Устройство для измерения индукции магнитного поля

 

О fl И С А Н И Е ()883819

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетскнм

Соцналнстнческнм

Рес ублнк (6() Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.03.80 (21) 2896623/18 — 21 с присоединением заявки М (23) Приоритет (S1)M. Кл.

G 01 R 33/08

1Ъеударстаанвй кеммтет

СССР.ao делам мэевретеммм и аткрмтмм

Опубликовано 23 11.81. Бюллетень М 43

Дата опубликования описания 23.11,81 (5З ) УД К 621.317..44 (088.8) (72) Авторы изобретения

Н. М. Мельников и А И. Жерновой

Ленинградский ордена Октябрьской революции н ордена Трудойпго---=..

Красного Знамени технологический институт нм. Ленсовета (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения магнитной индукции неоднородных и однородных постоянных полей методом ЯМР в шикором диапазоне.

Известны устройства для измерения магнитной индукции, постоянных полей, состоящие из поляризатора, анализатора, катушки нутации, трубопровода с проточной жидкостью, электронного блока, частотомера (1).

Однако влияние сильных магнитных полей поляризатора и анализатора на измеряемое

Поле вносит существенную погрешность в измерения магнитной индукции. Вследствие этого ограничивается применение устройства на основе эффекта нутацни. Кроме того, применение проточной жидкости (движущегося образца) катушки нутации, шнрокодиапазонного генератора усложняет конструкцию устройства.

Известно также устройство, основанное на методе ядерного магнитного резонансного поглощения, состоящее из преобразователя

ЯМР, измерительного устройства (напрнмер включающего генератор низкой частоты, генератор высокой частоты, усилитель высокой частоты, демодулятор, усилитель низкой частоты, осциллограф), частотомера. Это устройство используется для измерения магнитной индукции от 0,01 Тл и выше в однородных постоянных полях. Погрешность измерения—

0,01% (2) .

Однако известное устройство не позволяет измерять магнитную индукцию в слабых постоянных полях (до 0,01 Тл), не применимо

10 в неоднородных постоянных полях, которые являются наиболее распространенными.

Целью изобретения является расширение диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, для измерения индукции магнитного поля, содержащее преобразователь ЯМР, измерительный блок и цифровой частотомер, дополнительно введены плоскопараллельные постоянные магниты, в воздушном зазоре которых размещен преобразователь ЯМР.

На чертеже показана функциональная схема устройства, основанного на методе ядерного магнитного резонансного поглощения.

883819

15

50

Устройство содержит плоскопараллельные постоянные магниты 1, между которыми расположен преобразователь ЯМР 2, катушки 3 модуляции, соединенные с генератором 4 низкой частоты. Катушка преобразователя ЯМР 2 вместе с переменным конденсатором образует колебательный контур генератора 5 высокой частоты, Колебательный контур через генератор

5 высокой частоты, усилитель б высокой частоты, демодулятор 7, усилитель 8 низкой частоты соединен с осциллографом 9. Кроме того, генератор 5 высокой частоты соединен с цифровым частотомером 10. Магниты 11 создают измеряемое поле. Вместо магнитов 11 может быть магнитное поле Земли, магнитное поле проводников с токами и др., поляризатор 12, трубопровод 13.

Устройство работает следующим образом.

Преобразователь ЯМР 2 помещается в зазор плоскопараллельных постоянных магнитов 1, т,е. в однородное магнитное поле с заранее известной величиной индукции. Преобразователь ЯМР 2 размещается в магнитном поле таким образом, чтобы высокочастотное поле, создаваемое катушкой, бьшо бы перпендикулярно направлению магнитного поля постоянных магнитов 1, При резонансе, когда частота генератора 5 совпадает с частотой прецессии ядер, добротность колебательного контура уменьшается вследствие поглощения энергии атомными ядрами, что приводит к уменьшению напряжения на контуре. Для периодического прохождения яерез резонанс индукция постоянного магнитного поля модулируется вблизи резонансного значения с помощью катушек 3, питающихся от генератора 4 низкой частоты. Напряжение высокой частоты, модулированное сигналом ядерного резонансного поглощения, подается на усилитель 6 высокой частоты, после чего на демодулятор 7, выделяющий сигнал ЯМР, который через усилитель 8 низкой частоты поступает на осциллограф 9. При подаче на пластины развертки осциллографа напряжения, синхронного напряжению источника модуляции магнитного поля, на экране непрерывно .наблюдаются сигналы

ЯМР. Так как за период модуляции условия резонанса повторяются дважды, то на экране видны два сигнала, симметричное расположение которых относительно центра развертки свидетельствует о наступлении резонанса при нулевом значении модулирующего поля. При этом показания цифрового частотомера 10, измеряющего частоту генератора 5, соответствуют заранее известной магнитной индукции плоскопараллельных постоянных магнитов 1.

При воздействии измеряемого постоянного магнитного поля (на чертеже поле магнитов

1,l) на плоскопараллельные магниты 1, а сле20

25 зо

45 довательно и на преобразователь ЯМР 2, расположенный между ними, резонансная частота изменится, а значит изменяться показания цифрового частотомера 10. Изменение показаний цифрового частотомера 10 и будут соответствовать измеряемой магнитной индукции.

При использовании движущегося образца (проточной жидкости) за время пребывания жидкости в сильном магнитном поле поляризатора 12 в ней возникает неравновесная ядерная намагниченность, которая при дальнейшем течении жидкости по расположенному в слабом поле трубопроводу 13 уменьшается в результате естественной релаксации и достигает на входе преобразователя ЯМР 2 значения

M. Намагниченности М пропорциональна интенсивность сигнала ЯМР А на выходе схемы.

А — К М, где М вЂ” намагниченность;

А — интенсивность сигнала ЯМР;

К вЂ” коэффициент, который зависит от параметров схемы и однородности поля плоскопараллельных магнитов 1.

Далее устройство работает так же как и с неподвижным образцом.

Сигнал ЯМР в устройстве появляется при отсутствии измеряемого поля, это дает возможность расширить пределы измерения магнитной индукции и измерять магнитную индукцию практически от нуля.

Пределы измерений устройства от 10 6 до 2 Тл. Кроме того, устройство позволяет измерять слабые (до 0,1 Тл) неоднородные постоянные магнитные поля, которые являются наиболее распространенными и трудоизмеримыми, особенно в условиях города, лаборатории, цеха.

Основная погрешность измерения с неподвижным образцом — 0,01%, с движущимся, образцом (проточной жидкостью) — 0,001%.

Устройство позволяет определять направление вектора магнитной индукции.

Формула изобретения

Устройство для измерения индукции магнитного поля, содержащее преобразователь ЯМР, измерительный блок и цифровой частотомер, о т л и ч а ю щ .е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения, в него дополнительно введены плоскопараллельные постоянные магниты, в воздушном зазоре которых размещен преобразователь ЯМР.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР Ф 527677, кл. G 01 R 33/08, 1975.

2. Спектор С. А. Измерение больших постоянных токов. Л., "Энергия", 1978, с. 79.

883819

Корректор М. lllapoum

Составитель E. УЬнилнна

Техред И. Кинц

Редактор О. Половка

Тираж 735

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Заказ 10219/69

Ф

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, уд. Проектная, 4