Магнитометр

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ1789957(22) Заявлено 31.10. 78 (21) 2679880/18-21с присоединением заявки Нов(51)М КлЗ С 01 й ЗЗ/ЬВ Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54) МАГНИТОМЕТР 1Изобретение относится к Магйитным измерениям и может быть. использовано для автоматического измерения магнитных полей на основе метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР) .Известен магйитометр, предназначенный для измерения напряженности магнитного поля. Магнитометр выполнен на базе измерителя магнитного поля Е 11-2. Система автоматической подстройки частоты содержит две цепи связи - электронную ( на основе изменения емкости варикапа) и электро- механическую (на основе переменно.го конденсатора, механически связанного с реверсивным двигателем). Автоматический поиск сигнала ЯМР осуществляется путем разбаланса синхронного детектора 11 .Недостатками известного магнитометра является наличие электромеханической системы и погрешности в определении величины магнитного поля.Наиболее близким по технической сущности является магнитометр, содер жащий автодин Паунда-Найта-уоткинса, работающий при низком уровне НЧ-сигнала, соединенный с усилителем низкой частоты ЯМР-спектрометра, синхронный фазочувствительный детектор(СД), вырабатывающий сигнал ошибкии блок автоматического слежения ипоиска сигнала ЯМР. Низкочастотныйсигнал, детектированный синхронным 5 детектором управляет напряжениемна варикапе, составляющим с катушкойиндуктивности образца резонансныйконтур системы, используется дляпривязки частоты автодина к центру О резонансной линии, т.е. для слежения за изменяющимся магнитным полем 2).Недостатком известного магнитометра является невысокая чувстви тельность при наличии шума.Цель изобретения - повьхаениечувствительности магнитометра.Поставленная цель достигаетсятем, что в известный магнитометр, 2 О содержащий датчик ЯМР, соединенныйс варикапом и автодином, а черездетектор и усилитель - с первымвходом синхронного детектора, модулятор, соединенный с катушкой мо дуляции и вторым входом синхронногодетектора, выход, которого подключенко входу интегратора с.ключами "хра-.нения" и "разряд", при этом входключа "разряд" подключен к одному О выходу компаратора,:а выход интегра789957 гдеУстройство снабжено источником .постоянного напряжения 21, подключенному к выходу интегратора 11 и варикапу 2Детектор 5, усилитель 6, синхронный детектор 7, блок определения абсолютных величин 10, Формирователь 15, триггер 16, ключ "хранения" 13, интегратор 11 образуют цепь захвата резонансной линии ЯМР.Детектор 5, усилитель 6, синхронный детектор 7, интегратор 11 представляют линию слежения ЯМР.Устройство работает следующим образом. Датчик ЯМР 1 - катушка с размещенным внутри резонирующим веществом помещается в измеряемое магнитное поле. Ядерный магнитный резонанс наступает в момент выполнения условия. а - частота резонанса;гидромагнитное отношение,постоянная для данного вещества;Н - напряженность измеряемогомагнитного поля.Эпюры на элементах устройства представлены на Фиг.2.На Фиг. 2 а показано напряжение на выходе синхронного детектора 7 производная сигнала поглощения, на Фиг, 2 б - напряжение на выходе схемы определения абсолютных величин 10,1где О - напряжение срабатывания Формирователя 15, на Фиг. 2 в - напряжение на входе "5" - уст. "0" триггера 16, на Фиг. 2 г - напряжение на входе ключа 13В момент резонанса в колебательном контуре происходит поглощение генерируемой автодином 4 высокочастотной энергии, Перпендикулярно датчику 1 расположены катушки модуляции В, на которые с модулятора 9 подается синусоидальное напряжение низкой частоты НЧ), Это же напряжение в качестве опорного поступает на один иэ входов синхронного детектора 7. При этом ток в катушке модуляции 8 устанавливают таким, чтобы создаваемое им изменение магнитного поля вблизи датчика 1 было меньше ширины резонансной линии.При сканировании поля вблизи резонанса, управляющий сигнал ЯМР, меняющийся с частотой модуляции, детектируется детектором 5, усиливается усилителем низкой частоты 6 и поступает на один из входов синхронного детектора 7, где преобразуется в кривую производной сигнала поглощения. Полярность выходного сигнала синхронного детектора определяется Фазой входного сигнала. Выходное напряжение синхронного детектора 7 через интегратор 11 управляет напряжением на варикапе 2.Интегратор 11, компаратор 19 и ключ "разряд" 12 образуют генератор пилообразного напряжения. Выходное линейно нарастающее напряжение интегратора 11;достигая значения Оод управляет компаратором 19, при этом выходной короткий импульс "мах" компаратора приводит к мгновенному разряду ключом 12 емкости 14 и такому изменению состояния двоичного реверсивного счетчика 20, что емкость набора конденсаторов 3, включенныхпараллельно варикапу 2, уменьшается на величину "С". Если не выполняютсярезонансные условия, то цикл поиска повторяется вкруговую, проходя последовательно 15 значений набора емкостей, соответствующее коду 1,2,4 и 8 от большего значения к меньшему. Вечичина емкости "С";определяющая дискретность набора взята меньше разности максимально и минимально возможных значений емкости варикапа 2, чтобы исключить пропуски участков диапазона при переключениях.Таким образом, осуществляется привязка частоты автодина 4 к центру резонансной линии ЯМР, т.е. слежение за изменяющимся магнитньм полем. Кроме того, последовательно с выходным напряжением интегратора 11 включен источник постоянного напряжения 21, благодаря которому минимальное напряжение на варикапе 2 не равно нулю, что позволяет получить максимальную добротность контураВ момент резонанса сигнал поглощения детектируется детектором 5, усиливается усилителем б и поступает на вход синхронного детектора 7, при этом в центре резонанса напряжение на выходе последнего равно кулю, В этот момент времени должно прекратиться нарастание пилообразного напряжения на выходе интегратора 11; что достигается при замыкании ключа 13 "хранения" триггером 1 б. Блок определения абсолютных величин 10 преобразует отклонение напряжения от центра резонанса в однополярный сигнал, достигающий максимума, затем при дальнейшей расстройке обращающийся,в нуль.Формирователь 15 является пороговым устройством, напряжение на его выходе скачком изменяется от нуля до определенного уровня см.фиг.2, поз.впри достижении входным сигналом напряжения срабатывания, остается на постоянном уровне при дальнейшем увеличении напряжения на входе, и снова переходит в нуль, если на входе напряжение оказывается ниже напряжения срабатывания.Таким образом, при переходе к центру резонанса с любой стороны напряжение на выходе формирователя 15 сначала скачком изменится от нуля до "щах", затем переходит снова в нуль, Момент перехода напряжения формирователя 15 в нуль используется для запуска триггера 1 б, срабатывающего по заднему фронту запускающего импульса. Триггер 1 б выходным сигналом эамыкает ключ 13 и нарастание пилообразного напряжения на выходе интегратора прекращается.В дальнейшем это напряжение увеличивается или уменьшается в зависимости отзнака напряжения расстройки относительно центра резонанса с вы если в процессе слежения поле .уйдет вниэ.или вверх настолько, чтоизменение напряжения выхода интегра тора 11 приведет к срабатываниюсоответствующего компаратора 19 "вах"или "ап", выходной импульс которого дает команду реверсивному счетчику 20 увеличить или уменьшить навеличину "С" емкость набора конден-саторов 3 и поступив на вход "Уст,О"триггера 1 б, приведет к размыканиюключа "хранения" 13, то снова начинается рост пилы на выходе интегратора 11, который продолжается до 20 появления на выходе синхронного детектора 7 сигнала, вызванного "поимкой" утерянной линии резонанса, ко"торая теперь находится в следующемверхнем или нижнем по частоте дискретном интервале комбинации набораемкостей 3. выходам компаратора, а выход - к клю"чу "храненияф40 45 50 55 60 хода синхронного детектора 7, соеди.ненного со входом интегратора 11.В.процессе слежения за линиейЯМР, на вход "уст.1" триггера 16поступают запускающие импульсы, ноэто не изменяет его состояния. Элемент 17 задержки, через короткий промежуток времени после включения выдает короткий импульс, устанавливающий триггер 16 в нулевое состояние, так как после включения питающего напряжения триггер может находиться в любом состоянии. Формула изобретения Магнитометр, содержащий датчикядерного магнитного резонанса (ЯМР), соединенный с варикапом и автодином, а через детектор и усилитель - с первым входом синхронного детектора, модулятор, соединенный с катушкой модуляции и вторым входом синхронного детектора, выход которого подключен ко входу интегратора с ключами "хранения" и "разрядаф, при этом вход ключа "раэрядаф подключен к одному выходу компаратора, а выход интегратора подключен к варикапу и, через компаратор - к реверсивному счетчику с набором конденсаторов, подключенных к датчику ЯМР, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, в него дополнительно введены триггер, блок определения абсолютных величин и формирователь, причем выход синхронного детектора подключен через последовательно соединенные блок определения абсолютных величин и формирователь к первому входу триггера, второй вход которого подключен к789957 Заказ 903 б/481019 Подписное НИИП Тира Источники информации,принявшие во внимание при экспертизе1.Кураюов. В.П. н др, Следящий магнитометр на базе измерителя магнит:ного поля "ЕП", "ПТЭ", М 4, 1975 г.,с. 234.2;Андерсон и др. Следящий автодин