Магнитометр

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(5 цм. к .з С 01 И 33/08 Государственный комитет СССР ио деаам изобретений и открытий(54) МАГНИТОМЕТР Изобретение относится к магнитнщм измерениям и может быть использовано для измерения магнитных полей на основе метода ядерного магнитного резонанса.Известен магнитометр, выполненный на базе измерителя магнитного поля Е 11 - 2. Система автоматической подстройки частоты содержит. две цепи об ратной связи: электронную (на основе изменения емкости варикапа) и электромеханическую (на основе переменного конденсатора, механически связанного с реверсивным двигателем)Автоматический поиск сигнала ЯМР осуще ствляется путем разбаланса синхронного детектора (1).Недостатками магнитометра является наличие электромеханической системы и значительные погрешности в опреде ленки величины магнитного поля,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения магнитного поля, содержащее автодин, усилитель вы сокойчастоты, амплитудный детектор сигнала поглощения, усилитель низкой частоты, синхронный детектор, вырабатывающий сигнал ошибки, и блок автоматического слежения и поиска сигна ла ЯМР. Захват линии резонанса пронзводится по напряжению второй гармоники частоты модуляции, которое максимально в центре резонансной линии сигнала поглощения, Устройство предполагает наличие катушек модуляции поля в конструкции датчика или магнита, параметры которого измеряются (2).Недостатком устройства является нарушение однородности измеряемого поля в связи с необходимостью его модуляции, а следовательно, недостаточно высокая точность измерений.Цель изобретения " повышение точности измерений путем исключения влияния магнитометра на однородность измеряемого поляЭта цель достигается тем, что в магнитометр, содержащий последовательно соединенные датчик ЯМР, ва" рикап, усилитель низкой частоты, синхронный детектор и интегратор, а также автодин, подключенный к выходу датчика ЯМР, модулятор, первым выходом связанный со вторым входом син;хронного детектора, а вторым выходомс выходом интегратора, и амплитудный детектор, входом подключенный к выходу усилителя низкой частоты, введены последовательно соединенные ге 813343теродин, балансный сместитель, фильтрнижних частот и усилитель постоянного тока, а также последовательносоединенные реле времени и триггер,причем вход гетеродина соединен свыходом модулятора, второй вход балансного сместителя с выходом датчика ЯМР, выход усилителя постоянного тока со входом усилителя низкойчастоты, второй вход интегратора спервым входом триггера, второй входкоторого подключен к выходу амплитудного детектора, а выход - ко входу интегратора,На фиг. 1 изображена структурнаясхема предложенного магнитометра; нафиг. 2 - напряжение на выходе усилителя постоянного тока.Магнитометр содержит датчик ЯМР 1,варикап 2, автодин 3, балансный сместитель 4, фильтр 5 нижнихчастот,усилитель б постоянного тока, усилитель 7 низкой частоты, амплитудныйдетектор 8, синхронный детектор 9,реле времени 10, триггер 11, интегратор 12, модулятор 13 и гетеродин14. Автодин 3 с варикапом 2, последовательно соединенные балансныйсместитель 4, Фильтр 5 нижних частот,усилитель б постоянного тока и гетеродин 14 образуют детектор сигналадисперсии, представляющий собой систему фаэовой автоподстройки частоты.Детектор сигнала дисперсии, усилитель7 низкой частоты, синхронный детектор 9, интегратор 12 образуют цепьслежения за линией ЯМР. Усилитель 7низкой частоты, амплитудный детектор8 и триггер 11 образуют цепь поискаЯМР, Интегратор 12 выполняет Функциюгенератора пилообразного напряжения,управляющего напряжением на входегетеродина 14 в режиме поиска. 40 Устройство работает следующим образом,Датчик ЯМР 1 помещается в измеря"емое магнитное поле. Ядерный магнитный резонанс наступает в момент выполнения условия:ж=уН,где ю - частота резонанса;ГиромагнитнОе Отношениер 50постоянная для данногоравенства;Н - напряженность измеряемогомагнитного поля.В колебательном контуре, образованном датчиком 1 и варикапом 2,возникают собственные колебания, Возникающее в области резонанса изменение магнитной восприимчивости вещества вызывает частотную и ампли"тудную модуляцию генерируемых автодином 3 высокочастотных калебаний, которые детектируются последующими блоками и после чего выделяетсялибо сигнал дисперсии, либо поглощения. 65 В предлагаемом магнитометре используется сигнал дисперсии.Нри сканировании частоты автодина 3 вблизи резонанса напряжениесигнала дисперсии, возникающее навыходе детектора сигнала дисперсии,то есть на выходе усилителя б, имеетвид, изображенный на фиг. 2.Если частоты гетеродина 14 и автодина 3 близки, то наблюдается явление так называемого захвата частотой гетеродина частоты автодина,в результате которого устанавливается определенное фаэовое соотношениеих колебаний (сдвиг фаз на 90), прикотором сигнал разбаланса на выходебалансного смесителя 4, и на выходе усилителя б нулевой,Синусоидальное напряжение низкойчастоты с модулятора 13, воздействуяна гетеродин 14, производит качаниеего частоты около фиксированного значения. Вследствие этого низкочастотное напряжение, появившееся на выходах балансного сместителя 4 ифильтра нижних частот 5, усиленноеусилителем постоянного тока б, воздействует на варикап 2 автодина 3и изменяет частоту последнего позаказу изменения частоты гетеродина14 (около того же фиксированногозначения частоты) .При отклонениях от центра резонанса по обе стороны до половиныширины резонансной кривой сигналадисперсии на выходе детектора сигнала дисперсии появляется возрастающее от нуля до максимума (в точкахМ и М фиг, 2) напряжение удвоеннойчастотй модуляции со сменой Фазы припереходе через центр резонанса (точка Оф). Это напряжение выделяетсяи усиливается избирательным и низко,частотным Н С усилителем 7, настроенным на удвоенную частоту модуляции,поступает на один из входов син"хронного детектора 9, на второй входкоторого подано опорное напряжениес модулятора 13. Выходной сигналдетектора 9 - кривая производнойсигнала дисперсии но 2-й гармоникемодулирующей частоты. Полярностьвыходного сигнала синхронного детектора 9 определяется Фазой входного сигнала. Выходное напряжениесинхронного детектора 9 через интегратор 12 управляет напряжением навходе гетеродина 14. В процессепоиска линии резонанса выходное напряжение интегратора 12, нарастая отзначения П,. до П,о, будучи поданным на гетеродий 14, перестраивает его частоту и частоту автодина 3 в некотором интервале частот,которому (согласно соотношению ч==7 Н) соответствует диапазон измеряемых магнитометром магнитных полей. При подходе к резонансу на выходе усилителя 7 появляется напряженке удвоенной частоты модуляции, достигающее определенного уровняЭто напряжение, выделенное амплитудным детектором 8, воздействует на триггер 11При подходе к центру резонанса указанное напряжение уменьшается и обращается в нуль в центре резонанса. Это уменьшение приведет к срабатыванию триггера 11, который изменяет свое первоначальное состояние фОф в состояние 1 фф, При переходе триггера 11 в состояние ф 1 фф прекращается рост пилообразного напряжения выхода интегратора 12, которое теперь изменяется по закону производной сигнала дисперсии по 2-й гармонике частоты модуляции. Начинается процесс слеже-. ния. Если в процессе слежения за линией резонанса поле достигает определенного значения - виае или ниже пределов измерения, пульс с выхода интегратора 12 переведет триггер 11 в состояние ОНачнется новый цикл поиска резонансной линии. Реле времени 10 через короткий промежуток времени после подключения питания к устройству сбрасывает триггер 11 а Офф, так как после включения этот триггер может находиться в любом состоянииИспользование частотной модуляции автодина вместо модуляции измеряемого поля исключает влияние работы магнитометра на однородность измеряемого поля.Применение предлагаемого магнитометра позволяет в ЭПР спектрометрах наблюдать нарамагнитный резонанс в исследуемых образцах и измерять магнитное поле одновременно, что зачастую является необходимьм условием физического эксперимента, кроме того, исключение модуляционных катушек обеспечивает возможность уменьшения габаритов датчика, что является существенным в спектрометрах, в частности в сверхпроводящих соленоидах, где полезный объем мал и габариты датчика определяются обмотками модуляции.формула изобретенияМагнитометр, содержащий последовательно соединенные датчик ЯМР, ва рикап, усилитель низкой частоты,синхронный детектор и интегратор, атакже автодин, подключенный к выходу датчика ЯМР, модулятор, первьмвыходом связанный со вторым входом 15 синхронного детектора, а вторым выходом - с выходом интегратора, иамплитудный детектор, входом подключенный к выходу усилителя низкойчастоты,о т л и ч а ю щ и й с я тем, 20 что с целью повышения точности изме 1рений путем исключения влияния магии"тометра на однородность измеряемогополя,в него введены последовательносоединенные гетеродин,балансный смеситель, фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока, а также последовательно соединенные реле времени и триггер, причем вход гетеродина сбединен с выходом модулятора,второй вход балансного сместителя ЗО с выходом датчика ЯМР, выход усилителя постоянного тока со входомусилителя низкой частоты, второйвыход интегратора с первым входомтриггера, второй вход которого под ключен к выходу амплитудного детек.тора, а выход - ко входу интегратораИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. фПриборы и техника експериментафф, 1975 9 4, с, 234.2, Ж, ПНИ 1972, 98, с. 61.813343 Фиг.7 Составитель И, Клыков Техред Н.Граб Корректор Г. Рещетник Редактор Л.Повхан. Эакаэ 768/58 Тираж 732 .ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4