Способ измерения магнитного поля и устройство для его осуществления

 

Со1оэ Советсьик

Соткиапистическик

Республик

ОП ИСАНИЕ 89о184

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 20.02.80(21) 2885193/18-25 (Q) )М. К,1т.

G 01N 24/06 с присоединением заявки М (23) Приоритет (есуднрстмнный комнтвт

СССР нв ленни нэсбретеинй н открытнй

ОпУбликовано 18.12,81. Бюллетень М 46 (53) УД (539.

Дата опубликования описания 17.12.81 ".143.=43(088 8) (72) Авторы изобретения

В. М. Деняк и H. В. Перун (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУКЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измеритель.ной технике, а именно к способам:и уст ройствам измерения постоянных магнитных полей методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Известен способ измерения постоянных магнитных нолей методом ЯМР, в котором измеряемое магнитное поле в объеме образца модулируют по амплитуде периодически менякацимся магнитнътм полем с глубиной модуляции больше ширины сигнала ЯМР. Измерение поля сводится к измерению частоты колебаний радиочастотного магнитного поля при равенстве нулю сдвига фазы между сигналом ЯМР и модулирукацим напряжением, которое определяется как равенство временных интервалов между импульсами ЯМР 313

Недостатком такого способа является наличие модуляции магнитного поля, которое ухудшает точность измерения за счет влияния неоднородности модулируюшего поля на форму сигнала ЯМР. Кроме того, применение данного способа для иэмерения магнитного поля в малых зазорах затруднено из-за размеров датчика (зонда) с модулирующей катушкой.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения магнитного цоля, основанный на методе ядерного магнитного резонанса с частотной модуляцией частоты колебаний радиочастотного мат нитного поля. Согласно такому способу измеряют частоту совместно с началом

10 импульса ядерного магнитного резонанса, при этом частоту стабилизируют с момента окончания импульса, а знак коэффициента стабилизации выбирают обратным знаку изменения частоты Г2,1 .

Однако точность измерения при таком способе в конечном итоге сводится к измерению резонансного. значения частоты

20 (Fg ) в точке экстремального значения сигнала ЯМР и во многом зависит от коэффициента стабилизации час тоты радиочастотного магнитного псытя в момент ее. измерения. Поэтому измеренная частота

3 8001 (из ) будет отличаться от F на велич

+ i<5 д1, где К вЂ” коэффициент стабилизации; р.- крутизна изменения частоты до стабилизации;

g t- отличие периода измерения за счет изменения коэффициента стабилизации.

Требуемая высокая стабильность часто- щ ты налагает сложность на осуществление способа.

Даже при высокой стабильности, ваЩ- чина К является конечной, поэтому ь ФО Зм РЯЪ

Целью изобретения является повышение точности измерения и упрощение измерения постоянных магнитных полей методом ЯМР.

Укаэанная цель достигается тем, что согласно способу измерения магнитного поля, основанному на методе ядерного магнитного резонанса с частотной модуляцией частоты колебаний радиочастотно.го магнитного поля, в момент равенства

25 нулю сдвига фазы сигнала ЯМР относительно фазы напряжения модуляции, отключают модуляцию частоты на время измерения частоты радиочастотного поля.

Устройство для реализации способа измерения магнитного поля содержит последовательно соединенные датчик ЯМР, автодин и индикатор, частотомер, соединенный с резонансным контуром автодина, и модулятор частоты, а также фазовый 35 детектор, управляющий клточ, линию эа держки, управляющий триггер и схему И, причем вход фазового детектора соединен с выходом индикатора сигнала ЯМР, а выход его с первым входом схемы И, 40 второй вход которой: является запуском устройства, выход схемы И соединен с первым входом управляющего триггера, второй вход которого соединен с выходом

Стоп" частотомера, выход управляющего 4 триггера соединен с первым входом управ,,ляющего ключа, выход которого соединен с автодином, и второй вход - с модулятором частоты, вход линии задержки соеди.нен со вторым входом управляющего триг- M гера, а ее выход - с входом "Пуск час« тотомера.

На фиг. 1 представлены графики, поясняющие предлагаемый способ измерения магнитного поля; на фиг. 2 — устройство для осуществления способа.

Для осуществления способа частоту колебаний радиочастотного магнитного по84 4 ля модулируют по синусоидальному закону с глубиной модуляции больше ширины сигнала ЯМР на величину а F . При помод явлении сигнала ЯМР, подстраивая частоту автодина до выполнения условия равенства нулю сдвига фазы сигнала ЯМР относительно фазы модулирующего напряжения, отключают модуляцию на время измерения частоты радиочастотного поля. Таким образом измеренное значение изм равно

"ием ="а -6 ма (t) и так как в момент измерениядРм<рд(1)=

=О, то

F эм Fp.

Частоту радиочастотного магнитного поля измеряют путем счета числа периодов за данный интервал времени. Зтот интервал можно выбрать в паузе между импульсами ЯМР, что позволяет измерять частоту без нарушения работы системы стабилизации и управления магнитным полем по сигналу ЯМР (фиг. 1).

Таким образом, в предложенном способе исключается влияние нестабильности частоты на точность. измерения резонансного значения частоты и отпадает необходимость в стабилизирующем устройстве, а отличительной особенностью данного способа является то, что при частотной модуляции колебаний радиочастотного магнитного поля в момент равенства нулю сдвига фазы сигнала ЯМР и напряжения модуляции отключают .модуляцию частоты на время измерения.

Блок-схема устройства, осуществляющего предлагаемый способ, содержит последовательно соединенные датчик ЯМР1, автодин 2, индикатор сигнала ЯМР«З, фазовый детектор 4, частотомер 5, вход которого соединен с резонансным контуром автодина, модулятор частоты 6, выход которого соединен с автодином, схему И 7, один иэ входов которой соединен с выходом фазового детектора 4, второй вход — с входом "Запуск", управляющий триггер 8, один из установочных входов которого соединен с выходом схемы И 7, второй установочный вход соединен с выходом "Стоп" частотомера 5, линию задержки 9, вход которой соединен с выходом управляющего триггера 8, выход соединен с входом "Пуск" частотомера 5, управляющий ключ 10, вход которого соединен с выходом модулятора частоты 6, выход соединен с автодином 2, а управляющий вход соединен с выходом управляющего триггера 8.

5 8901

Устройство работает следующим образом.

Начальный поиск сигнала ЯМР осуществляется изменением частоты автодина

2. После нахождения сигнала ЯМР частота та автодина 2 подстраивается плавно до выполнения условия равенства нулю сдвига фазы сигнала ЯМР относительно фазы модулирующего напряжения, при этом на схему И 7 поступает сигнал разрешения 10 на прохождение команды Запуск, формируемый внешним устройством. Сигнал Запуск с выхода схемы И 7 поступает на управляющий триггер 8 и переключает его.

Потенциал с прямого выхода управляющего 5 триггера 8 поступает на управляющий вход ключа 10, который отключает модуляцию частоты автодина 2, а также на линию задержки 9, после которой сигнал поступает на частотомер 5 и запускает 20

его. После окончания измерения частоты сигнал "Стоп" частотомера 5 возвращает управляющий триггер 8 в исходное состояние. При этом включается модулятор частоты 6 и блокируется частотомер 5. Йля 25 повторного включения схемы необходимо, при наличиии разрешающего сигнала фазового детектора 4, подать сигнал Запуск".

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяют повысить З0 точность измерения резонансного значения частоты за счет исключения влияния нестабильности частоты, а также дают возможность по сравнению с известным способом проще осуществить измерение ве35 личины магнитного поля.

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяют производить измерения в малых объемах, что очень важно при работе с магнитами с

40 малыми зазорами.

Формула из обретения

1. Способ измерения магнитного поля, основанный на методе ядерного магнитноR4 Ь

Го резонанса с частотной модуляцией к > лебаний радиочастотного магнитного поля, отличающийся тем что с целью повышения точности измерения и упрощения измерения, в момент равенства нУлю сдвига фазы сигнала ЯМР относительно фазы напряжения модуляции, отключают модуляцию частоты на время измерения частоты радиочастотного поля.

2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее последовательно соединенные датчик ЯМР, автодин и индикатор сигнала ЯМР, частотомер, соединенный с датчиком ЯМР, и модулятор частоты, отличающеесятем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения измерения, в него дополнительно введены фазовый детек1 ор, управляющий ключ, линия задержки, управляющий триггер и схема И, причем вход фазового детектора соединен с выходом индикатора сигнала ЯМР, а выход его с первым входом схемы И, второй вход которой предназначен для подачи сигнала Запуск"

t выход схемы И соединен с первым входом управляющего триггера, второй вход которого соединен с выходом "Стоп" частотомера, выход управляющего триггера соединен с первым входом управляющего ключа, выход которого соединен с автодином, а второй вход — с модулятором частоты, вход линии задержки соединен с выходом управляющего триггера, а ее выход— с входом Пуск частотомера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Леше А. Ядерная индукция. М., Издательство иностранной литературы, 1963, с. 215-217., 2. Авторское свидетельство СССР

N< 473091, кл. С 0 1 8 27/78, 1 974 (прототип ) ..

Составитель В. Покатилов

Редактор С. Тимохина Техред Л, Пекарь. Корректор М. Демчик

Заказ 10957/68 Тираж 920 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

123035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5

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