Устройство стабилизации и развертки магнитногополя

Скзз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53)М. Кл. С 01 й 24/02 с присоединением заявки рй -Веудиротиеииый кокитет СССР ив делен изобретений и открытий.3(088.8) Опубликовано 15,05.81 Бюллетень М 18 Дата опубликования описания 17 .05. 81 Д.П. Волнягин, В,З. Драпкин, В.В. Заяц, Ю.А. Макаров и А.С. Сердюк(72) Авторы изобретения Ленинградский ордена Ленина элек ова (Ле 7) Заявитель м, В.И. Ул 54) УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИМАГНИТНОГО П И РАЗВЕРТКИ Йзобретение предназначено для использования в радиоспектрометрах магнитного резонанса, в частности в малогабаритных специализированных спектрометрах электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР) широких пиний.Известно устройство, где развертка спектров магнитного резонанса (МР) осуществляется путем медленного сканирования ноля электромагнита (ЭМ) радиоспектрометра (РС), При этом в каждой точке диапазона сканирования значение величины индукции магнитного поля должно под 15 держиваться с точностью, обеспечивающей требуемые аналитические возможности РС, Для серийных РС часо" вая.стабильность магнитного поля имеет величину, лежащую в диапазоне-Г -65 ф 10 -10, в зависимости от класса РС; Стабилизацию магнитного поля обычно осуществляют, используя принцип отрицательной обратной связи в сочетании с датчиками, чувствительными либо к величине магнитного поля (датчики Холла, датчики ЯМР и др,) либо к току катушек ЭМ. Для малогабаритньпс специализированных РС достаточно иметь стабильность магнитного поля порядка 1 О , что наиболее просто достигается применением системыВ стабилизации тока ЭМ, так как разме" щение датчиков Холла или ЯМР в зазоре ЭМ требует увеличения зазора и, следовательно, увеличения габаритов, массы и потребляемой мощности ЭМ. Система стабилизации магнитного поля кроме требуемой стабильности магнитного поля должна обеспечивать возможность сканирования ЭМ для развертки спектров МР. Устройство работает следующим образом. Ток ЭМ создает на опорном .сопротивлении Воп падение напряжения, которое сравнивается на схеме сравнения (СС) с напряжением источ83020 10 3ника эталонного напряжения (ИЭН)изменением величины которого достигается изменение величины магнитного поля. Разность этих напряжений, называемая сигналом ошибки усилиЭ5 вается усилителем постоянного то- (УПТ) и воздействует на управляющий элемент (УЭ), включенный последовательно с ЭМ по отношению к источнику питания (ИП). УЭ изменяет ток ЭМ таким образом, что сигнал ошибки уменьшается до величины, не превышающей заданной точности поддержания величины магнитного поля. Медленное изменение. величины эталон 15 ного напряжения позволяет осуществлять развертку спектров МР. Это достигается вращением движка потенциометра, которым регулируется величина эталонного напряжения, Время,20 затрачиваемое на проведение измерений спектров МР, в значительной мере зависит от того, обеспечивается ли точная фиксация значения величины индукции магнитного поля, соответствующая середине диапазона, при изменении величины диапазона и сохраняется ли калибровка диапазонов при изменении среднего значения поля 11,Однако в рассматриваемом случае эти условия не выполняются и поэтому при изменении условий регистрации спектров ЭПР (изменение средней величины магнитного поля или величины диапазонов сканирования)необходимо время на проведение коррекции этих. параметров регистрации либо путем применения в системе стабилизации и развертки магнитного поля соответствующих органов регулировки, либо путем проведения калибровки диапазона развертки, осуществляя запись подходящего эталонного образца, обладающего рядом линий сверх тонкой структуры с известными расстояниями между линиями.Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство стабилизации и развертки магнитного поля, содержащее последовательно соединенные ЭМ, УЭ, ИП, ИЭН, УПТ, соединенный с УЭ и СС, два делителя (Д), генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН) и опорное сопротивление (ВОЙ), Два делителя , 55 (Д и Д ) соединены последовательно и подключены ко второму входу СС, первый вход которого соединен с точкой соединения ЭМ и В 00, Де- г 8 4лители своими входами соединены с ИЭН и ГЛИН, соответственно. Сигнал ошибки, представляющий собой разность напряжений, действующих на входе СС, поступает на УПТ, вход которого соединен с выходом СС. К выходу УПТ подключен УЭ, включенный между ИП и ЭМ. Таким образом, УЭ изменяет ток ЭМ так, что сигнал ошибки 6 уменьшается до требуемой величины б, т.е. о: , гдел Ько фК - коэффициент стабилизации системы, Процесс развертки магнитного поля происходит при изменении напряжения ГЛИН. Один из делителей служит для установки величины среднего значения поля, а другой для регулировки величины диапазонов развертки Г 23,Однако в этой схеме имеется взаимное влияние регулировки величины среднего значения магнитного поля и регулировки величины диапазонов из-за конечной величины входного сопротивления СС. Кроме того, отсутствие заземления у схемы формирования эталонного напряжения (ИЭН и Д) или у схемы развертки (ГЛИН и Д) влияет на точность работы системы стабилизации.Цель изобретения - сокращение времени настройки и времени измерения, обработки результатов измерений, спектров магнитного резонанса. Поставленная цель достигается тем, что в устройство стабилизации и развертки магнитного поля, содержащее электромагнит, управляющий элемент и источник питания, соединенные последовательно, усилитель постоянного тока, соединенный с управляющим элементом и схемой сравнения, два делителя, каждый из которых соединен соответственно с источником эталонного напряжения и генератором линейно-изменяющегося напряжения, и опорное сопротивление, соединенное с электромагнитом, дополнительно введены два масштабирующих резистора и операционный усилитель, который включен по схеме суммирующего усилителя, выходы обоих делителей соединены через масштабирующие резисторы с инвертирующим входом операционного усилителя, а неинвертирующий вход которого соединен со схемой сравнения, причем вторые выходы источника эталонного напряжения, двух делителей и генератора линейно5 83изменяющегося напряжения соединеныс землей.На чертеже представлена блоксхема устройства стабилизации и развертки магнитного ноля.Устройство содержит ИП 1, УЭ 2,ЭМ 3,. УПТ 4, ИЭН 5, СС б, Д 7 иДъ 8, ГЛИН 9, суммирующий усйлитель(СУ) 10, состоящий из операционногоусилителя (ОУ) и сопротивления Ри опорное сопротивление.Точка соединения РО 1, и ЭИ подключена к первому входу СС б. Д 7,вход которого пздключен к ИЭЙ 5,служит для регулировки среднего значения магнитного поля Д, 8, входкоторого подключен к ГЛИН 9, которымосуществияется развертка магнитногополя, служит для регулировки диапазонов развертки. Точка соединенияД 1 и Д соединена с общей точкойсхемы, а их выходы через масштабиРующие резисторы Р и Рпоключенык инвертирующему входу ОУ, неинвертирующий вход которого соединен собщей точкой схемы, а выход со вторым входом СС б.Устройство работает следующим образом.После включения устройства токЭМ 3 создает на Р впадение напряжения, пропорциональное величине токаЭМ. Сигнал ошибки, представляющийсобой разность напряжений, снимаеВмых с Роди выхода СУ, усиливаетсяУПТ и воздействует на УЭ так, чтоток ЭМ изменяется таким образом,что сигнал ошибки уменьшается до величины, не превьппающей заданной точности поддержания величины магнитного поля. Включение ОУ по схеме СУ(как показано на чертеже) позволяетсчитать, что напряжение на выходеСУ О определяется следующим выражением:где О ( з.1 Р з)О з - напржение, снимаемое с Д.;Ор - напряжение, снимаемое с Д 1К:-Ж- масштабный коэффициентго длв Оз 1К в . --- масштабный коэффициентОС,я; ядля ОТаким образом, напряжение на выходе СУ равно сумме входных напряжений, умноженных на соответствующиймасштабный коэффициент, а. входныеточкй каждого из источников этихнапряжений не зависят друг от друга.Объясняется это тем, что для совре 0208 6иенных ОУ характерны достаточно большие коэффициенты усиления (от десятков тысяч до нескольких миллионови малые входные токи (от долей микроампер до нескольких наноампер),При таких параметрах ОУ можно считать, что напряжение между инвертирующим и неинвертирующим входами ОУстремится к нулю и, следовмельно,в случае заземления неинвертирующеговхода инвертирующий вход можно рассматривать как точку "кажущейся земли , т.е,При этом оказывается, что.ос К+Р тт,е. ток, попадающии в суммирупщую 2 О точку (" кажущаяся земля") из входных цепей, равен току, протекающемув цепи обратной связи. Тем саьымдостигается суммирование входныхнапряжений на выходе СУ и практически 2 ю исключается взаимное влияние входных воздействий друг на друга и,следовательно, обеспечивается независимость регулировки среднего значения магнитного поля и регулировке ки величины диапазонов развертки,В предлагаемом изобретении обеспечивается независимость регулировки среднего значения магнитного поляи регулировки величины диапазонов развертки спектров МР. В результате этого,достигается сокращение времени нанастройку устройства, на измеренияи обработку результатов измеренийспектров ИР, что очень важно при ис-,пользовании малогабаритных специализированньсс радиоспектрометровкакв научных и полевых лабораториях припроведении серийных измерений с целью повьппения интенсификации научных исследований, так и в промьппленных условиях для контроля и управления технологическими процессами. Формула изобретения Устройство стабилизации и развертки магнитного поля, содержащее последовательно соединенные электромагнит, управляющий элемент и источник питания, усилитель постоянного тока, соединенный с управляющим эле" ментом и схемой сравнения, два делителя, каждый из которых. соеди83020 10 нен соответственно с источником эта" . лонного напряжения и генераторомлинейно-изменяющегося напряжения,и опорное сопротивление, соединенное с электромагнитом, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюсокращения времени настройки и измерения, обработки результатов измерений спектров магнитного резонанса,в него дополнительно введены двамасштабирующих резистора и операционный усилитель, который включенпо схеме суммирующего усилителя,выходы обоих делителей соединенычерез масштабирующие резисторы синвертирующим входом операционногоусилителя, а неинвертирующий вход 8 8его соединен со схемой сравнения,причем вторые выходы источника эталонного напряжения, двух делителейи генератора линейно-изменяющегосянапряжения соединены с землей. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Иарон Р,С. и др. Аппаратурадля исследования электронного парамагнитного резонанса. "Энергия",1969, 1. с, 64-70.2. 51 апдеп Н. 1 М. ОеСегв 1 па 11 опоГ СЬе зр 1 п сопсепйга 1 оп Ьу е 1 есйгоп зр 1 и геэопапзе . 1. о 1 Роуз .Е.Бс 1 епй, Апзйг., 1970 ч. 3,р. 775-778.Филиал ППП Патент , г. Ужгород, ул. Проектная 2791/26 Тираж 9ИИПИ Государственного кпо делам изобретений13035 Москва БРа Подписноеитета СССРоткрытийская наб., д, 4/5