторы изобретения
E.П.Сапунов, A ° H.0õðèìåíKo, И.A.Êóëèê и В.И.Курочкин
Специальное конструкторско-технологическое бюро
Донецкого физико-технического института AH Украинской .ССР (71) Заявитель (54) МАГНИТОМЕТР
Изобретение относится к Магйитным измерениям и может быть. использовано для автоматического измерения магнитных полей на основе метода ядерного магнитного резонанса (HNP) . 5
Известен магйитометр, предназначенный для измерения напряженности магнитного поля. Магнитометр выполнен на базе измерителя магнитного поля
E 11-2. Система автоматической под- 10 стройки частоты содержит две цепи связи — электронную (.на основе изменения емкости варикапа) и электромеханическую (на основе переменно.го конденсатора, механически связанного с реверсивным двигателем). Автоматический поиск сигнала ЯМР осуществляется путем разбаланса синхронного детектора |1) .
Недостатками известного магнито- 2О метра является наличие электромеханической системы и погрешности в определении величины магнитного поля.
Наиболее близким по технической сущности является магнитометр, содер- 25 жащий автодин Паунда-Найта-Уоткинса, работающий при низком уровне НЧ-сигнала, соединенный с усилителем низкой частоты ЯМР-спектрометра, синхронный фазочувствительный детектор ап (СД), вырабатывающий сигнал ошибки и блок автоматического слежения и поиска сигнала ЯМР. Низкочастотный сигнал, детектированный синхронным детектором управляет напряжением на варикапе, составляющим с катушкой индуктивности образца резонансный контур системы, используется для привязки частоты автодина к центру резонансной линии, т.е. для слежения за изменякицимся магнитным полем (2) . Недостатком известного магнитометра является невысокая чувствительность при наличии шума.
Цель изобретения — повьхаение чувствительности магнитометра.
Поставленная цель достигается тем, что в известный магнитометр, содержащий датчик ЯМР, соединенный с варикапом и автодином, а через детектор и усилитель — с первым входом синхронного детектора, модулятор, соединенный с катушкой модуляции и вторым входом синхронного детектора, выход, которого подключен ко входу интегратора с.ключами "хранения" и "разряд", при этом вход ключа "разряд" подключен к одному выходу компаратора,:а выход интегра789957 тора подключен к варикапу и, через компарато13 1< реверсивному счетчи ку с набором конденсатороВ, подключенных к датчику ЯМР, дополнительHQ введены триггер, блок определе,ния абсолютных величин и формирователь, причем выход синхронного детектора подключен через последовательно соединенные блок определения абсолютных величин и формирователь
;к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходам компаратора, а выход — к ключу "xpa. нения".
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг, 2 график напряжений на элемен-ах схемы магнитометра. Магнитометр содержит датчик HNP 1 — катушку, насыщенную в измеренное магнитное поле, соединенный с варикапом 2 и набором емкостей 3, которые подключены к автодипу 4, и последовательно соединенным, детектору 5, усилителю 6, выход которого подключен ко входу синхронного детектора 7. Второй вход синхронного детектора 7 соединен с катушкой модуляции 8 и модулятором 9. К выходу синхронного детектора 7 подключены блок определения абсолютных величин 10, а также интегратор 11 и ключ "разряд" 12.
Кроме того, выход синхронного детектора 7 соединен с ключом "хранеHHH 1 3.
Параллельно ключу разряда 12 включена емкость 14.
Последовательно с блоком определения абсолютных величин 10 включен формирователь 15, соединенный со входом "уст ° "1" триггера 16, другой вход которого "уст."0" подключен к выходу элемента 17 задержки и диоды
18. Выход триггера 16 через ключ
"Хранения" 13 подключен к интегратору 11, соединенному с компаратором
19, последний выполнен практически в виде компаратора "max" и "min"
Выходы компаратора 19 подключены к элементу 18 совпадения и реверсивному счетчику 20, соединенному с набором емкостей 3.
Устройство снабжено источником .постоянного напряжения 21, подключенному к выходу интегратора 11. и варикапу 2.
Детектор 5, усилитель 6, синхронный детектор 7, блок определения абсолютных величин 10, формирователь 15, триггер 16, ключ "хранения" 13, интегратор 11 образуют цепь захвата резонансной линии
ЯМР.
Детектор 5, усилитель 6, синхронный детектор 7, интегратор 11 представляют линию слежения ЯМР.
Устройство рабо ае следующим образом.
Датчик ЯМР 1 — катушка с размещенным внутри резонирующим веществом помещается в измеряемое магнитное поле. Ядерный магнитный резонанс наступает в момент выполнения условия:.где; @ — частота резонанса; гидромагнитное отношение, постоянная для данного вещества, Н вЂ” напряженность измеряемого магнитного поля.
Эпюры на элементах устройства представлены на фиг.2.
На фиг. 2 а показано напряжение на выходе синхронного детектора 7 производная сигнала поглощения» на фиг. 2б — напряжение на выходе схемы определения абсолютных величин 10, 1 где 0 — напряжение срабатывания формирователя 15, на фиг. 2 в — напряжение на входе "S" — уст. "0" триггера 16, на фиг. 2 г — напряжение на входе ключа 13 °
В момент резонанса в колебательном контуре происходит поглощение генерируемой автодином 4 высокочастотной энергии. Перпендикулярно датчику 1 расположены катушки модуляции
8, на которые с модулятора 9 подается синусоидальное напряжение низкой частоты (НЧ), Это же напряжение в качестве опорного поступает на один иэ входов синхронного детектора 7.
При этом ток в катушке модуляции 8 устанавливают таким, чтобы создаваемое им изменение магнитного поля вблизи датчика 1 было меньше ширины резонансной линии.
При сканировании поля вблизи резонанса, управляющий сигнал ЯМР, меняющийся с частотой модуляции, детектируется детектором 5, усиливается усилителем низкой частоты 6 и поступает на один из входов синхронного детектора 7, где преобразуется в кривую производной сигнала поглощения. Полярность выходного сигнала синхронного детектора определяется фазой входного сигнала. Выходное напряжение синхронного детектора 7 через интегратор 11 управляет напряжением на варикапе 2.
Интегратор 11, компаратор 19 и ключ "разряд" 12 образуют генератор пилообразного напряжения. Выходное линейно нарастающее напряжение интегратора 11, достигая значения 1 од управляет компаратором 19, при этом выходной короткий импульс "max" компаратора приводит к мгновенному разряду ключом 12 емкости 14 и такому изменению состояния двоичного реверсивного счетчика 20, что емкость набора конденсаторов 3, включенных параллельно варикапу 2, уменьшается на величину "С". Если не выполняются
789957 резонансные условия, то цикл поиска повторяется вкруговую, проходя последовательно 15 значений набора емкостей, соответствующее коду 1,2,4 и 8 от большего значения к меньшему. Вечичина емкости "С",определяющая дискретность набора взята меньше разности максимально и минимально возможных значений емкости варикапа 2, чтобы исключить пропуски участков диапазона при переключениях.
Таким образом, осуществляется привязка частоты автодина 4 к центру резонансной линии HMP т.е. слежение за изменяющимся магнитньв полем.
Кроме того, последовательно с выходным напряжением интегратора 11 включен источник постоянного напряжения 21, благодаря которому минимальное напряжение на варикапе 2 не равно нулю, что позволяет получить максимальную добротность контура
В момент резонанса сигнал поглощения детектируется детектором 5, усиливается усилителем б и поступает на вход синхронного детектора 7, при этом в центре резонанса напряжение на выходе последнего равно кулю. Б этот момент времени должно прекратиться нарастание пилообразного напряжения на выходе интегратора 11; что достигается при замыкании ключа
13 "хранения" триггером 1б. Блок определения абсолютных величин 10 преобразует отклонение напряжения от центра резонанса в однополярный сигнал, достигающий максимума, затем при дальнейшей расстройке обращающийся .в нуль.
Формирователь 15 является пороговым устройством, напряжение на его выходе скачком изменяется от нуля до определенного уровня (см.фиг.2, поз.в ) при достижении входным сигналом напряжения срабатывания, остается на постоянном уровне при. дальнейшем увеличении напряжения на входе, и снова переходит в нуль, если на входе напряжение оказывается ниже напряжения срабатывания.
Таким образом, при переходе к центру резонанса с любой стороны напряжение на выходе формирователя 15 сначала скачком изменится от нуля до "max затем переходит снова в нуль. Момент перехода напряжения формирователя 15 в нуль используется для запуска триггера 1б, срабатывающего по заднему фронту запускающего импульса. Триггер 16 выходным сигналом эамыкает ключ 13 и нарастание пилообразного напряжения на выходе интегратора прекращается.
В дальнейшем это напряжение увеличивается или уменьшается в зависимости от знака напряжения расстройки относительно центра резонанса с выесли в процессе слежения поле . уйдет вниэ.или вверх настолько, что изменение напряжения выхода интегра 0 тора 11 приведет к срабатыванию соответствующего компаратора 19 "max" или "min", выходной импульс которого дает команду реверсивному счетчику 20 увеличить или уменьшить на величину "С" емкость набора конден саторов 3 и поступив на вход "уст.О" триггера 16, приведет к размыканию ключа "хранения" 13, то снова начинается рост пилы на выходе интегратора 11, который продолжается до
20 появления на выходе синхронного детектора 7 сигнала, вызванного "поимкой" утерянной линии резонанса, которая теперь находится в следующем верхнем или нижнем по частоте дискретном интервале комбинации набора емкостей 3.
Q$
60 хода синхронного детектора 7, соединенного со входом интегратора 11.
B.ïðîöåññå слежения за линией
ЯМР, на вход "уст.1" триггера 16 поступают запускающие импульсы, но это не изменяет его состояния.
Элемент 17 задержки, через короткий промежуток времени после включения выдает короткий импульс, устанавливающий триггер 16 в нулевое состояние, так как после включения питающего напряжения триггер может находиться в любом состоянии.
Формула изобретения
Магнитометр, содержащий датчик ядерного магнитного резонанса (ЯМР), соединенный с варикапом и автодином, а через детектор и усилитель - с первым входом синхронного детектора, модулятор, соединенный с катушкой модуляции и вторым входом синхронного детектора, выход которого подключен ко входу интегратора с ключами
"хранения" и "разряда", при этом вход ключа "разряда" подключен к одному выходу компаратора, а выход интегратора подключен к варикапу и, через компаратор — к реверсивному счетчику с набором конденсаторов, подключенных к датчику ЯМР, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности, в него дополнительно введены триггер, блок определения абсолютных величин и формирователь, причем выход синхронного детектора подключен через последовательно соединенные блок определения абсолютных величин и формирователь к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходам компаратора, а выход — к ключу "хранения".
789957
Фиа1
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1.Кураюов. В.П. и др . Следящий магнитометр на базе измерителя магнит:ного поля "ЕП-2", "ПТЭ", М 4, 1975 г., с. 234.
2;Андерсон и др. Следящий автодин
"ПНИ", 9 8, 1972 r. с.61.
1.ВНииПи Заказ 9036/48
1ираж 1019 Подписное
Филиал ППП "Патент
r.Óæãoðoä,óë.ÏðîåêTíàÿ,4