Магнитометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 190379 (21) 27503 50/18-21 с присоединением заявки Но (зим. к.

G 01 R 33/08

Государственный комитет

СССР ио деаам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15g381 Бюллетень ¹ 10

Дата опубликования описания 150381 (53jНЖ 621 ° 317

;.42(088.8) (72) Авторы изобретения

E.Ï. Сапунов, А.И. Окрименко, И.A. Кулик и В.И. Курочкин

Специальное конструкторско-технологическде бюро

Донецкого Физико-технического института

АН Украинской CCP (71) Заявитель (54) МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к магнитним измерениям и может быть использовано для измерения магнитных полей на основе метода ядерного магнитного резонанса.

Известен магнитометр, выполненный на базе измерителя магнитного поля

Е 11 — 2 ° . Система автоматической подстройки частоты содержит. две цепи об- 10 ратной связи: электронную {на основе изменения емкости варикапа) и электромеханическую (на основе переменного конденсатора, механически связанного с реверсивным двигателем) ° Автоматический поиск сигнала HNP осуще- 15 ствляется путем разбаланса синхронного детектора (1).

Недостатками магнитометра является наличие электромеханической системы и значительные погрешности в опреде- 20 ленки величины магнитного поля.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения магнитного поля, содержащее автодин, усилитель вы- 2 сокой частоты, амплитудный детектор сигнала поглощения, усилитель низкой

-частоты, синхронный детектор, вырабатывающий сигнал ошибки, и блок автоматического слежения и поиска сигна- 30 ла 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 (21.

Недостатком устройства является нарушение однородности измеряемого поля в связи с необходимостью его модуляции, а следовательно, недостаточно высокая точность измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерений путем исключения влияния магнитометра на однородность измеряемого поля °

Эта цель достигается тем, что в магнитометр, содержащий последовательно соединенные датчик ЯМР, варикап, усилитель низкой частоты, синхронный детектор и интегратор, а также автодин, подключенный к выходу датчика ЯМР, модулятор, первым выходом связанный со вторым входом син;хронного детектора, а вторым выходомс выходом интегратора, и амплитудный детектор, входом подключенный к выходу усилителя низкой частоты, введены последовательно соединенные ге813343 теродин, балансный сместитель, фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока, а также последовательно соединенные реле времени и триггер. причем вход гетеродина соединен с выходом модулятора, второй вход балансного сместителя с выходом датчика ЯМР, выход усилителя постоянного тока со входом усилителя низкой частоты, второй вход интегратора с первым входом триггера, второй вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, а выход — ко входу интегратора.

На фиг. 1 изображена структурная схема предложенного магнитометра; на фиг. 2 — напряжение на выходе усилителя постоянного тока.

Магнитометр содержит датчик ЯМР 1, варикап 2, автодин 3, балансный сместитель 4, фильтр 5 нижних частот, усилитель б постоянного тока, усилитель 7 низкой частоты, амплитудный детектор 8, синхронный детектор 9, реле времени 10, триггер 11, интегратор 12, модулятор 13 и гетеродин

14. Автодин 3 с варикапом 2, после- 25 довательно соединенные балансный сместитель 4, фильтр 5 нижних частот, усилитель б постоянного тока и гетеродин 14 образуют детектор сигнала дисперсии, представляющий собой систему фаэовой автоподстройки частоты.

Детектор сигнала дисперсии, усилитель

7 низкой частоты, синхронный детектор 9, интегратор 12 образуют цепь слежения за линией ЯМР. Усилитель 7 низкой частоты, амплитудный детектор

8 и триггер 11 образуют цепь поиска

ЯМР. Интегратор 12 выполняет функцию генератора пилообразного напряжения, управляющего напряжением на входе гетеродина 14 в режиме поиска. 40

Устройство работает следующим образом.

Датчик ЯМР 1 помещается в измеря" емое магнитное поле. Ядерный магнит- 45 ный резонанс наступает в момент выполнения условия: ж= уН, где w — частота резонанса; гиромагнитное отношение, 5() постоянная для данного равенства;

Н вЂ” напряженность измеряемого магнитного поля.

В колебательном контуре, образованном датчиком 1 и варикапом 2, возникают собственные колебания, Возникающее в области резонанса изменение магнитной восприимчивости вещества вызывает частотную и ампли" тудную модуляцию генерируемых авто- Я) дином 3 высокочастотных калебаний, которые детектируются последующими блоками и после чего выделяется либо сигнал дисперсии, либо поглощения. 65

В предлагаемом магнитометре используется сигнал дисперсии.

Нри сканировании частоты автодина 3 вблизи резонанса напряжение сигнала дисперсии, возникающее на выходе детектора сигнала дисперсии, то есть на .выходе усилителя б, имеет вид, изображенный на фиг. 2.

Если частоты гетеродина 14 и ав тодина 3 близки, то наблюдается явление так называемого захвата частотой гетеродина частоты автодина, в результате которого устанавливается определенное фаэовое соотношение их колебаний (сдвиг фаз на 90 ), при котором сигнал разбаланса на выходе балансного смесителя 4, и на выходе усилителя б нулевой.

Синусоидальное напряжение низкой частоты с модулятора 13, воздействуя на гетеродин 14, производит качание

его частоты около фиксированного значения. Вследствие этого низкочастотное напряжение, появившееся на выходах балансного сместителя 4 и фильтра нижних частот 5, усиленное усилителем постоянного тока б, воздействует на варикап 2 автодина 3 и изменяет частоту последнего по заказу изменения частоты гетеродина

14 (около того же фиксированного значения частоты) .

При отклонениях от центра резонанса по обе стороны до половины ширины резонансной кривой сигнала дисперсии на выходе детектора сигнала дисперсии появляется возрастающее от нуля до максимума (в точках

М„ и М фиг. 2) напряжение удвоенной частотй модуляции со сменой фазы при переходе через центр резонанса (точка О ). Это напряжение выделяется и усиливается избирательным и низко,частотным R С усилителем 7, настроенным на удвоенную частоту модуляции, поступает на один из входов синхронного детектора 9, на второй вход которого подано опорное напряжение с модулятора 13. Выходной сигнал детектора 9 — кривая производной сигнала дисперсии но 2-й гармонике модулирующей частоты. Полярность выходного сигнала синхронного детектора 9 определяется фазой входного сигнала. Выходное напряжение синхронного детектора 9 через интегратор 12 управляет напряжением на входе гетеродина 14. В процессе поиска линии резонанса выходное напряжение интегратора 12, нарастая от значения U äî U будучи поданным на гетеродий 14, перестраивает его частоту и частоту автодина 3 в некотором интервале частот, которому (согласно соотношению w=

=TH) соответствует диапазон измеряемых магнитометром магнитных полей. При подходе к резонансу на выходе усилителя 7 появляется нап813343 ряженке удвоенной частоты модуляции, достигающее определенного уровня °

Это напряжение, выделенное амплитудным детектором 8, воздействует на триггер 11 ° При подходе к центру резонанса указанное напряжение уменьшается и обращается в нуль в центре резонанса. Это уменьшение приведет к срабатыванию триггера

11, который изменяет свое первоначальное состояние 0 в состояние 1 . При переходе триггера ll в состояние 1 прекращается рост пилообразного напряжения выхода интегратора 12, которое теперь изменяется по закону производной сигнала дисперсии по 2-й гармонике частоты модуляции. Начинается процесс слежения. Если в процессе слежения за линией резонанса поле достигает определенного значения - виае или ниже пределов измерения, пульс с выхода интегратора 12 переведет триггер 11 в состояние 0 ° Начнется новый цикл поиска резонансной линии. Реле времени 10 через короткий промежуток времени после подключения питания к устройству сбрасывает триггер ll a 0, так как после включения этот триггер может находиться в любом состоянии

Использование частотной модуляции автодина вместо модуляции измеряемого поля исключает влияние работы магнитометра на однородность измеряемого поля

Применение предлагаемого магнитометра позволяет в ЭПР спектрометрах наблюдать нарамагнитный резонанс в исследуемых образцах и измерять магнитное поле одновременно, что зачастую является необходимьм условием физического эксперимента, кроме того, исключение модуляционных катушек обеспечивает возможность уменьшения габаритов датчика, что является существенным в спектрометрах, в частности в сверхпроводящих соленоидах, где полезный объем мал и габариты датчика определяются обмотками модуляции.

Формула изобретения

Магнитометр, содержащий последовательно соединенные датчик ЯМР, варикап, усилитель низкой частоты, синхронный детектор и интегратор, а также автодин, подключенный к выходу датчика ЯМР, модулятор, первьм выходом связанный со вторым входом

3$ синхронного детектора, а вторым выходом — с выходом интегратора, и амплитудный детектор, входом подключенный к выходу усилителя низкой ,.частоты,отличающийся тем, gp %To с целью повышения точности изме1 рений путем исключения влияния магнитометра на однородность измеряемого поля,в него введены последовательно соединенные гетеродин,балансный смеси тель, фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока, а также последовательно соединенные реле speмени и триггер, причем вход гетеродина соединен с выходом модулятора, второй вход балансного сместителя

Зо с выходом датчика ЯМР, выход усилителя постоянного тока со входом усилителя низкой частоты, второй выход интегратора с первым входом триггера, второй вход которого под35 ключен к выходу амплитудного детектора, а выход — ко входу интегратора °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Приборы и техника експери-. мента, 1975 9 4, с. 234.

2 Ж ПНИ 1972, Р8, с. 61.

813343

Фиг.2

Составитель И, Клыков

Техред H.Ãðàá Корректор Г. Решетник

Редактор Л.Повхан.

Эакаэ 768!58

Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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