Магнитометр

Магнитометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид=ву— (22) Заявлено 24.07.79 (21) 2801171/18-21 (51) М. Кл.

G 01 R33/00

G 01 N 24/00 с присоединением заявки №вЂ”

Гасударственный кемнтет

СССР (23) Приоритет—

Опубликовано 30.05.81. Бюллетень № 20

Дата опубликования описания 05.06.81 ле делам нзебретеннй н еткрмтнй (53) УДК 621.337..44 (088.8) (72) Авторы изобретения

Е. П. Сапунов, А. И. Охрименко, И. А. Кулик, В. И. Курочкин, И. К. Никитин и А. И. Федор в ;Ф

Специальное конструкторско-технологическое б ве—

Донецкого физико-технического института

АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к измерениям магнитных полей на основе метода ядерного магнитного резонанса и предназначено для измерений магнитных полей, однородность которых не искажается влиянием магнитометра при уменьшении габаритов датчика магнитометра.

Известен магнитометр, в котором датчик представляет собой катушку с образцом, находящуюся на конце длинной коаксиальной линии. Катушка сконструирована так, что ведет себя как линия передачи с распре- so деленной емкостью между витками катушки и землей. Характеристический импеданс катушки равен импедансу коаксиальной линии, это равенство нарушается в момент резонанса, так как происходит отражение высокочастотной энергии. Система слежения за линией резонанса основана на определении нуля амплитуды второй гармоники частоты модуляции из дисперсивной части отражения (1) .

Недостатками такого магнитометра являются отсутствие системы поиска и захвата линии резонанса, сложная технология изготовления и настройки датчика.

Известен также следящий магнитометр, содержащий автодин, усилитель высокой частоты, детектор сигнала поглощения; усилитель низкой частоты, синхронный детектор, вырабатывающий сигнал ошибки и блок автоматического слежения и поиска сигнала

ЯМР. Захват линии резонанса производится по напряжению второй гармоники частоты модуляции, которое максимально в центре резонансной линии сигнала поглощения. Устройство предполагает наличие катушек модуляции поля в конструкции датчика или магнита, параметры которого измеряются (2) .

Недостатки этого устройства заключаются в нарушении однородности измеряемого поля в связи с необходимостью его модуляции, увеличение габаритов датчика из-за обязательного введения обмоток модуляции. . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее автодин, детектор сигнала поглощения, усилитель низкой частоты, синхронный детектор, вырабатывающий сигнал ошибки, и блок автоматического поиска и слежения за сигналом ЯМР. Захват линии ЯМР

834623. тора, первый вход которого связан с входом ключа «Хранение».

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство состоит из датчика ЯМР 1, соединенного с выходом автодина 2, варикапа 3, детектора сигнала поглощения 4, режекторного фильтра 5, избирательного усилителя 6, ключевого синхронного фазочувствительного детектора (КСФД) 7, выход которого соединен через выпрямитель 8 с одним из входов второго КСФД 9 и ключа 10 «Хранение», упомянутый второй КСФД

9 через интегратор 11 подключен к генератору 12 пилообразного напряжения, выполненному в виде компаратора 13. ключа 14 разряда и интегратора 15, резистор 16, модулятор 17, а через удвоитель 18 и последовательно соединенный формирователь 19 опорного напряжения — ко второму входу первого КСФД 7. Выход модулятора 17 через второй формирователь 20 опорного напряжения соединен со вторым входом

КСФД 9.

Устройство работает следующим образом.

Датчик ЯМР 1 с резонирующим веществом помещается в измеряемое магнитное поле. При наступлении ядерного магнит35

3 производится по напряжению второй гармоники частоты модуляции, которое максимально в центре резонансной линии сигнала поглощения, Устройство предполагает наличие катушек модуляции поля в конструкции датчика или магнита, параметры которого измеряются (Э), Однако в таком устройстве нарушена однородность измеряемого поля в связи с необходимостью его модуляции, увеличены габариты и усложнена конструкция датчика из-за обязательного наличия обмоток модуляции.

Цель устройства — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитометр, содержащий автодин с подключеHíûìè к нему датчиком ЯМР и вари-. кзлом, связанным с модулятороМ и генератором пилообразного напряжения, первый вход которого соединен с ключом «Хранение» дополнительно введены последовательно соединенные с датчиком ЯМР детектор, режек- 20 торный фильтр, избирательный усиитель, первый фазочувствительный детектор, выпрямитель, второй фазочувствительный детектор и интегратор, выход которого соединен со вторым входом генератора пилообразного напряжения, последовательно соединенные с модулятОром удвоитель частоты и первый формирователь опорного напряжения, выход которого подключен ко второму

l входу первого фазочувствительного детектора. а также второй формирователь опорного напряжения, вход которого подключен к выходу модулятора, а выход — ко второму входу второго фазочувствительного детек-4 ного резонанса (ЯМР) поиск и слежение за линией ЯМР производится по напряжению второй гармоники частоты модуляции автодина 2, которое максимально в центре линии резонансного поглощения. При этом подаваемое с модулятора 17 на варикап 3 низкочастотное напряжение имеет такую амплитуду, чтобы девиация (качание) частоты было меньше ширины линии резонансного поглощения.

Сигнал паразитной амплитудной модуляции вместе с сигналом ЯМР, первой гармоникой частоты модуляции подавляется режекторным фильтром 5, сигнал ЯМР с частотой 21,усиливается избирательным усилителем 6 и поступает на один вход первого

КСФД 7, на второй вход которого подано опорное напряжение — прямоугольные импульсы с частотой следования 2у — с формирователя 19.

При наличии интегрирующей цепочки на выходе первого КСФД 7 получаем кривую второй производной сигнала поглощения, непригодную в качестве сигнала рассогласования для следящей системы.

Без интегрирующей цепочки на выходе первого КСФД 7, имеем сигнал, который пос ле выпрямителя 8 поступает на один вход второго КСФД 9, на второй вход которого в качестве опорного с формирователя 20 подан сигнал = прямоугольные импульсы с частотой следования ф

Форма напряжений на выходе второго

КСФД 9 определяется величиной расстройки частоты автодина 2 по отношению к частоте

ЯМР.

Как было сказано выше, частота автодина 2 модулирована звуковой частотой,т.е. отклоняется от среднего значения по закону синусоидальных низкочастотных коле-. баний. Если среднее значение частоты автодина 2 соответствует центру резонансной линии поглощения, на выходе второго КСФД

9 сигнал соответствует нулевому значению напряжения на выходе интегратора I l. При уходе частоты автодина 2 от резонансного значения ее среднее значение проходит область поглощения при различных фазах модулирующего напряжения, в результате чего на выходе второго КСФД 9 возникают импульсы различной полярности. В одном случае будут преобладать импульсы положительной полярности, в другом — отрицательной.

1.1так, в результате протяжки частоты автодина 2 по линейному закону через резонансное значение одновременно с ее сканированием около среднего значения по закону сигнала модуляции на выходе интегратора ll получаем кривую напряжения рассогласования, меняющую полярность при переходе через ноль-центр резонанса.

Напряжение рассогласования с выхода второго КСФД 9 через. интегратор ll подается на вход интегратора 15., выход кото834623

Формула изобретения

5 рого соединен с варикапом .3 через ограничивающий резистор 16, осуществляя таким способом подстройку частоты автодина 2 к центру линии резонансного поглощения. Интегратор 15, компартор 13 «max» и ключ 14 разряда образуют генератор пилообразного напряжения. В процессе поиска линии резонанса выходное напряжение интегратора 15, нарастая от минимального до максимального значения, будучи поданным на варикап 3, перестраивает частоту колебательного контура автодина 2 в некотором 10 интервале частот, которому, согласно соотношению ф = . Ч, соответствует диапазон измеряемых магнитометром магнитных полей.

При подходе к центру резонанса на выходе выпрямителя 8 появляется напряже15 ние, воздействующее на ключ 10 «Хранение» последний, замыкаясь, прекращает рост пилообразного напряжения на выходе интегратора, которое теперь изменяет по закону напряжения рассогласования с выхода интегратора Il.

Таким образом осуществляется процесс слежения за линией ЯМР. При исчезновении по каким-либо причинам сигнала ЯМР ключ

10 «Хранение» размыкается, емкость интегратора 15 дозаряжается до максимального значения напряжения, по уровню которого срабатывает компаратор 13, дающий импульс вкАючения ключа 14 разряда и цикл поиска повторяется.

Использование частотной модуляции автодина 2 вместо модуляции измеряемого

30 поля позволяет исключить влияние работы магнитометра на однородность измеряемого по именение магнитометра позволяет в

ЭПР спектрометрах наблюдать парамагнитный резонанс в исследуемых образцах и измерять магнитное поле одновременно, что зачастую является необходимым условием физического эксперимента.

Кроме того, исключение модуляционных катушек обеспечивает возможность умень- шения габаритов датчика, что является существенным в спектрометрах, в частности в сверхпроводящих соленоидах, где полезный объем мал и габариты датчика определяются обмотками модуляции. магнитометр, содержащий автодин с подключенными к нему датчиком ЯМР и вариканом, связанным с модулятором и генератором пилообразного напряжения, первый вход которого соединен с ключом «Хранения», отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений в него дополнительно введены последовательно соединенные с датчиком ЯМР детектор, режекторный фильтр, избирательный усилитель, первый фазочувствительный детектор, выпрямитель, второй фазочувствительный детектор и интегратор, выход которого соединен с вторым входом генератора пилообразного напряжения, последовательно соединенные с модулятором удвоитель частоты и первый формирователь опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу первого фазочувствительного детектора, а также второй формирователь опорного напряжения; вход которого подключен к выходу модулятора, а выход — к второму входу второго фазочувствительного детектора, первый вход которого связан с входом ключа «Хранение».

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Huller t J. К., 3. of Physics. 1976, ч9, №4, р. 283.

2. Андерсон, Стоун. ПНИ, 1972, № 8, с. 61.

3. ПТЭ, 1979 № 2, с. 202 — 205.

834623

Редактор Г. Кузнецова

Заказ 4048/72

Составитель Г. Змиевская

Техред А. Бойкас Корректор В. Синицкая

Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР во делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4