Способ измерения модуля вектора постоянного магнитного поля и устройство для осуществления этого способа

1 и 907479 Союз СоветскихСоцналистичесинхРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУао делан изевретеккк и втхрытк(71) Заявитель 54) СПОСОБ ДИЕРЕНИЯ МОДУЛЯ ВЕКТОРА ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ И УСТРОЙСТВС ДЛЯ ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯИзобретение относится к магнитнымизмерениям иможет быть использованодля измерения модуля вектора постоянного магнитного поля,Известен способ измерения модулявектора постоянного магнитного поля,основанный на возбуждении системымагнитных диполей импульсом попереч"ного магнитного поля, выделении сигнала поперечной индукции резонанснойчастоты, усилении этого сигнала, формировании на его основе поля обрат"ной связи и регистрации частоты установившихся колебаний, которая связана с модулем вектора измеряемого постоянного магнитного поля линейнойза виси мост ьюПНаиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяустроиство для измерения модуля век бтора постоянного магнитного поля, содержащее парамагнитный сердечник сосвободно прецесирующими в измеряемоммагнитном пол ядерными магнитными моментами, измерительную катушку, надетую на сердечник и ориентированнуюперпендикулярно вектору измеряемогополя, усилитель, вход которого соединен с измерительной катушкой, частотомер и фазовращатель, подключенныек выходу усилителя, катушку обратнойсвязи, надетую на сердечник, ориентированную перпендикулярно измерительной катушке и соединенную с Фазовращателем Г 21,Однако как самому устройству, таки способу измерения, реализованномуданным устройством, свойственна невысокая точность измерения, обусловленная самовозбуждением устройствана частоте, не связанной с измеряемым полем, вследствие проникновенияэнергии поля обратной связи в измерительную цепь мимо сердечника,Цель изобретения - повышение точности измерений.Поставленная цель достигается тем,что соГласно способу измерения моду90 7479 ля вектора постоянного магнитногополя, основанному на возбуждении системы магнитных диполей путем выделения сигнала поперечной индукции резонансной частоты, усилении этогосигнала, формировании на его основеполя обратной связи и регистрациичастоты установившихся колебаний,усиленный сигнал удваивают по частоте, а поле обратной связи удвоеннойчастоты налагают на систему магнитных диполей в продольном направлении.Устройство для осуществления способа, содержащее парамагнитный сердечник со свободно прецессирующимив измеряемом магнитном поле ядернымимагнитными моментами, надетую на сердечник измерительную катушку, оськоторой перпендикулярна вектору измеряемого поля, усилитель, входомсоединенный с измерительной катушкой,а выходом с частотомером, фазовращатель, выходом подключенный к надетойна сердечник катушке обратной связи,ось которой перпендикулярна оси измерительной катушки, снабжено удвоителем частоты и фильтром верхних частот, соединенными последовательно ивключенными между выходом усилителяи входом фазовращателя, причем оськатушки обратной связи параллельнавектору магнитного поля,На чертеже представлена функциональная схема устройства.Способ измерения модуля векторапостоянного магнитного поля реализуется в устройствах, использующих вкачестве сердечника макроскопическиймагнитный диполь, или систему микро.40скопических магнитных диполей, например парамагнитное вещество сосвободно прецессирующими в измеряемом магнитном поле электронами, ядрами и атомами.Устройство содержит парамагнитныйсердечник 1, измерительную катушку 2,усилитель 3, удвоитель 4 частоты,фильтр 5 верхних частот, фазовраща"тель 6, катушку 7 обратной связи ичастотомер 8, при этом измерительная эвкатушка 2 надета на сердечник 1 иориентирована перпендикулярно векто"ру измеряемого постоянного поля 3совпадающему с осью 2, вход усилите ля 3 соединен с клеммами измеритель- зэной катушки 2, а выход - с удвоителем 4 частоты и частотомером 8, вы"ход удвоителя 4 частоты последователь" 1 но соединен с фильтром 5 верхних час тот, фазовращателем 6 и катушкой 7 обратной связи, катушка 7, надетая на сердечник 1, ориентирована перпендикулярно катушке 2 и направлению вектора измеряемого постоянного магнитного поля Го.Устройство работает следующим образом,В составе шумового тока катушки 7 обратной связи всегда присутствуетсоставляющая, частота которой равначастоте свободной прецесии ядерныхмагнитных моментов м в измеряемомполе. Эта составляющая тока, а следовательно и поля, синфазирует ядерные магнитные моменты, возбуждая визмерительной катушке 2 ЭДС частоты Ы Сигнал частоты шо усиливается усилителем 3, удваивается по частоте удвоителем 4 частоты и затем,пройдя фильтр 5 верхних частот и фазовращатель б, поступает в виде переменного тока частоты 2 ыо определенной фазы в катушку 7 обратной связи. В результате введения обратнойсвязи (создания поля 1 ) компенсируются потери в сердечнйке, и всистеме в целом возникают нарастающие колебания частоты шо и 2 ц/ОБлагодаря нелинейности усилителя 3эти колебания устанавливаются и частота ц регистрируется частотомером,Данное устройство обеспечивает высокую точность измерения модуля вектора постоянного магнитного поля.Поскольку частота поля обратной связи, создаваемого катушкой 7, в двараза выше частоты полезного сигнала,воспринимаемого измерительной катушкой 2, то прямое (т,е, не через парамагнитный сердечник) проникновение энергии поля обратной связи в катушку 2 не может привести к самовозбуждению всей системы как это имеет мес" то в известном устройстве. Если в коль" цо обратной связи включен сердечникс характерной для каждого веществачастотой свободной прецессии ядерныхмагнитных моментов но, зависящей отзначения 131.измеряемого постоянного магнитного поля, происходит самовозбуждение устройствв, обеспечивая непрерывность и высокую точностьизмерения значений 1 йр 1,По сравнению с приборами М,ПМ и другими, основанными на использовании свободной прецессии ядерФормула изобретения Составитель И.КлыкТехредЛ.Пекарь ректорВ.Бутяг едактор Р,Цицика 54ВНИИПИ Государспо делам из113035, Москва,П Тираж 719венного комиобретений иИ 35 Раушс о ка тета СССРткрытий ая наб,г Ужгород, ул, Проектая 5 9074мое устройство обеспечивает в 3-5 развысшую точность измерений. 1. Способ измерения модуля вектора постоянного магнитного поля, основанный на возбуждении системы магнитных диполей путем выделения сиг- щ нала поперечной индукции резонансной частоты, усилении этого сигнала, формировании на его основе поля обратной связи и регистрации частоты установившихся колебаний, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, усиленный сигнал удваивают по частоте, а поле обратной связи удвоенной частоты налагают на систему магнитных диполей в продольном направлении.2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее парамагнитный сердечник со свободно прецессирующими в измеряемом магнитном поле ядерными магнитными моментами, на 79 6детую на сердечник измерительную катушку, ось которой перпендикулярна вектору измеряемого поля, усилитель, входом соединенный с измерительнойкатушкой, а выходом - с частотомером, фазоврацатель, выходом подключенный к надетой на сердечник, катушке обратной связи, ось которой перпендикулярна оси измерительной катушки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено удвоителем частоты и фильтром верхних частот, соединенными последовательно и включенными между выходом усилителя и входом фазовращателя, причем ось катушки обрат. ной связи параллельна вектору магнитного поляИсточники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Померанцев Н.И., Рыжиков Г.В., Строцкий Г,В. физические основы квантовой магнитометрии. И., фНаука", 1972, с. 202-222.2. ЬсЬпо 1 гог сп.Лесйцгев оп ТЬеогу апд Оез 1 пд оГ ап А 1 йегпай 1 пц Сгад, Ргойоп СупсЬгосоп - Оепеча. 1953