Магнитометр

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 03. 05. 78 (21) 2610482/18-21 Р 1) М Кл 6 01 К 33/08 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения А. А. Глущенко, В. И. Курочкин, А. Я. Лаптиенко и В. В. Пермяков Специальное конструкторско-технологическое бюро Донецкого физико-технического института АН Украинской ССР(54) МАГНИТОМЕТР Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано в аппаратуре для измерения магнитных полей на основе метода ядер ного магнитного резонанса.Известен магнитометр, предназначенный для измерения напряженности магнитного поля. Магнитометр содержит пороговый генератор, который свя зан с датчиком сигнала ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и синхронным детектором, вырабатывающим сигнал ошибки для управления частотой порогового генератора таким образом, что бысохранялись резонансные условия ЦНедостатком данного устройства является относительно малая точность изферений напряженности магнитного поля, которая определяется, кроме собственной ширины линии ЯМР еще и стабильностью частоты КОлебаний порогового генератора и однородностью измеряемого магнитного поля. 25Из известных устройств для изме- рения напряженности магнитного поля Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство, которое содержит датчик ЯМР, генератор высокой частоты, усилитель высокой частоты, детектор, усилитель низкой частоты, ключ, систему автоматической под,стройки частоты, включающую низкочастотный синхронный детектор, гене ратор точного поиска и избирательный уснлитель 2 . Устройство работает следующим образом.При отсутствии сигнала ЯМР включаеся генератор точного поиска, напряжение с которого поступает на реактивный элемент генератора высокой частоты и изменяет частоту гене- ратора до тех пор, пока не появится сигнал ЯМР с двойной частотой модуляции, что будет соответствовать выполнению точных резонансных условий. Данный сигнал выделяется избирательным усилителемкоторый через ключ отключает генератор точного поиска и замыкает систему слежения. На выходе синхронного детектора появляется постоянное напряжение, под воздействием которого частота гене. - ратора высокой частоты точно подстра. ивается к резонансному значению.40 Недостаток известного устройства - низкая разрешающая способность и точность измерений напряженности магнитного поля ввиду низкой стабильности частоты генератора высокой частоты.Целью изобретения является повышение точности измерений и разрешающей способности.Поставленная цель достигается тем,что в магнитомето, содержащий последовательно соединенные поро-О говый генератор высокой частоты, детектор и синхронный детектор, модулятор, выход которого связан со вторым входом синхронного детектора, датчик ядерного магнитного резонан са и регистрирующий прибор, введены механизм перемещения датчика, кинематически связанный с пороговым генератором высокой частоты и упомянутым датчиком, а электрически - со 20 входом регистрирующего прибора, а также последовательно соединенные интегратор, переключатель режимов работы, управляемый эталон частоты и высокочастотный фазовый детектор, 25 второй вход которого подключен ко второму выходу порогового генератора, к управляемому входу которого через переключатель режимов работы подключен выход высокочастотного фазового детектора, вход интегратоЗО ра связан с выходом синхронного детек тора, а его выход - со вторым входом регистрирующего прибора.Функциональная схема устройства представлена на чертеже.35Устройство состоит из датчика ЯМР 1, помещенного в измеряемую маг нитную систему 2, порогового генера- . тора высокой частоты 3, детектора 4, низкочастотного синхронного детектора 5, модулятора б, управляемого эталона частоты 7, высокочастотного фазового детектора 8, интегратора 9, переключателя 10 режимов работы, механизма перемещения 11 датчика ЯМР 1 4545 двухкоординатного самописца 12, катушек модуляции 13.В магнитную систему 2 помещен датчик ЯМР 1 порогового генератора высокой частоты 3. Сигнал с генератора 3 подается на детектор 4, выходной сигнал которого подается на один иэ входов н.ч. синхронного детектора 1, на второй вход которого подается опорный .сигнал с модулятора бВыходной сигнал низкочастотного синхронного детектора подается на вход интегратора 9, выход которого соединен через переключатель 10, в положении А - с управляемым входом порогового генератора 3, в положении В - со вко- щ Дом управляемого эталона частоты 7, выходной сигнал которого поступает на вход высокочастотного фазового детектора 8, на второй вход которого поступает сигнал с высокочастотного выхода порогового генератора 3 вы Чходной сигнал высокочастотного фазовогодетектора 8 поступает на управляемый вход порогового генератора 3.Устройство работает следующим образом.Магнитометр работает в режиме сле;хения. Сигнал ЯМР порогового генератора 3, продетектированный детектоРом 4, поступает на низкочастотныйсинхронный детектор 5, напряжение скоторого поступает на вход интегратора 9, выходное напряжение с которого поступает на вход управляемогоэталона частоты 7 подстраивая частоту его до совпадения с частотой резонансного ЯМР поглощения Г . ВысоРкочастотное напряжение частоты Рс эталона 7 сравнивается в в,ч, фазовом детекторе 8 с поступающим с порогового генератора 3 высокочастотнымсигналом и сигнал ошибки с в.ч. фазового детектора 8 управляет реактивнымэлементом порогового генератора 3,подстраивая частоту его до совпадения с частотой эталона 7, которая, всвою очередь, подстраивается до равенства частоте резонансного ЯМР по-,глощения Гр . Измеряя частоту порогового генератора 3 и используя известное равенствоВР 23где Г - резонансная частота ЯМР поРглощения;гиромагнитное отношение ядерспинсодержащего веществадатчика сигнала ЯМР;Н - напряженность измеряемогомагнитного поля,измеряют по сути величину напряженности магнитного поля измеряемой магнитной системы,Введение интегратора в систему фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ)обеспечивает астатизм системы ФЛПЧ,что позволяет повысить точность системы ФАПЧ, а следовательно, и точность измерений напряженности магнитного поля путем снижения статической ошибки в системе ФАПЧ.Магнитометр с введенным в него переключателем 10 режимов работ работает следующим образом;В положении А переключателя 10сигнал ЯМР порогового генератора 3поступает на детектор 4, выходнойсигнал которого поступает на входнизкочастотного синхронного детектора 5, выходное напряжение которогочерез интегратор 9 и переключатель 10управляет частотой порогового генератора 3 таким образом, чтобы частота его "следила" за полем для выполнения равенства (1).В положении В переключателя 10напряжение низкочастотного синхронного детектора 5 через интегратор 9 ипереключатель 10 управляет частотойэталона 7, выходное высокочастотное напряжение которого сравнивается в фазовом детекторе 8 с поступающим с порогового генератора 3 высокочастотным сигналом. Выходное напряжение фазового детектора 8 управляет частотой 5 порогового генератора 3, подцерживая ее равной частоте эталона 7, который, д свою очередь, управляется сигналом ЯИР, Таким образом равенство (1) также выполняется, но уже с более высо кой степенью точности благодаря высокой стабильности частоты управляемого сигналоМ ЯИР эталона частоты 7В положении Б переключателя 10 цепь обратной связи разомкнута, магнитометр работает в режиме поиска сиг. нала ЯМР.Механизм перемещения 11 датчика сигнала ЯМР 1, кинематически связанный с соединительной линией междупороговым генератором 3 и датчиком 1, устанавливает датчик 1 в заданную точку поля магнитной .системы 2 или осуществляет сканирование датчика 1 при регистрации топографии магнитного поля исследуемой магнитной системы 2. Для регистрации положения датчика 1 сигнал с датчика положения расположенного в механизме 11 поступает на вход самописца 12, На другой вход самописца 12 поступает сигнал с интег- ЗО рахора 9, соответс.вующий частоте порогового генератора 3.Таким образом, введение фазовой автоподстройки частоты порогового генератора по управляемому эталону час тоты существенно улучшает стабильность частоты порогового генератора и, как следствие, повышает разрешающую способность и точность измерений, так как исключаются собственные флуктуа О ции частоты порогового генератора, истабильность частоты его уже определяется стабильностью управляемогоэталона частоты. Формула изобретения Магнитометр, содержащий последовательно соединенные пороговый генератор высокой частоты, детектор и синхронный детектор, модулятор, выход которого связан со вторым входом синхронного детектора, датчик ядерногомагнитного резонанса и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиизмерений и разрешающей способности,в него введены механизм перемещениядатчика, кинематически свяэаниый спороговым генератором высокой частоты и упомянутым датчиком, а электрически - со входом регистрирующего прибора, а также последовательно соединенные интегратор, .переключатель режимов работы, управляемый эталон частоты и высокочастотный фазовый детек"тор, второй вход которого подключенко второму выходу порогового генератора, к управляемому входу которогочерез переключатель режимов работыподключен выход высокочастотного фазового детектора, вход интеграторасвязан с выходом синхронного детекто.ра, а его выход - со вторым входомрегистрирующего прибора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Приборы и техника эксперимента,1973 с Р 5 с. 156.2, Авторское свидетельство СССРР 534715, кл, 6 01 В 33/08, 1975