Устройство управления магнитнымполем спектрометра электронногопарамагнитного резонанса

Устройство управления магнитнымполем спектрометра электронногопарамагнитного резонанса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сокзз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и830213

=Ф .

;, 1, ф н . =,".и б-==г

l (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 18.07.79 (21) 2797156/18-25 с присоединением заявки J% (23) Приоритет

Опубликовано 15.05. 81. Бюллетень РЙ18 (51)M. Кд.

G 01 N 24/10

Государстеенаык комитет до делам изобретений и открытий (53) УДК 538. .11.3(088.8) Дата опубликования описания 18. 05, 8 1 (72) Авторы изобретения

В.И. Александровский, В.Н. Лине

3-, м "; f

I 4

I г

Белорусский ордена Трудового фасного. Знамени

" 1 государственный университет и1м. В;И;,,Ленина (71) Заявитель (54) УСТОРЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

СПЕКТРОМЕТРА ЭЛЕКТРОННОГО IIAPAMAI

НИТНОГО РЕЗОНАНСА

Изобретение относится к технике электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использовано в приборостроительной промышленности при изготовлении малогабаритных спектрометров ЭПР, Известно устройство управления магнитным полем спектрометра ЭПР содержащее электромагнит, последова- тельно с которым включено опорное сопротивление, выход которого соединен с первым входом усилителя ошибки, второй вход которого соединен с выходом регулируемого истонника опорного напряжения и генератором развертки, выход усилителя ошибки соединен с источником питания электромагнита.

В данном устройстве стабилизация магнитного поля осуществляется по току электромагнита, величина которого контролируется по опорному сопротивлению и сравнивается с опорным напряжением. Возникающий сигнал ошибки за счет большой величины петлевого усиления используется для коррекции тока электромагнита. Устройство позволяет обеспечить высокую линейность зависимости между задаваемым опорным напряжением и значением магнитного поля в зазоре электромагнита (1 ).

Однако такое устройство обладает низкой долговременной стабильностью (10 за 1 ч), определяемой стабиль10 ностью опорного сспротивления. Относительная стабильность магнитного поля уменьшается с уменьшением тока (магнитного поля).

Известно устройство стабилизации

15. магнитного поля, в котором с целью повышения стабильности тока и.Стабильности магнитного поля, последовательно с основным электромагнитом включен вспомогательный электромагнит, в зазоре которого помещен датчик ЯМР, соединенный со схемой управления. Данное устройство позволяет обеспечить долговременную ста

Это устройство позволяет осу50 ществлять стабилизацию магнитного поля в широком диапазоне, однако, из-за нелинейности датчика Холла и ограниченного динамического диа.пазона по входу усилителя ошибки невозможно обеспечить высокое соответствие между опорным напряжением и величиной магнитного поля в зазоре основного электромагнита. Кроме

3 бильность магнитного поля (10 за

1 ч) в заданной точке (2).

Однако данное устройство не позволяет обеспечивать развертку магнитного поля в широком диапазоне, а также для стабилизации тока в широких пределах требуется набор сменных датчиков ЯМР. Поэтому используется устройство стабилизации на основе датчика Холла.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является устройсгво управления магнитным полем спектрометра ЭПР, со-. держащее генератор развертки, источник регулируемого опорного напряжения„ основной электромагнит, вспомогательный электромагнит с обмоткой, в зазоре которого помещен датчик Холла, соединенный с первым входом усилителя ошибки, выход которого соединен со входом источника.питания. В этом устройстве второй вход усилителя ошибки соединен с выходом регулируемого источника опорного напряжения и генератора развертки, выход усилителя ошибки подключен ко входу источника питания электромагнита, выход которого соединен с последовательно соединенными вспомогательным и основным электромагнитами. В этом устройстве стабилизация магнитного поля основного электромагнита осуществляется с помошью стабилизации магнитного поля вспомогательного электромагнита с помощью датчика Холла ° Сигнал с выхода датчика Холла сравнивается на усилителе ошибки с суммой опорных сигналов с выходов регулируемого источника опорного напряжения и генератора развертки. Усиленный сигнал ошибки, благодаря большому петлевому усилению, используется для коррекции величины тока вспомогательного электромагнита, и следовательно, тока последовательно включенного с ним основного электромагнита (3).

8302

13 4 того, относительная стабильность магнитного поля понижается с уменьшением магнитного поля.

Цель изобретения — повышение линейности и стабильности магнитного поля.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве управления магнит- . ным полем спектрометра ЭПР, содержащем генератор развертки, источник регулируемого опорного напряжения, основной электромагнит, вспомогательный электромагнит с обмоткой, в зазоре которого помещен датчик .

Холла, соединенный с первым входом усилителя ошибки, выход которого соединен со входом источника питания; дополнительно введен переключатель, источник опорного напряжения сделан нерегулируемым, а вспомогательный электромагнит выполнен с двумя обмотками, причем первая обмотка соединена с генератором развертки, а вторая выполнена с отводами, которые через переключатель соединяются после цовательно с источником питания и основным электромагнитом.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит основной элек тромагнит 1, вспомогательный электромагнит 2 со второй обмоткой 3 и первой обмоткой 4, в зазоре кото— рого помещен датчик Холла 5, соединенный с первым входом усилителя

6 ошибки, выход которого соединен со входом источника 7 питания. Вторая обмотка 3 вспомо ательного электромагнита 2 с помощью переключателя 8 подключается между выходом ис— точника 7 питания и основным электромагнитом 1. На второй вход усилителя 6 ошибки подключен нерегулируемый источник опорного 9 напряжения, а генератор 10 развертки соединен с первой обмоткой 4 вспомогательного электромагнита 2.

B предлагаемом устройстве управления магнитного поля спектрометра

ЭПР стабилизации магнитного поля в зазоре основного электромагнита осуществляется путем стабилизации тока I, протекающего через основной электромагнит 1 и вспомогательный электромагнит 2. В зазоре вспомогательного электромагнита 2 создаетI ся магнитное поле В, пропорциональное току I протекающему через N

8302 ки 3 Ll оп к и (1)

Величина магнитного поля В в зазо ре вспомогательного электромагнита

2 ввиду очень малой величины разности U -U „, определяется выражением

 = - - " — = const ., (2)

Относительная стабильность-магнитного поля, обратно пропорциональная 4о величине петлевого усиления, для такого устройства описывается выражением @

> o 1 1 а. 1< 1 р) 45

Как видно из выражений (1) — ($) изменяя с помощью переключателя 8 число витков N второй обмотки 3, можно изменять величину тока основного электромагнита 1 и, следовательно, величину магнитного поля В„

При этом при переходе к меньшим величинам магнитных полей возрастает величина петлевого усиления системы и, следовательно, улучшается относительная стабильность магнитного поля. Величина магнитного поля витков второй обмотки 3, величина которого измеряется с помощью датчика Холла 5. Напряжение U на выходе ,!)х датчика Холла 5, пропорцйональное величине В стабилизируемого поля !

5 вспомогательного электромагнита 2, сравнивается на усилителе 6 ошибки с фиксированным опорным напряжением

0 „ нерегулируемого источника 9 опорного напряжения. Сигнал ошибки,. рав- 1О ный разности этих сигналов U „ -Оц усиливается усилителем 6 ошибки с большим коэффициентом усиления и подается на источник питания, замыкая

I тем самым цепь отрицательной обрат — 1s ной связи. Петлевое усиление такой системы пропорционально произведению коэффициента.К передачи усилителя

6 онибки, коэффициента К передачи источника 7 питания, числа витков Й 20 второй обмотки 3 и коэффициента К передачи датчика Холла 5. Вследствие большой величины петлевого усиления величина магнитного поля В в зазоре основного электромагнита 25

1 прямо пропорциональна току и величине опорного напряжения U n нерегулируемого источника 9 опорного напряжения и обратно пропорциональна коэффициенту К передачи датчика 30

Холла и .числу витков и второй обмот13 6

Б в зазоре вспомогательного электромагнита 2 при этом остается постоянной.

Развертку магнитного поля осуществляют, создавая с помощью генератора 10 развертки в первой обмот- . ке 4 из и витков вспомогательного электромагнита 2 изменяющийся по определенному закону во времени ток i(tj.

Так как величина !(t)Й+!(t)n=B (с точностью до коэффициента пропорциональности) поддерживается постоянной за счет отрицательной обратной связи, как следует из (2), то амплитуда развертки магнитного поля В задается изменением тока генератора 9 развертки (t) и определяется из выражения

В(с)=В м-аВ-.! (t)= -„— —" i (t). (4)

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет устранить нелинейность магнитного поля, связанную с нелинейностью датчика Холла, так как датчик Холла работает в определенной фиксированной точке, которая может быть выбрана оптимальной с точки зрения температурной стабильности, чувствительности и других параметров. Кроме того, устраняется нелинейность магнитного поля, связанная с ограниченным входным динамическим диапазоном применяемого усилителя ошибки, так как на входы усилителя ошибки поступают равные и пос.тоянные уровни сигналов, которые могут быть выбраны оптимальными по величине с точки зрения максимального отношения сигнал/шум, уменьшение магнитного поля приводит к увеличению коэффициента преобразования тока в магнитное поле во вспомогательном электромагните, что ведет к увеличению петлевого усиления и, следовательно, к повышению относительной стабильности магнитного поля.

Экспериментальные данные показывают, что долговременная стабильность — 6 поля за 1 ч 1О . Диапазон стабилизируемого магнитного поля составляет 10-100000 Гс.

Формула изобретения

Устройство управления магнитным полем спектрометра электронного парамагнитного резонанса, содержащее генератор развертки, источник опор4

8302

15 ного напряжения, основной электромагнит, вспомогательный электромагнит, в зазоре которого помещен датчик Холла, соединенный с первым входом усилителя ошибки, выход которого соединен со входом источника питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения линейности и стабильности магнитного поля, дополнительно введен переключатель, источник опорного напряжения выполнен нерегулируемым, а вспомогательный электромагнит выполнен с двумя обмотками, причем первая обмотка соединена с генера!

3 8 тором развертки, а вторая выполнена с отводами, которые через переключатель соединяются последовательно с источником питания и основным элек-тромагнитом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Техническое решение и инструкция по эксплуатации радиоспектрометра РЭ-1306, Л., 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

У 327461, кл. G 05 f i/22, 1968.

3. "Bruker report", 1976, Ф 2, р. 13 (прототип).

Составитель В, Покатилов

Редактор Т. Веселова 1 Техред Т.Маточка Корректор E. Рошко

Заказ 2893 31 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного. комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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