Способ измерения постоянного магнитного поля на основе ядерного магнитного резонанса

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ОСНОВЕ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА(ЯМР), включающий модуляцию частоты колебаний радиочастотного магнитного поля, наложенного на образец, и определение величины магнитного поля по сигналу ЯМР, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, модулируют частоту радиочастотных колебаний по гармоническому закону с периодом, кратным обратному значению гидромагнитного отношения ядер образца, суммируют при фиксированном ЯМР число периодов радиочастотных колебаний за время, кратное периоду сигнала модуляции, и по результату суммирования судят об искомом значении магнитного поля.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к технике измерения постоянных магнитных полей методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР).
Целью изобретения является повышение точности измерения.
На фиг. 1 приведена схема, реализующая предлагаемый способ; на фиг. 2 - графики, поясняющие способ.
На фиг. 1 и 2 приведены датчик ЯМР 1, например, автодинного типа с ядерным образцом, помещенным в радиочастотное магнитное поле и в измеряемое поле В_изм; генератор 2 гармонического сигнала для модуляции частоты радиочастотного (р-ч) поля; индикатор 3 сигналов ЯМР; частотомер с цифровым выходом 4; эпюра 5 изменения частоты (р-ч)-магнитного поля в ядерном образце при ЯМР с периодом модуляции Т_мод; эпюра 6 сигналов ЯМР на индикаторе 3, эпюра 7 входных сигналов в частотомере в пределах времени измерения Т_изм, при этом генератор 2 вырабатывает сигнал модуляции (р-ч)-поля ЯМР датчика 1 с периодом Т_мод и сигнал времени измерения Т_изм для частотомера 4 кратными обратной величине гиромагнитного отношения ядер образца - _я, по индикатору 3 фиксируется наличие сигналов ЯМР, а по частотомеру 4 определяется значение измеряемого поля В_изм в единицах магнитного поля.
Способ осуществляется следующим образом.
Частоту колебаний р-ч-магнитного поля в контуре с ядерным образцом автодина модулируют с помощью генератора 2 по синусоидальному закону (фиг. 2) с периодом Т_мод и с глубиной модуляции F, соответствующей значениям, превышающим или менее ширины сигнала ЯМР. При измерении магнитного поля В_изм частоту р-ч-поля подстраивают до появления сигналов ЯМР на индикаторе 3 и фиксируют условие ЯМР (фиг. 2, эпюры 5 и 6) с частотой
F_p = _я/2 В_изм. (1)
Например, для широко применяемых при ЯМР протонов _р определено наиболее точно и равно для водного образца в виде цилиндра - 0,4257608 (12) х 10⁸ Гц/Т/7,8/.
Из формулы (1) следует, что
В_изм = C_p x F, (2) где С_р - постоянная ЯМР магнитометра, равная для протонного образца - 2 / _р = 2,348736 10^-8 T/Гц. Так как в процессе измерения магнитного поля частота р-ч-поля F модулируется по гармоническому закону, а нужно знать среднее значение этой частоты, то определение этого значения по частотомеру 4 обычно затруднено и неточно и тем более, чем больше глубина модуляции F.
В данном способе период частоты модуляции Т_мод задается кратным обратному значению гиромагнитного отношения ядер образца (для протонов приблизительно С_р) и тогда, например, для протонов, Т_мод = 23,48736 мс (частота модуляции f_мод 42 Гц). Затем считаем число периодов р-ч-сигнала в пределах одного периода Т_мод, что можно осуществить частотомером счетчикового типа с временем счета Т_изм, например равным Т_мод. При линейной модуляции F/F < 0,01), сумма числа периодов р-ч-поля с частотой F численно равна средней частоте за период Т_мод - превышение средней частоты в одном полупериоде компенсируется снижением частоты в другом. При этом не существенно, когда начинать счет, время счета точно равно Т_мод и сумма периодов остается постоянной. Поскольку Т_мод выбирается с высокой точностью кратным гиромагнитному отношению используемых в образце ядер, то численно сумма периодов р-ч-сигнала за время Т_мод соответствует значению измеряемого магнитного поля В_изм в единицах Тесла, если предварительно приборно согласовать с величиной В_изм положение разрядной запятой в сумме.
Способ позволяет легко комбинировать соотношение между Т_мод и Т_изм, чтобы выбрать желательный режим осуществления способа. Например, возможно кратно повышать Т_изм, производя счет в течение нескольких Т_мод, или наоборот - при заданном Т_изм кратно уменьшать значение Т_мод, т. е. поднять частоту модуляции.
Способ обладает повышенной точностью измерения и простотой. (56) Rev. Sci. Instr. 1963, 34, N 11, р. 1260.
Авторское свидетельство СССР N 890184, кл. G 01 N 24/08, 1980.
Изобретение относится к технике измерения постоянных магнитных полей методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) с использованием частотной модуляции радиочастотного магнитного поля, в которое помещен ядерный образец. Цель изобретения - повышение точности измерения. Способ включает модуляцию частоты радиочастотных колебаний по гармоническому закону с периодом, кратным обратному значению гиромагнитного отношения ядер образца, и суммирование при фиксированном ЯРМ числа периодов радиочастотных колебаний за время, кратное периоду сигнала модуляции. По результату суммирования судят об искомом значении магнитного поля. Изменяя величины периода сигнала модуляции и времени измерения частотомером относительно друг друга возможно в широких пределах менять условия измерения магнитных полей по данному способу. 2 ил.