Источник поляризующего магнитного поля для спектрометрической аппаратуры

(56)длямаги Аппа ного Э атура параергия 968 тво ССС по з Уро тип). ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 3475580/18-2523,07,8215.11.83. Бюл. 9 42В,Н.Линев, В;В.ЛисовМуравский и.Е.Я.фурсаБелорусский ордена Тного Энамени государсрситет им. В.И,Ленин538.69.083(088.8)1. Марон Р.С. и др.исследования электронитного резонанса. Лс. 30Авторское свидетельаявке 9 3243161/18-256 01 Б 24/10, 1981 (п(54)(57) ИСТОЧНИК ПОЛЯРИЗУОЦЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ДЛЯ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОЙАППАРАТУРЫ, содержащий постоянныймагнит с механизмом перестройки магнитного поля, блок управления магнитным полем и датчик магнитного поля, расположенный в рабочем зазоре магнита, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стабиль ности магнитного поля и линейности его развертки, в него дополнительно введены програьвеируеьый генератор импульсов, катушки импульсной модуляции, схема выборки-хранения, усилитель ошибки и блок коммутации, при" чем программируемый генератор импульсов соединен первым выходом с катушками импульсной модуляции, вторым выходом - со стробируемым входом схемы выборки-хранения и третьим выходом - с коммутирующим входом блока коммутации, схема выборки-хранения, усилитель ошибки и блок коммутации соединены последовательно и подключв- ны между датчиком магнитного поля, размещенным между катушками импульсной модуляции и блоком управлениямагнитным полем, а второй вход усилителя ошибки соединен с выходом дат. чика магнитного поля непосредствен- ЯИзобретение относится к технической физике и может быть использовано при изготовлении портативных рачдиоспектрометров электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и,ядерного магнитного резонанса (ЯИР), предназначенных для решения задач методом магнитно-резонансной спектроскопии в геологии, химии, металлургии,медицине и других отраслях науки итехники. 10Известен источник поляризующегомагнитного поля, выполненный на основе электромагнита и включающийблок управления магнитйым полем, источник питания и датчик Холла, расположенный в рабочем зазоре электромагнита 1.В известном устройстве созданиемагнитного поля и его раэнертка осуществляется с помощью обмоток, расположенных на полюсных наконечникахэлектромагнита, Магнитное поле в рабочем зазоре стабилизируется по датчику Холла, Стабильность магнитногополя и линейность развертки определяются, главным образом, параметрамидатчика Холла, н частности температурной стабильностью ЭДС Холла и коэффициентом нелинейности его характеристики. Для лучших известных типовдатчиков Холла эти параметры не превышают соответственно 510 и3 10 град.Таким образом, недостатком известного устройства является невысокаястабильность магнитного поля и нелинейность его развертки.Наиболее близким к изобретениюявляется источник поляризующего магнитного поля для спектрометрическойаппаратуры, содержащий постоянный 40магнит с механизмом перестройки магнитного поля, блок управления магнитным полем и датчиком магнитного поля,расположенный в рабочем зазоре магнита 2. .45В данном устройстве значение магнитного поля в рабочем зазоре непрерывно контролируется датчиком магнитного поля, а его изменение осуществляется механизмом перестройки, снабженным электроприводом. При этом дискретность и нелинейность перестройкикомпенсируется с помощью катушек коррекции,Для известного источника магнитного поля характерны те же недостатки, что и для электромагнита, а именно: зависимость параметров магнитного поля (стабильности и линейности развертки) от параметров датчика бО магнитного поля.Непрерывная стабилизация магнитного поля по датчику магнитного поля н известном устройстве фактически снижает потенциально высокую стабильность магнитного поля, которую можетобеспечить постоянный магнит. Так,например, стабильность постоянногомагнита ЮНДК 38 Т 8 достигает10 град чеАктивное термостатирование датчика магнитного пол приблизительнона порядок (до 10 ) повышает стабильность магнитного поля, но приводитк существенному увеличению габаритов,веса и энергопотребления магнитнойсистемы. Это противоречит функциональному значению данного класса источников магнитного поля на основепостоянных магнитов, предназначенныхдля использования в малогабаритнойпереносной спектрометрической аппаратуре, эксплуатация которой, как правило, должна осуществляться но внелабораторных условиях при ноздействии различных дестабилизирующих факторов (температуры, влажности, вибраций и т.п,).Цель изобретения - повышение стабильности магнитного поля и линейности его развертки,Указанная цель достигается тем,что в источник поляриэующего магнитного поля для спектрометрическойаппаратуры, содержащем постоянныймагнит с механизмом перестройки магнитного поля, блок управления магнитным полем и датчик магнитного поля,расположенный н рабочем зазоре магнита, дополнительно введены программируемый генератор импульсон, катушки импульсной модуляции, схема выборки-.хранения, усилитель ошибки иблок коммутации, причем программируемый генератор импульсов соединенпервым выходом с катушками импульсной модуляции, вторым выходом - сстробируемым входом схемы выборкихранения и третьим выходом - с коммутирующим входом блока коммутации,схема выборки-хранения, усилительошибки и блок коммутации соединеныпоследовательно и подключены междудатчиком магнитного доля, размещен- .ным между катушками импульсной модуляции и блоком управления магнитнымполем, а второй вход усилителя ошибки соединен с выходом датчика магнитного поля непосредственно.На чертеже представлена блок-схема источника поляриэующего магнитного поля для спектрометрической аппаратуры,Источник поляризующего магнитного поля для спектрометрической аппаратуры содержит постоянный магнит 1, включенный в магнитопронод 2 с рабочим зазором 3 и механизмом 4 перестройки магнитного поля, блок 5 управления магнитным полем, датчик б магнитного поля, программируемый генератор импульсов 7, катушки 8 импульсной модуляции, между которыми размещен датчик б магнитного поля, схема 9 выборки-хранения, усилитель 10 ошибки, блок 11 коммутации. Первый выход программируемого генератора импульсов 7 соединен с катушками 5 8 импульсной модуляции, второй выход с стробируемым входом схемы 9 выборки-хранения, а третий выход - с коммутирукщим входом блока 11 коммутации, схема 9 выборки-хранения, уси литель 10 ошибки и блок 11 коммутации соединены последовательно и включены между, выходом датчика б магнитного поля ивходом блока 5 управления магнитным полем, при этом второй 15 вход усилителя 1 0 ошибки подключен к выходу датчика магнитного поля непосредственно.Источник поляризующего магнитного поля для спектрометрической аппаратуры работает следующим образом.Магнитное поле в цепи магнитопровода 2 создается постоянным магнитом 1. Изменение величины магнитного поля в рабочем зазоре 3 осуществляется механизмом 4 перестройки магнитного поля любым известным способом, например эа счет изменения магнитного сопротивления в цепи магнитопровода 2. Механизм 4 перестройки магнитного поля управляется блоком 5 управ- З 0 ления магнитным полем.Развертка магнитного поля осуществляется дискретно, по программе, следующим образом, Программируемый генератор импульсов 7 вырабатывает серию 35 калиброванных по амплитуде импульсов, которые одновременно поступают на катушки 8 импульсной модуляции, на стробируемый вход схемы 9 выборки-хра. нения и коммутирующий вход блока 11 40 коммутации. Катушки 8 импульсной модуляции создают локальное возмущающее импуЛьсное магнитное поле, нап-.равление которого совпадает с направ. лением основного магнитного поля в 45 рабочем зазоре и, следовательно, оп-. ределяется полярностью поступающих импульсов. Сигнал от датчика 6магнитного поля (например, датчика Холла), расположенного в поле катушек 50 8 импульсной модуляции, изменяется после каждого импульса на величину импульсного возмущения и подается на усилитель 10 ошибки, где этот сигнал сравнивается с сигналом, поступающим со схемы 9 выборки-хранения и соответствующим значению магнитного поля на датчике б до момента поступления импульса. Схема 9 выборки- хранения, управляемая программируемым генератором импульсов 7, обеспе чивает запоминание амплитуды сигнала с выхода датчика б магнитного поля до момента начала импульса. В результате, во время действия импульса на выходе усилителя 10 ошибки формиру ется сигнал ошибки, пропорциональный величине изменения магнитного поля, который через открытый тем жеимпульсом блок 11 коммутации и блок5 управления магнитным полем подается на механизм 4 перестройки, В результате действия управляющего сиг"нала величина поляризующего магнитного поля в рабочем зазоре 3 изменяется таким образом, чтобы скомпенсировать величину импульсного возмуще"ния магнитного поля на датчике 6 магнитного поля. По окончании импульсамагнитного поля сигнал на выходе датчика б вновь изменяется, но он непроходит,на блок 5 управления магнитным полем, так как блок 11 коммутации в этом случае разрывает цепь управления блоком 5. Припоступлении следукщего импульсацикл работы устройства повторяется. В промежутках времени между импульсами магнитного поля (в этот момент времени датчик 6 магнитного поля отключен от блока 5 управления) в рабочем зазоре 3 поддерживается постоянное магнитное поле, стабильность которого, в отличив от известного устройства, не зависит от параметров датчика 6 магнитного поля, а определяется только стабильностью постоянного магнита 1. Таким образом, изобретение обеспечивает повышение стабильности магнитного поля. Таким образом изобретение обеспечивает повышение стабильности магнитногО поля.При формировании последовательности П импульсов магнитного поля, магнитное поле в рабочем зазоре 3 изменится на величину и Ь Нф, где а Нн амплитуда импульсов магнитного поля. Задавая число импульсов (амплитуда импульсов ЬНО калибрована), можно установить любое требуемое значение магнитного поля, Периодическая развертка магнитного поля, таким образом, осуществляется периодическим повторением последовательности импульсов, причем скорость развертки за" дается частотой следования импульсов, а направление развертки (возрастающая или спадающая) - полярностью им пульсов.Амплитуда развертки магнитного поля регулируется либо изменением числа импульсов (при фиксировании амплитуды импульсов), либо изменением амплитуды импульсов поля (при фиксировании числа импульсов). При этом линейность развертки, в отличие от известного устройства, определяется только относительной стабильностью амплитуды им 1 ульсов маг 8 аНи)цнитного поля Н и не зависит от,ул,Проектная,4 П "Патент", г го или линейности датчика магнитного поля,т.е. 6 анр 8(ан,) ЙанЙ,НР ДНР аНЦ5 где 6 (дН ) - абсолютная нелинейностьразвертки6 Н - амплитуда развертки маг"Рнитного поляп - число импульсов развертки.Действительно, за короткий промежуток времени, в течение которого длится импульс поля (л 10-109 мкс), параметры датчика магнитного поля не 15 могут измениться из-за его тепловой инертности (которую несложно еще повысить, закрепив датчик поля непос. редственно на велюсном наконечнике магнита). Медленные температурные дрейФы параметров датчика магнитного поля, которые в известных устройствах ограничивают стабильность магнитного поля, не,оказывают влияния на стьбильность поля в предлагаемом устройстве, поскольку датчик магнитного поля выполняет Функцию детектора ошибки., В предлагаемом устройстве разверт" ка магнитного поля осуцествляется последовательностью иэ5000 импуль" сов длительностью 10 мкс, частота следования которых регулируется в диапазоне 10-1000 Гц, а амплитуда- в диапазоне 1-1000 мЭ, что обеспечивает развертку магнитного поля в диапазоне 5-5000 Э эа время 5-500 с. Относительная стабильность амплитуды импульсов состовляет 5,10, что поэвьляет получить линейность развертки не,хуже 10(это приблизительно на два порядка лучше, чем в известном устройстве) и свабильностью магнитного поля " не хуже 10 чТаким образом, изобретение позволяет повысить стабильность магнитного поля и приблизительно на два по" рядка улучшить линейность его развертки,ю