Магнитометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 351) С 01 К 33/08 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРР 789957, кл, С 01 К 33/08, 1978(прототип),(54)(57) МАГНИТОМЕТР, содержащий датчик ядерного магнитного резонанса,соединенный с варикапом, автодином ипервым выходом блока переключениядиапазонов, а через детектор и усилитель - с первым входом синхронногодетектора,катушку модуляции и модулятор,соединенный с вторым входомсинхронного детектора, выход которогоподключен к входу интегратора с ключами "Хранение" и "Разряд", а такжечерез последовательно соединенныеблок определения абсолютных величини формирователь - к первому входутриггера, выход которого соединен суправляющим входом ключа "Хранение",при этом управляющий вход ключа "Разряд" подключен к второму выходу блока 801114 8 А переключения диапазонов и второмувходу триггера, а выход интеграторасоединен с варикапом через источникпостоянного смещающего напряжения,выходом ключа "Разряд" и входом блока переключения диапазоной, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения быстродействия и стабильности работы, в него введены управляемый делитель, подключенный междумодулятором и катушкой модуляции,и соединенные последовательно фильтрнижних частот и усилитель постоянноготока, причем вход фильтра нижнихчастот соединен с выходом блока определения абсолютных величин, а выходусилителя постоянного тока - с вторым входом управляемого делителя, исоединенные последовательно резонансный усилитель, блок детектирования иблок совпадения, при этом вход резонансного усилителя подключен к выходудетектора, выход блока детектирования - к управляющему входу усилителяпостоянного тока, второй вход блокасовпадения подключен к выходу блокаопределения абсолютных величйн, авыход блока совпадения соединен свторым входом триггера.1 1114998Изобретение относится к магнита- ч метрии и может быть использовано для б автоматического определения напряжен- и ности магнитных полей на основе ме- т тода ядерного магнитного резонан 5са (ЯМР),Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является магнитометр, который содержит датчик ЯМР,соединенный с варикапом, автодином ипервым выходом блока переключениядиапазонов, а через детектор и усилитель - с первым входом синхронногодетектора, катушку модуляции и модулятор, соединенный с вторым входомсинхронного детектора, выход которогоподключен к входу интегратора с ключами "Хранение" и "Разряд", блок определения абсолютных величин, формирователь, тригГр,причем выход синхронного детектора подключен черезпоследовательно соединенные блок определения абсолютных величин и формирователь к первому входу триггера,выход которого соединен с управляющим входом ключа "Хранение", а управляющий вход ключа "Разряд" соединенс вторым выходом блока переключениядиапазонов и вторым входом триггера,причем выход интегратора соединен сварикапом, выходом ключа "Разряд" ивходом блока переключения диагазонов 1.К недостаткам известного магнитометра относятся низкая стабильность,35малая скорость слежения за изменениями напряженности магнитного поля иотсутствие автоматического переходав режим поиска сигнала ЯМР в случаеего потери.Целью изобретения является повышение быстродействия, стабильностиработы магнитометра в режиме слеженияза изменениями магнитного поля иавтоматизация включения режима поис 45ка ЛМР при его потере. Поставленная цель достигается .тем, что в магнитометр, содержащий датчик ядерного магнитного резонанса, Соединенный с варикапом, автодином и 50 первым выходом блока переключения диапазонов, а через детектор и усилитель - с первым входом синхронного Детектора, катушку модуляции и модуЛятор, соединенный с вторым входом 55 Синхронного детектора, выход которого подключен к входу интегратора с клюЧйии "Хранение" и "Разряд", а также ерез последовательно соединенные лок определения абсолютных величинформирователь - к первому входуриггера, выход которого соединен с управляющим входом ключа "Хранение, при этом управляющий вход ключа "Разряд" подключен к второму выходу блока переключения диапазонов и второму входу триггера, а выход интегратора соединен с варикапом через ис", точник постоянного смещающего напря" жения, выходом ключа "Разряд 1 и вцо" дом блока переключения диапазонов, введены управляемый делитель, подклю ченчый между модулятором и катушкой модуляции, и соединенные последо 1 вательно фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока, причем вход фильтра нижних частот соединен с выходом блока определения абсолютных величин, а выход усилителя постоянного тока - с вторым входом управляемого делителя, и соединенные последовательно резонансный усилитель,блок детектирования и блок совпадения, при этом вход резонансного уси-лителя подключен к выходу детектора,выход блока детектирования - к управляющему входу усилителя постоянноготока, второй вход блока совпаденияподключен к выходу блока определенияабсолютных величин, а выход блокасовпадения соединен с вторым входомтриггера. На чертеже изображена блок-схемамагнитометра.Магнитометр содержит датчик 1 ЯМР, соединенный с варикапом 2, авто- дином 3 и первым выходом блока 4 переключения диапазонов измерения напряженности магнитного поля, а через детектор 5 и усилитель 6 - с первым входом синхронного детектора 7, модулятор 8, соединенный с вторым входом синхронного детектора 7 и посредством управляемого делителя 9 с катушкой 10 модуляции, при этом выход синхронного детектора 7 подключен к входу интегратора 11 с ключами 12 "Хранение" и 1.3 "Разряд", блок 14 определения абсолютных величин, формирователь 15, триггер 16,причем выход синхронного детектора 7 подключен через последовательно соединенные блок 14 определения абсолютных величин и формирователь 15 к первому входу триггера 16, выход которого соединен с управляющим входом ключа3 1114912 "Хранение", а управляющий вход ключа 13 "Разряд" подключен к второмувыходу блока 4 переключения диапазонов и второму входу триггера 16,причем выход интегратора 11 соединенс варикапом 2, выходом ключа 13"Разряд" и входом 4 блока переключения диапазонов, соединенные госледовательно фильтр 17 нижних частот иусилитель 18 постоянного тока, выход 1 Окоторого соединен с вторым входомуправляемого делителя 9, а входфильтра 17 нижних частот подключенк выходу блока 14 определения абсолютных величин, Магнитометр также 15содержит соединенные последовательнорезонансный усилитель 19 и блок 20детектирования, причем вход резонансного усилителя 19 соединен с выходомдетектора 5, а выход блока 20 детектирования - с управляющим входомусилителя 18 постоянного тока, блок21 совпадения, два входа которогоподключены соответственно к выходублока 14 определения абсолютных величин и выходу блока 20 детектирования, а выход соединен с вторым входомтриггера 16. Между выходом интегратора,11 и варикапом 2 включен источник22 постоянного смещающего напряжения,.конденсатор 23, подключенный кварикапу 2 со стороны источника 22постоянного смещающего напряжения,замыкает путь тока высокой частотына "землю", конденсатор 24 являетсяемкостью интегратора 11.Магнитометр работает следующимобразом.Датчик 1 - катушка с размещеннымвнутри резонирующим веществом помещается в измеряемое магнитное поле.ЯМР наступает в момент выполненияусловия(НЧ). Это же напряжение с выхода модулятора 8 в качестве опорного поступает на сдин из входов синхронного детектора 7. При этом в катушке 10 модуляции ток устанавливают таким, чтобы создаваемое им изменение магнитного поля вблизи датчика 1 было меньше ширины резонансной линии. При сканировании магнитного поля вблизиЪ резонанса сигнал ЯМР детектируется детектором 5, усиливается усилителем 6 и поступает на один из входов синхронного детектора 7, где преобразуется в сигнал ошибки определения резонанса, Двухполярный сигнал ошибки определения резонанса преобразуется в блоке 14 определения абсолютных величин в однополярный сигнал, воспроизводится формирователем 15 и устанавливает триггер 16 в состояние, противоположное начальному, при этом ключ 12 "Хранение" замыкается. Полярность выходного сигнала синхронного детектора 7 определяется фазой входного сигнала. Выходное напряжение синхронного детектора 7 через интегратор 11 управляет напряжением на варикапе 2, емкость которого определяет частоту генерации автодина 3.Разомкнутый ключ 12 "Хранение", интегратор 11, блок 4 переключения диапазонов и ключ 13 "Разряд" в начальный момент после включения устройства образуют генератор пилообразного напряжения. Выходное линейно нарастающее напряжение интегратора 11, достигая значения О, , управляет блоком 4 переключения диапазонов, который, варьируя количество реактивных элементов, подключенных параллельно варикапу 2 и датчику 1скачкообразно изменяет частоту авто- дина 3 и выходным коротким импульсом "шах" приводит к мгновенному разряду ключом 13 "Разряд" конденсатора 24. Если не выполняются резонансные условия, то цикл поиска повторяется вкруговую, проходя последовательно все диапазоны. Скачкообразное изменение частоты автодина 3 при переходе от одного диапазона к следующему установлено меньше диапазона перекрытия по частоте варикапом 2, чтобы исключить пропускание участков диапазона при переключениях. Я Н,45 50 где Од - частота резонанса;- гиромагнитное отношение,постоянное для данного вещества;Н - напряженность измеряемогомагнитного поля. В момент резонанса в колебательном контуре происходит поглощение генерируемой автодином 3 высокочастотной энергии. Перпендикулярно датчику 1 55 расположена катушка 10 модуляции, на которую с модулятора 8 через управляемый делитель 9 подается синусои 98 4дальное напряжение низкой частоты При выполнении резонансных условий,на выходе детектора 5 присутствуетсигнал удвоенной частоты модуляции, который усиливается резонансным усилителем 19, настроенным на удвоенную частоту модуляции и после выпрямпения блоком 20 детектирования управляет коэффициентом усиления усилителя 18 постоянного тока. При этом коэффициент усиления усилителя 18 постоянного тока становится равным нулю, напряжение на его выходе от О сутствует, коэффициент деления управляемого делителя 9 максимален и ток в катушке 10 модуляции устанавливается минимальным, чтобы создаваемое им переменное магнитное поле вблизи 15 датчика 1 ЯИР было меньше ширины резонансной линии.При быстром изменении магнитного поля условия резонанса нарушаются и ,сигнал на выходе детектора 5 имеет 20 частоту, равную частоте модуляции, а сигнал с удвоенной частотой модуляции исчезает, при этом сигнал на выходе блока 20 детектирования плавно уменьшается до нуля, что вызывает 25 увеличение коэффициента усиления усилителя 18 постоянного тока до максимальной величины. Наличие на входе синхронного детектора 7 сигнала с частотой модуляции вызывает появлениеЗ 0 на его выходе сигнала ошибки и, следовательно, появление сигнала на выходе блока 14 определения абсолютных величин. Низкочастотная составляющая этого сигнала, выделенная Фильтром 17 низких частот, усиливается усили- телем 18 постоянного тока, имеющего в этом случае максимальный коэффициент усиления, и устанавливает минимальный коэффициент деления управляемого делителя 9, при этом ток в катушке 10 модуляции становится большим, что приводит к увеличению сигнала на выходе детектора 5 и соответственно напряжений на выходе синхронного де тектора 7 и на входе интегратора 11.Увеличение тока в катушке 10 модуляции в этом случае в отличие от известного магнитометра происходит плавно, что значительно уменьшает вероятность срыва условий ЯМР. Увели" чение напряжения на входе интегратора 11 увеличивает скорость нарастания выходного напряжения интегратора., а это приводит к увеличению скорости слежения магнитометра за изменяющимися условиями резонанса; Чрезмерное увеличение тока модуляции вызывает появление на выходе детектора 5 сигнала с удвоенной частотой модуляции, что приводит к появлению сигнала на выходе блока 20 детектирования, уменьшению коэффициента усиления усилителя 18 постоянного тока, увеличению коэффициента деления управляемого делителя 9 и уменьшению тока модуляции, Наличие такой системы автоматического регулирования величины тока модуляции позволяет поддерживать величину тока в оптимальных пределах и дает возможность плавно достичь условий резонанса при прекращении изменения величины магнитного поля, несмотря на ступенчатую выходную характеристику блока 14 определения абсолютных величин.При потере условий резонанса наличие напряжений, равных нулю, на выходах блока 14 определения абсолютных величин и блока 20 детектирования вызывает срабатывание блока 21 совпадения, что устанавливает по сопротивлению входа триггер 1 б в начальное состояние, при этом ключ 12 "ХранеВ 1ние размыкается и на выходе интегратора 11 вырабатывается линейно нарастающее напряжение, соответствующее режиму поиска сигнала ЯИР. Источник 22 постоянного смещающего напряжения, конденсаторы 23 и 24 служат для тех же целей, что и в известном магнитометре.Таким образом, осуществляется повышение быстродействия и стабильности работы магнитометра в режиме слежения за изменениями магнитного поля и вводится автоматизация включения режима поиска ЯМР при его потере.. Тяско рек Тираж 710 ВНИИПИ Государств по делам изобре 113035, Москва, Ж