Устройство для измерения магнитных свойств веществ

 

СОцмаюбстмчаскми . ИЗОБРЕТЕНИЯ (1)859975

К АВТОРСКОМУ СВ ИТВЛЬСЗВУ . (61} Дополнительное к авт. свмд-ву— (22) Заявлено 160879 (21) 2810219/18-21 (я)м. кл.з

G 01 R 33/02 с присоединением заявки йе

Гесуяарстванный мюнтет

СССР не ямам нмбретеннй н еткрмтнй (23) Приоритет

Опубликовано 300881. Бюллетень Н9 32 (53) ЮК б21. 31Л. .44(088.8) Дата опубликования описания 300881 (72) Авторы изобретения

Е. A. Кривич, И. А. Кулик, В. A. Иарапу и В.С. Прокофьев

j

Специальное конструкторско-технологцЧеское бюро

Донецкого физико-технического института AH Украинской ссР (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНЫХ СВОИСТВ

ВЕЩЕСТВ

Изобретение относится к приборам для исследования физических свойств и может быть использовано при создании установок, в частностк для исследования веществ с использованием магнитного резонанса.

Для исследования физических характеристик веществ s ряде случаев необходимы сильные магнитные поля, которые могут быть получены с помОщью сверхпроводящих магнитных систем.

Известно устройство, содержащее сверхпроводящий (СП) соленоид, основная обмотка .которого подключена к источнику итания, а дополнительная включена к эталонному резистору иблоку регулирования, последовательноеоединеииому с усилителем постоянного тока (УВТ) и генератором развертки.

Выходной сигнал генератора разверт- ® ки сравнивается на входе.УПТ с выходным сигналом сумиирукщего усилителй..

Усилеийый сигнал разности поступает ка вход блока регулирования, нагрузкой .которого является дополнительная обмотка и эталоиеай резистор. Падение напряжения на указанном резисторе поступает иа вход суммирующего усилителя, работающего в режиме куль-

;органа, сравнивается в нем с напря- 34 жением источника опорного напряжения, выходной сигнал поступает на регистрирующий прибор и на вход уПТ

В процессе эксперимента сканирование (развертку) поля, необходимое для обнаружения и оценки резонансных явлений в образце, осуществляют дополнительной СП обмоткой, расположенной- в соленонде.

Для увеличения эоны обнаружения резонансного сигнала и совмещения центра его с началом отсчета развертывающего поля (НР) на измерительном приборе, дополнительно смещают постоянное магнитное поле на величину Н (в см) путем изменения тока в дополнительной обмотке. В процессе работы синхронно с изменением магнитного поля развертки .изменяется положение индикатора регистрирующего прибора вдоль координаты Х. При достижении необходимой величины поля по каналу (координата У) на регистрирующий прибор поступает сигнал магнитного резонанса (1).

Однако в процессе измерения из-за одновременной работы каналов развертки и сдвига, вследствие коммутационных выбросОв, ток в обмотке может превысить крйтическое значение, а

859975 возрастание регулирующего параметра (поля) выше номинального значения может вызвать структурные изменения в исследуемом образце.

Цель изобретения — повышение надежности

Поставленная цель достигается за счет того, что в устройство, содержащее последовательно соединенные генератор развертки и регулируемый масштабный резистор, блок регулирования, на .выходе которого включен объект регулирования, усилитель, вход которого соединен с объектом регулирования и блоком задания смещения, а выход усилителя и регистрирующий прибор через последовательно соеднненныЕ резистор н регулируемый масштабный резистор подключены к выходу генератора развертки, дополнительно введены ключ, последовательно соединенные масштабный усилитель C регулятором коэффициента усиления, и блок сравнения, а один иэ элементов регулирования, например блок регулирования, снабжен интегрирующим звеном, при этом ключ подключен ко входу блока регулирования и через регулируемяй масштабный резистор - к выходу генератора развертки, вход масштабного усилителя подключен к выходу усилителя, выход масштабного усилителя соединен с регистрирующим прибором, ко второму входу блока сравнения подключен выход генератора развертки,.а выход блока сравнения через пЕреключатель., сблокированный с ключом, соединен с генератором развертки, а регулятор коэффициента усиленйя сблокирован с регулятором первого резистора.

На чертеже иэббражена структурная схема устройства. устройство содержит объект регулирования, в качестве которого в данном случае выступают обмотка 1 соленоида и эталонный резистор 2. Вход объекта регулирования подкдючеи к последовательно соединенным блоку 3 регулирования, ключу 4, масштабному резистору 5, генератору 6 развертки и переключателю 7, нормально открытый контакт которого соединен с выходом блока 8 сравнения. Нереключатель 7 сблокирован с ключом 4. Выход упомянутого объекта регулирования через резистор 9 соединен со входом усилителя 10 и резистором 11, подключенным к блоку 12 "Сдвиг" задания смешения. Восход усилителя 10 соединен со входом масштабного усилителя 13 и через резистор 14 подсоединен к точке соединения резистора 5 и ключа 4.

Усилитель 13 имеет регулятор 15 коэффициента усиления, который сблокировай с регулятором резистора 5. . Выход усилителя 13 соединен с регистрирующим прибором 16 и первым

5 !

О

13

26

50 входом блока 8 сравнения, второй вход которого соединен с выходом генератора 6 развертки.

В исходном положении после включения питания ключ 4 и переключатель

7 находятся s положении 1. Напряжения на выходе генератора 6 развертки, в качестве которого может применяться интегратор, и на выходе блока

"Сдвиг" задания смещения равны нулю, Соответственно и ток в катушке соленоида,тоже равен. нулю. для того, чтобы обнаружить полезный сигнал (линию резонанса), как правило, с помощью ручки регулировки резистора

5 "Масштаб" выбирают максимальную амплитуду развертки тока катушки и запускают генератор 6 развертки. Напряжение с выхода генератора 6 развертки через резистор 5 поступает на вход формнрователя закона регулирования блока 3 регулирования, где сравнивается с выходным напряжением усилителя 10, подаваемым на вход блока 3 регулирования через резистор 14. Усиленный блоком 3 сигнал разности подается в цепь обмотки 1 соленоида и эталонного резистора 2.

Падение напряжения на эталонном резисторе 2, подаваемое через резистор 9 на вход усилителя 10, сравнивается с напряжением блока "Сдвиг" 12 задания смещения, подаваемого через резистор 11. Выходной сигнал усилителя 10 подается через резистор 14 на вход блока 3 регулирования н, кроме того, усиленный масштабным усилителем 13, поступает на регистрирующий прибор 16. Величина напряжения, поступающего на вход регистрирующего прибора 16, определяется выражением .

0 = 1 и . Ко. К,„, где и — величина эталонного резнсто 3. ра;

К вЂ” коэффициент усиления уси<о лителя 10;

К вЂ” то же, для усилителя 13, $p — так развертки.

Ток через обмотку 1 соленоида и пропорциональное ему падение напряжения иа эталонном резисторе 2 изменяются линейно. Величина тока развертки определяется выражением т 0 ь и /й

Р где О,,„: й„ /Я„,О,„, — выходное напряжение усилителя 10;

0 — выходное напряеьеь жение генератора 6 развертки;

144 аК й2 — сопротивления резисторов 14, 5и 2.

Хоэффяциеит усиления усилителя 13 (К„ ) определен положением рукоятки регулятора 15, сблокированной с ру859975 кояткой регулировки величины резистора 5, и меняется согласно выражеияю К Я5/Я 4 . Коэффициент Усиления усилителя 10 (K4o ) выбран таким, ФФ чтобы при Любом Положении рукоятки резистора 5 "Масштаб" выполнялось условие

0вн(ь XP Я 3 к 40 К43, Цвихи или

- - - (, я,. к„

Я

Т.е. напряжение на входе X p

5 егистрирующего прибора 16 всегда равно по величине и изменяется синхронно с величиной напряжения.на выходе генератора 6 развертки.

Амплитуда выходного напряжения генератора выбрана постоянной и равной по -величине пределу измерения по координате X прибора 16. Одним поворотом рукоятки "Масштаб" изменяется масштаб прибора 16 и амплитуда развертки поля (тока), что способствует сокращению времени измерения. Так как формирователь закона регулирования (ФЗР) блока 3 регулирования вместе с объектом регулирования имеют в св оем составе интегральное звено, ю. Нат о потенциал точки а равен нулю. т- пример, для случая, когда в качес ве объекта регулирования выбран СП соленоид, потенциал точки а определяется выражением

Ь

I

Чф р где 0 - — — падение напряжения дЪ на обмотке 1;

Чф — передаточная функLtNH ФЗР; файф — индуктивность обмотки соленоида;

0 — падение напряжения и на эталонном резисторе 2.

Для упрощения рассмотрения выражения (1) предложим, что ФЗР имеет только интегральное звено, тогда потенциал. точки О определяется .6 (1+ R ) н >

0 +0а

0 )/Т Р где Т вЂ” время интегрирования ФЗР; и

P . jIN; 6 — угловая частота.

При остановке развертки U 0, так как C9= О. Размыкание ключа 4 (положение 3 ) переводит интегратор

ФЗР в. режим хранения набранного значения, что приводит к фиксации тока. (поля) соленоида.

Есля объект.-регулирования имеет

i своем составе интегральное звено, то иэ состава ФЗР интегральное звано можно исключить. Т.е. ФЗР может быть представлен просто усилителем с таким коэффициентом усиления, чтобы

0а 0. При раэвеикании ключа 4 в этом случае в режим хранения переводится интегральное звено объекта регулирования.

Если размыкание ключа 4 произвести в момент наблюдения резонансных явлений на приборе 16, то условия резонанса эафиксируются. При разомкну» том ключе 4 любые манипуляции с сигналами управления не приводят к флуктуациям регулируемого параметра, т.е. .можно осуществлять операции компенсации и смещения луча (стрелки) прибора 16 в центр шкалы или в любую интересукщую точку шкалы, что происходит благодаря синхронному переводу переключателя 7 в положение 1I Переключатель 7 подключает ко входу генератора 6 развертки блок 8 сравнения, В результате генератор развертки 6 работает в режиме инерционного звена, передаточная функция которого определяется выражением

Ы

+ TP/Kcс где Т вЂ” постоянная времени интегратора;

К вЂ” коэффициент передачи блока сс

15 сравнения;

Р— оператор Лапласса.

Вращая ручку блока 12 поля "Сдвиг" заданий смещения, положение которой отградуировано в единицах измерения поля соленоида, смещают луч {каретку) прибора 16 по координате Х в нужное (удобное) положение, так как напряжение на выходе усилителя 10 определяется выражением

0выю 1о Ой 0и ). Кю где 0 — падение напряжения на этаIt лонном резисторе, а

0 — напряжение компенсации

4й (сдвига);

К вЂ” коэффициент усиления усили40 теля 10.

При равенстве 0й и (-U z ) напряжение на выходе усилителей 10 н 13 равно нулю (0вюх о 09ыл м) °

Таким образом, производят компенсацию напряжения, поступающего с ре45 эистора 2, „,порцион. Ьного току раэвертки, эталонным напряжением бло.ка 12 "Сдвиг задания смещения. Одновременно но положению регулятора

"Сдвиг " определяют величину поля, при котором наблюдается резонанс. йри иеревсще переключателя 7 в положаиие II постоянная времени генератора б развертки уменьшается до такой величины, что при максимально возможном быстродействии оператора, манипулирукщего рукояткой "Сдвиг", выполняется условие

ЪЬа ъ 0Ьыхь т.е. И - 1

ЗлаМщаря этому потенциал точки а

g} остаетси равным .нулю при любом поло-. жеиия ручек "Масштаб" и "Сдвиг", что иетрудио доказать

М It g 0 вм)(q

К, Я, Вша О 0 евино ю вмх о

859975

Формула изобретения

Т.е.. возврат ключа 4 и переключателя 7 в йоложенив 1 после всех ма. нипуляций для системы регулирования происходит безударно, не вызывая выбросов регулируемого параметра.

В исходном положении на выходе генератора 6 развертки — нуль, на выходе "Сдвиг" — .нуль, переключатель 7 и ключ 4 н положении 1. Выбрав требуемый масштаб разнертки.(амплитуду раэнертки), выбирают максимально допустимую скорость, запускают генератор 6 и обнаруживают явление резонанса (прописывают линию или спектр линий . Если оператора интересует величина поля, при которой возник резонанс, развертку поля останавли- вают на резонансной линии, переводя ключ 4 и переключатель 7 в положение 11. Вращая рукоятку "Сдвиг", совмещают максимум резонансной линии с началом отсчета, при этом для павы- 29 шения точности переключают "Иасштаб", не теряя выбранную точку резонансной линии с экрана регистрирующего прибора 16. Отсчет ведется по положению рукоятки "Сдвиг". форму линии наблю- 2к дают, вернув ключ 4 в положение 1 и запустив еще раэ генератр 6 развертки, предварительно выбрав масштаб развертки таким, чтобы изображение занимало как можно больший учас-. ток шкалы Х регистрирующего прибора

16. Отсчет ширины резонансной линии удобней вести по шкале, определяя согласно формуле

H< = N Иь

35 где Н„ — ширина линии;

И вЂ” длина участка шкалы регистрирующего прибора 16;

И вЂ” масштаб развертки.

Точность измерения магнитного поля повьв ается при использовании соле- 46 исида, состоящего из двух обмоток, одна иэ KoTQpbIx переводится н режим, замороженного тока н момент наблюде ния резонансных янлений н образце, находящемся в известных резонансных условия.

Применение предлагаемого устройства позволяет свести к минимуму выб« росы регулируемого параметра при пе- @ реключении масштабов развертки и в процессе измерения поля (тока), исключить аварийные ситуации за счет

ТОГО, что Введенный в схему ключ 4 .переводит в режим хранения интегратор контура регулиронания, а переключатель.7, блок 3 сравнения и масш табный усилитель 13, обеспечивая синхронность изменения напряжения на входе регистрирующего прибора 16 и выходе генератора 6 развертки, по- ф© .,зноляют безударное заэикание .(paaiea-кайие). контура регулировании. Кроме

moro, применение предлагаемого устройства позволяет сократить время из мерцания за счет исключения многокюат» ного повторения циклов развертки в. процессе измерения или смещения резонансной линии по экрану регистрирующего прибора. Для достижения устойчивой работы устройства и расширения области применения в контур регулирования введен блок регулирования в виде пропорционально-интегрально-дифференциального звена с независимой регулировкой коэффициентов динамической настройки каждого элемента звена от .нуля до максимума, что позволит использовать его в качестве регулятора и измерителя практическИ любых фцэических величин.

Если на объект регулирования не наложены какие-либо ограничения или при ограниченной скорости развертки требуются малые амйлитуды развертки регулируемого параметра, смещение иэображения по экрану регулирующего прибора 16 можно осуществлять без размыкания ключа 4, задан малый период повторения развертки.

Устройство для измерения магнитных свойств веществ, содержащее последовательно соединенные генератор развертки и регулируемый масштабный резистор,. блок регулирования, на выходе которого включен объект регулирования, усилитель., вход которого соединен с объектом регулирования и блоком задания смещения, а выход усилителя и регистрирующий прибор через последовательно соединенные резистор и регулируемый масштабный резистор подключены к выходу генератора развертки, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, н него дополнительно введены ключ, последовательно соединенные масштабный усилитель с регулятором коэффициента усиления и блок сравнения, а один иэ элементов регулирования, например блок регулирования, снабжен интегрирующим звеном, при этом ключ подключен ко входу блока регулирования и через регулируемый масштабнйй резистор — к выходу генератора развертки, вход масштабного усилителя подключен к выходу усилит ля,. выход масштабного усилителя соединен с регистрирующим прибором, ко второму входу блока сравнения пщдключеи выход генератора развертки, а выход блока сравнения через переключатель, сблокированный с ключом, соединен с генератором развертки, à регулятор коэффициента усиления сблокироваи с регулятором пер,вого резистора.

Источники информации, ирииятме но внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР ао заявке 9 2548019/21, ау 6 61 М .33/02, 1978.

859975

I

1

1

I !

Составитель E. Данилина

Редактор И. Лысогорова Техред у,. Ац . Корректор м. Помо

Тирам 732 Подписное

ВНИИПИ Государствеиыого комитета СССР ао делам иэобретеинй и открытий

113035, Носква, М-35, Раушскаи наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгорбд,. ул. Проектная, 4

Заказ 7542/69