Способ измерения магнитного поля и устройство для его осуществления

Со 1 оэ СоветсьикСоткиапистическикРеспублик Оп ИСАНИЕ 89 о 184ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет Гааударстааиай комнтвт СССР вв делам нзабретеинй н откритнй(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к измеритель,.ной технике, а именно к способам и уст ройствам измерения постоянных магнитных полей методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР),Известен способ измерения постоянных магнитных нолей методом ЯМР, в котором измеряемое магнитное поле в объеме образца модулируют по амплитуде периодически меняющимся магнитнътм полем с глубиной модуляции больше ширины сигнала ЯМР, Измерение поля сводится к измерению частоты колебаний радиочастотного магнитного поля при равенстве нулю сдвига фазы между сигналом ЯМР и модулирукацим напряжением, которое определяется как равенство временных интервалов между импульсами ЯМР 111Недостатком такого способа является наличие модуляции магнитного поля, которое ухудшает точность измерения за счет влияния неоднородности модулируюшего поля на форму сигнала ЯМР. Кроме того, применение данного способа для иэмерения магнитного поля в малых зазорахзатруднено из-зв размеров датчика (зонда) с модулирующей катушкой,Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ измерения магнитногоноля, основанный нв методе ядерного магнитного резонанса с частотной модуляциейчастоты колебаний радиочастотного мат.нитного поля. Согласно такому способуизмеряют частоту совместно с началом10импульса ядерного магнитного резонанса,при этом частоту стабилизируют с момента окончания импульса, а знак коэффициента стабилизации выбирают обратнымзнаку изменения частоты 12,1 .15 Однако точность измерения при такомспособе в конечном итоге сводится к измерению резонансного значения частоты 20( Рр ) в точке экстремального значения сигнала ЯМР и во многом зависит от коэффициента стабилизации час тоты радиочастотного магнитного поля в момент ее измерения. Поэтому измеренная частота3 8001 (Г изб ) будет отличаться от Гд на велич+ 15 д 1,где К - коэффициент стабилизации;р,- крутизна изменения частоты достабилизации;+ д 1- отличие периода измерения засчет изменения коэффициента стабилизации.Требуемая высокая стабильность часто- о ты налагает сложность на осуществление способа.Даже при высокой стабильностИваЩ- чина К является конечной, поэтому я ФО" ИЗм" РеЬ35Целью изобретения является повышение точности измерения и упрощение измерения постоянных магнитных полей методом ЯМР.Укаэанная цель достигается тем, чтосогласно способу измерения магнитногополя, основанному на методе ядерногомагнитного резонанса с частотной модуляцией частоты колебаний радиочастотного магнитного поля, в момент равенства25нулю сдвига Фазы сигнала ЯМР относительно фазы напряжения модуляции, отключают модуляцию частоты на времяизмерения частоты радиочастотного поля.Устройство для реализации способаизмерения магнитного поля содержит последовательно соединенные датчик ЯМР,автодин и индикатор, частотомер, соединенный с резонансным контуром автодина,и модулятор частоты, а также фазовый 35детектор, управляющий клточ, линию эадержки, управляющий триггер и схему И,причем вход фазового детектора соединенс выходом индикатора сигнала ЯМР, авыход его с первым входом схемы И, 40второй вход которой: является запускомустройства, выход схемы И соединен спервым входом управляющего триггера,второй вход которого соединен с выходом"Стоп" частотомера, выход управляющего 4триггера соединен с первым входом управ ляющего ключа, выход которого соединенс автодином, и второй вход - с модулятором частоты, вход линии задержки соединен со вторым входом управляющего триг- огера, а ее выход - с входом "Пуск частото мера.На фиг. 1 представлены графики, поясняющие предлагаемый способ измерениямагнитного поля; на фиг, 2 - устройстводля осуществления способа,Для осуществления способа частотуколебаний радиочастотного магнитного по 84 4ля модулируют по синусоидальному закону с глубиной модуляции больше ширины сигйала ЯМР на величинуь Р . При помодявлении сигнала ЯМР, подстраивая частоту автодина до выполнения условия равенства нулю сдвига фазы сигнала ЯМР относительно фазы модулирующего напряжения, отключают модуляцию на время изм рения частоты радиочастотного поля. Таким образом измеренное значениеизм равно"ием = "а - дма М,и так как в момент измеренияммод(1)= =О, тоэм ОЧастоту радиочастотного магнитного поля измеряют путем счета числа периодов за данный интервал времени, Зтот интервал можно выбрать в паузе между импульсами ЯМР, что позволяет измерять частоту без нарушения работы системы стабилизации и управления магнитным полем по сигналу ЯМР (фиг. 1),Таким образом, в предложенном способе исключается влияние нестабильностичастоты на точность. измерения резонансного значения частоты и отпадает необходимость в стабилизирующем устройстве, а отличительной особенностью данного способа является то, что при частотной модуляции колебаний радиочастотного магнитного поля в момент равенства нулю сдвига фазы сигнала ЯМР и напряжения модуляции отключают .модуляцию частоты на время измерения.1Блок-схема устройства, осуществляющего предлагаемый способ, содержит последовательно соединенные датчик ЯМР, автодин 2, индикатор сигнала ЯМРЗ, фазовый детектор 4, частотомер 5, вход которого соединен с резонансным контуром автодина, модулятор частоты 6, выход которого соединен с автодином, схему И 7, один иэ входов которой соединен с выходом фазового детектора 4, второй вход - с входом "Запуск", управляющий триггер 8, один из установочных входов которого соединен с выходом схемы И 7, второй установочный вход соединен с выходом "Стоп" частотомера 5, линию задержки 9, вход которой соединен с выходом управляющего триггера 8, выход соединен с входом "Пуск" частотомера 5, управляющий ключ 10, вход которого соединен с выходом модулятора частоты 6, выход соединен с автодином 2, а управляющий вход соединен с выходом управляющего триггера 8.(прототип ),5 8901Устройство работает следующим образом.Начальный поиск сигнала ЯМР осуществляется изменением частоты автодина2, После нахождения сигнала ЯМР частотатаавтодина 2 подстраивается плавно до выполнения условия равенства нулю сдвигафазы сигнала ЯМР относительно фазы модулирующего напряжения, при этом насхему И 7 поступает сигнал разрешения 1 Она прохождение команды Запуск, формируемый внешним устройством, Сигнал "Запуск" с выхода схемы И 7 поступает науправляющий триггер 8 и переключает его,Потенциал с прямого выхода управляющего 3триггера 8 поступает на управляющийвход ключа 10, который отключает модуляцию частоты автодина 2, а также налинию задержки 9, после которой сигналпоступает на частотомер 5 и запускает 20его. После окончания измерения частотысигнал "Стопф частотомера 5 возвращаетуправляющий триггер 8 в исходное состояние, При этом включается модулятор частоты 6 и блокируется частотомер 5. Для 25повторного включения схемы необходимо,при наличиии разрешающего сигнала фазового детектора 4, подать сигнал Запуск".Предлагаемый способ и устройство дляего осуществления позволяют повысить Зфточность измерения резонансного значениячастоты за счет исключения влияния нестабильности частоты, а также дают возможность по сравнению с известным способом проще осуществить измерение ве 35личины магнитного поля,Предлагаемый способ и устройстводля его осуществления позволяют производить измерения в малых объемах, чтоочень важно при работе с магнитами с40малыми зазорами,формула из обретения1. Способ измерения магнитного поля,основанный на методе ядерного магнитно 84 Ьго резонанса с частотной модуляцией колебаний радиочастотного магнитного поля, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения измерения, в момент равенства нулю сдвига фазы сигнала ЯМР относитепьно фазы напряжения модуляции, отключают модуляцию частоты на время измерения частоты радиочастотного поля.2, Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее последовательно соединенные датчик ЯМР, автодин и индикатор сигнала ЯМР, частотомер, соединенный с датчиком ЯМР, и модулятор частоты, отличающеесятем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения измерения, в него дополнительно введены фазовый детектор, управляющий ключ, линия задержки, управляющий триггер и схема И, причем вход фазового детектора соединен с выходом индикатора сигнала ЯМР, а выход его с первым входом схемы И, второй вход которой предназначен для подачи сигнала фЗапускф, выход схемы И соединен с первым входом управляющего триггера, второй вход которого соединен с выходом "Стоп" частотомера, выход управляющего триггера соединен с первым входом управляющего ключа, выход которого соединен с автодином, а второй вход - с модулятором частоты, вход линии задержки соединен с выходом управляющего триггера, а ее выход - с входом Пуск частотомера. Источники информации,принятые во внимание при экспертизеПодписноекомитета СССРи открытийаушская наб., д, 4/5 Тираж 910осударственногоделам изобретениМосква, ж-З 5, Р 113 Составитель В. ПокатиловРедактор С. Тимохина Техред Л, Пекарь. Корректор М, ДемчикЗаказ 10957/68ВНИИПИ Г