Устройство управления магнитнымполем спектрометра электронногопарамагнитного резонанса

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 830213(22)Заявлено 18.07.79 (21) 2797156/18-25с присоединением заявки Ле(51)М. Кд. С 01 М 24/10 Государстеенаык комитет до делам изобретений и открытий(53) УДК 538, .11.3(088,8) Дата опубликования описания 18. 05, 8 1,И. Александров Лин й, В гго фасного Зн.а ет Йм, В И;,.Лен ктелниина Белорусский ордена Трудов государственный универси 71) Заявите(541 УСТОРЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ МАГНИТНЫМ ПОЛК СПЕКТРОМЕТРА ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГ НИТНОГО РЕЗОНАНСА Изобретение относится к технике электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и может быть использовано в приборостроительной промышленности при изготовлении малогабаритных спектрометров ЭПР,Известно устройство управления магнитным полем спектрометра ЭПР содержащее электромагнит, последова- тельно с которым включено опорное со противление, выход которого соединенс первым входом усилителя ошибки,второй вход которого соединен с выходом регулируемого истонника опорного напряжения и генератором развертки, выход усилителя ошибки соединенс источником питания электромагнита.В данном устройстве стабилизациямагнитного поля осуществляется по току электромагнита, величина которого контролируется по опорному сопротивлению и сравнивается с опорнымнапряжением. Возникающий сигнал ошибки за счет большой величины петлевого усиления используется для коррекции тока электромагнита, Устройство позволяет обеспечить высокую линейность зависимости между задаваемым опорным напряжением и значением магнитного поля в зазоре электромагнита 1 .Однако такое устройство обладаетнизкой долговременной стабильностью (10 за 1 ч), определяемой стабиль- Оностью опорного сспротивления. Относительная стабильность магнитного поля уменьшается с уменьшением тока (магнитного поля).Известно устройство стабилизации 15.магнитного поля, в котором с целью повышения стабильности тока и Стабильности магнитного поля, последовательно с основным электромагнитом включен вспомогательный электромагнит, в зазоре которого помещен датчик ЯМР, соединенный со схемой управления. Данное устройство позволяет обеспечить долговременную стаЭто устройство позволяет осу 50ществлять стабилизацию магнитного поля в широком диапазоне, однако, из-за нелинейности датчика Холла и ограниченного динамического диа.пазона по входу усилителя ошибки невозможно обеспечить высокое соответствие между опорным напряжением и величиной магнитного поля в зазоре основного электромагнита. Кроме 3бильность магнитного поля (10 за 1 ч) в заданной точке 21.Однако данное устройство не позволяет обеспечивать развертку маг" нитного поля в широком диапазоне, а также для стабилизации тока в широких пределах требуется набор сменных датчиков ЯМР. Поэтому используется устройство стабилизации на основе датчика Холла.Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является устройсгво управления магнитным полем спектрометра ЭПР, содержащее генератор развертки, источник регулируемого опорного напряжения основной электромагнит, вспомогательный электромагнит с обмоткой, в зазоре которого помещен датчик Холла, соединенный с первым входом усилителя ошибки, выход которого соединен со входом источника.питания. В этом устройстве второй вход усилителя ошибки соединен с выходом регулируемого источника опорного напряжения и генератора развертки, выход усилителя ошибки подключен ко входу источника питания электромагнита, выход которого соединен с последовательно соединенными вспомогательным и основным электромагнитами. В этом устройстве стабилизация магнитного поля основного электромагнита осуществляется с помошью стабилизации магнитного поля вспомогательного электромагнита с помощью датчика ХоллаСигнал с выхода датчика Холла сравнивается на усилителе ошибки с суммой опорных сигналов с выходов регулируемого источника опорного напряжения и генератора развертки. Усиленный сигнал ошибки, благодаря большому петлевому усилению, используется для коррекции величины тока вспомогательного электромагнита, и следовательно, тока последовательно включенного с ним основного электромагнита 13. 83021015202530354045 13 4того, относительная стабильность магнитного поля понижается с уменьшением магнитного поля.Цель изобретения - повышение линейности и стабильности магнитногополя.Указанная цель достигается тем, что в устройстве управления магнитным полем спектрометра ЭПР, содержащем генератор развертки, источник регулируемого опорного напряжения, основной электромагнит, вспомогательный электромагнит с обмоткой в зазоре которого помещен датчик . Холла, соединенный с первым входом усилителя ошибки, выход которого соединен со входом источника питания; дополнительно введен переключатель, источник опорного напряжения сделан нерегулируемым, а вспомогательный электромагнит выполнен с двумя обмотками, причем первая обмотка соединена с генератором развертки, а вторая выполнена сотводами, которые через переключатель соединяются после цовательно с источником питания и основным электромагнитом.На чертеже представлена блок-схема устройства.Устройство содержит основной элек тромагнит 1, вспомогательный электромагнит 2 .со второй обмоткой 3 и первой обмоткой 4, в зазоре которого помещен датчик Холла 5, соединенный с первым входом усилителя 6 ошибки, выход которого соединен со входом источника 7 питания. Вторая обмотка 3 вспомо ательного электромагнита 2 с помощью переключателя 8 подключается между выходом источника 7 питания и основным электромагнитом 1, На второй вход усилителя 6 ошибки подключен нерегулируемый источник опорного 9 напряжения, а генератор 10 развертки соединен с первой обмоткой 4 вспомогательного электромагнита 2.В предлагаемом устройстве управления магнитного поля спектрометра ЭПР стабилизации магнитного поля в зазоре основного электромагнитаосуществляется путем стабилизации тока 1, протекающего через основной электромагнит 1 и вспомогательный электромагнит 2. В зазоре вспомогательного электромагнита 2 создает/ся магнитное поле В , пропорциональное току 1, протекающему через М8302 ки 3опВО. 1към (1)Величина магнитного поля В в зазоре вспомогательного электромагнита З 5 2 ввиду очень малой величины разности О -О , определяется выражениемВ = -щ- = сопз , (2)3Относительная стабильность магнит. ного поля, обратно пропорциональная 40 величине петлевого усиления, для такого устройства описывается выра- жением ЮВ(ВККК,й р) 45 Как видно из выражений (1) - (3) изменяя с помощью переключателя 8 число витков й второй обмотки 3, можно изменять величину токаосновного электромагнита 1 и, следовательно, величину магнитного поля В При этом при переходе к меньшим величинам магнитных полей возрастает величина петлевого усиления системы и, следовательно, улучшается относительная стабильность магнитного поля. Величина магнитного поля витков второй обмотки 3, величина которого измеряется с помощью датчика Холла 5. Напряжение О на выходе,)хдатчика Холла 5, пропорцйональное величине В стабилизируемого поля5 вспомогательного электромагнита 2, сравнивается на усилителе 6 ошибки с фиксированным опорным напряжением Онерегулируемого источника 9 опорного напряжения. Сигнал ошибки, рав- О ный разности этих сигналов О-Од усиливается усилителем 6 ошибки с большим коэффициентом усиления и подается на источник питания, замыкая тем самым цепь отрицательной обрат ной связи, Петлевое усиление такой системы пропорционально произведению коэффициента.К 4 передачи усилителя 6 онибки, коэффициента Кпередачи источника 7 питания, числа витков Й 20 второй обмотки 3 и коэффициента К передачи датчика Холла 5. Вследствие большой величины петлевого усиления величина магнитного поля Вв зазоре основного электромагнита 25 1 прямо пропорциональна токуи величине опорного напряжения Ооп нерегулируемого источника 9 опорного напряжения и обратно пропорциональна коэффициенту К передачи датчика 30 Холла и числу витков й второй обмот 13 6Б в зазоре вспомогательного электромагнита 2 при этом остается постоянной.Развертку магнитного поля осуществляют, создавая с помощью генератора 10 развертки в первой обмотке 4 из п витков вспомогательного электромагнита 2 изменяющийся по определенному закону во времени ток (1).Так как величина (С)+п=В(с точностью до коэффициента пропорциональности) поддерживается постоянной за счет отрицательной обратной связи, как следует из (2), то амплитуда развертки магнитного поля Л В задается изменением тока генератора 9 развертки (1) и определяется из выраженияВ(С)=В -ьВ-(С)= - " -(Е). (1)Таким образом, предлагаемое устройство позволяет устранить нелинейность магнитного поля, связанную с нелинейностью датчика Холла, так как датчик Холла работает в определенной фиксированной точке, которая может быть выбрана оптимальной с точки зрения температурной стабильности, чувствительности и других параметров. Кроме того, устраняется нелинейность магнитного поля, связанная с ограниченным входным динамическим диапазоном применяемого усилителя ошибки, так как на входы усилителя ошибки поступают равные и постоянные уровни сигналов, которые могут быть выбраны оптимальными по величине с точки зрения максимального отношения сигнал/шум, уменьшение магнитного поля приводит к увеличению коэффициента преобразования тока в магнитное поле во вспомогательном электромагните, что ведет к увеличению петлевого усиления и,следовательно, к повышению относительной стабильности магнитного поля.Экспериментальные данные показывают, что долговременная стабильность- 6поля за 1 ч 1 О . Диапазон стабилизируемого магнитного поля составляет 10-100000 Гс.Формула изобретенияУстройство управления магнитным полем спектрометра электронного парамагнитного резонанса, содержащее генератор развертки, источник опор8302 5 ного напряжения, основной электромагнит, вспомогательный электромагнит, в зазоре которого помещендатчик Холла, соединенный с первымвходом усилителя ошибки, выход которого соединен со входом источникапитания, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения линейности и стабильности магнитногополя, дополнительно введен переключатель, источник опорного напряжения выполнен нерегулируемым, авспомогательный электромагнитвыполнен с двумя обмотками, причемпервая обмотка соединена с генера 3 8тором развертки, а вторая выполнена с отводами, которые через переключатель соединяются последовательно с источником питания и основным электромагнитом. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Техническое решение и инструкция по эксплуатации радиоспектрометра РЭ, Л 1974.2. Авторское свидетельство СССРУ 327461, кл. О 05 Г 1/22, 1968.3. "Вгц 1 ег герог, 1976, Ф 2,р, 13 (прототип).одписное 31 Тираж 907 Государственного. комитет делам изобретений и откр 5, Москва, Ж, Раушская 4/ Филиал ППП Патент , г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Редактор Т,Заказ 2893ВНИИПИпо11303 а СССРтий наб., д