Устройство для измерения постоянного магнитного поля

(51) 5 4 ниве Р81.ПОСТОтся ядерный о 4 ь С Изобельной змерен ей мет онанса устроис мерения На. устрой ции чаиг ьсМР тотомере,йство содержи2., частотомеЯМР, кварцевелитель 6 ча т тр 3, индика.торгенератор 5,оты, второй автодин сигнала первыи ОСУДАРСТВЕННЬ 1 Й НОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬ 1 ТИЯМРИ ГКНТ СССР(71) Объединенный институт ядерныхисследований(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ(57) Изобретение относится к техникеизмерения постоянчых магнитных полеиметодом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) с использованием частотноймодуляции радиочастотного магнитногполя, в котором находи тение относится к изме технике,а именно к техник я постоянных магнитных по дом ядерного магнитного ре- (ЯМР) .изобретения - упрощение ва и повышение точности изв единицах магнитного поля, г,1 представлена блок-схема ва; на фиг,2 - форма модуляоты автодина; на фиг.3 - сна фиг,4 - счетные импул разец.Цель - упрощение устройства иповышение точности измерений в едицах магнитного поля.В устройство вдены блоки,формирукцие гармоническийсигнал модуляции частоты автодина спериодом, кратным обратному значениюгиромагнитного отношения ядер образца. Суммирование периодов частотыавтодина при ЯМР осуществляется частотомером, время измерения которогократно периоду сигнала модуляции.Сигналы ЯМР с автодина поданы наиндикаторное устройство через фильтрвысоких частот с частотой среза винтервале между первой и третьейгармониками частоты модуляции, чтосущественно повышает отношение сигнала к шуму при регистрации ЯМР и результирующую точность измерения магнитных полей. 4 ил. делитель 7 частоты, симметричный интегратор 8, фильтр 9 низких частот)Датчик 1 ЯМР состоит из катушки с ядерным образцом внутри нее и помещается в измеряемое постоянное магнитное поле В . В катушке возбуждается радиочастотное (р.ч.) магнитное поле, так как катушка связана с автодином 2, являясь частью его р.ч. контура. Частота Р автодина модулируется внешним гармоническим сигналом с периодом Т,д(фиг,2) и глубиной модуляции + д Р (больше нлн меньшеширины сигнала ЯИР) с целью дискриминации ЯМР. Для определения В, часто- .ту. Р автодина 2 подстраивают так, что, подавая сигнал ЯМР с автодина через в,ч. фильтр 10 на индикатор 4 сигнала ЯМР, с его помощью фиксиру ют условие ЯМР (фиг.3).В устройстве с помощью последовательно включенных блоков (кварцевогогенератора 5, первого делителя Ьчастоты, симметричного интегратора 8,фильтра 9 н.ч. и управляемого услителя 11) осуществляется гармоническая модуляция Р автодина с периодомТ, кратным обратному значению гиромагнитного отношения, например, протонов. Возможно, например, численноезначение Т,= 23,48736 мс (Й,-42 Гц),Для измерения Р (среднего значения) необходимо суммировать чи .лопериодов в пределах периода ТмодПри линейной модуляции частоты(ЛР/Р0,01) сумма числа периодовравна средней частоте за периодТ ,д. При этом не существенно, когданачйнать счет периодов, время счетаточно равно Т , и сумма периодовостается постоянной.Численно сумма периодов за Тмодсоответствует значению измеряемогомагнитного поля В в единицах Тесла,если предварительно приборно согласовать с Вщ положение разрядной запятой в сумме,Точное соответствие Т и Т опреы 04 иЗмделяется с помощью прямоугольногосигнала с выхода первого делителячастоты, имеющего период Т , через;второй делитель частоты на вход"Время измерения 11 частотомера 3, Задавая различные коэффициенты пересчета второго делителя (например, 2 или20) возможно увеличивать Т кратноТ чтобы повысить точность измерения частоты (магнитного поля).45Частота среза фильтров н.ч. и в.ч.выбирается в интервале частот междупервой и третьей гармониками частотымодуляции по следующим причинам. Навход фильтра н,ч. поступает Сигнал50в виде симметричной пилы", состоящей из 1,3,5 гармонических составляющих, из которых только первуюгармонику должен пропустить фильтрн.ч, Фильтр в,ч. должен подавить в 55измерительном канале в основномпервую гармонику которая воэнкне.при частотной модуляции в автодине из-за соответствующего изменения добротности контура и появления в связи с этим амплитудной модуляции в выходном сигнале. Из-за возможных нелинейностей в некоторых элементах схемы в выходном сигнале может появиться и паразитная вторая гармоника, хотя и малая по амплитуде.Предлагаемое устройство может работать при амплитудах частотной модуляции больших и меньших ширины сигнала ЯИР (интегральный и дифференциальный подход), устройство не требует дополнительного оборудования для управления системой модуляции при измерениях, что приводит к снижению погрешности .измерений, В устройстве возможны существенные вариации в величинах Т , и Т, относительно друг друга. Введение фильтров н.ч. и в.ч, в каналах измерения и модуляции устройства обеспечивает существенное увеличение отношения сигнала к шуму и соответственно снижает погрешность в измерениях постоянных магнитных полей в диапазоне (0,05-2,5)Т по крайней мере до уровней ниже 0,001%.Формула изобретенияУстройство для измерения постоянного магнитного поля на основе ядерного магнитного резонанса (ЯМР), включающее последовательно соединенные датчик ЯМР с образцом и автодин с перестраиваемой частотой, с входом для модуляции частоты и с выходами сигналов ЯМР и частоты автодина, индикатор сигнала ЯМР, частотомер, ,а также последовательно соединенные кварцевый генератор и делитель частоты,причем выход частоты автодина соединен с первым входом частотомера, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повыщения точности измерения в единицах магнитного поля, в него дополнительно введены второй делитель частоты, симмеричный интегратор, фильтр низких частот и фильтр высоких частот, управляемый усилитель, при этом выход первого делителя через второй делитель частоты соединен с вторым входом частотомера, а через последовательно соединенные симметричный интегратор, фильтр низких частот и управляемый усилитель - с входом модуляции частоты автодина,5 1545176 6выход симметричного интегратора под- тот соединен с выходом сигналов ЯМР соединен к второму входу индикатора автодина и первым входом индикатора сигналов ЯМР, а Фильтр высоких час- сигналов ЯМР. Ща Составитель В.Покатилов Редактор Е,Папп Техред А.Кравчук Корректор О.Циплерод, Ул Г гаэнч 1 1оизводственио-издательский комбинат Патент , г Заказ ц 8ВНИИПИ Г Тирах 563дарственного комитета и 113035, Москва, ЖПодписноеобретениям и открытиям при ГКНТ СССРаушская наб д, ч/5