Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru i kalibracji indukcji magnetycznej, znajdujacy zastosowanie w placówkach naukowo¬ -badawczych, zwlaszcza do wspólpracy ze spektro¬ metrami magnetycznego rezonansu jadrowego, ma¬ gnetycznego rezonansu elektronowego oraz z zesta¬ wami pomiarowymi do pomiaru dowolnych wiel¬ kosci fizycznych w funkcji stalego pola magnetycz¬ nego.Dotychczasowy stan techniki. Do pomiaru induk¬ cji magnetycznej z maksymalna osiagalna przy obecnym stanie techniki dokladnoscia, stosuje sie metody oparte na zjawisku magnetycznego rezo¬ nansu jadrowego. Stosowane dotychczas sposoby pomiaru indukcji magnetycznej, wykorzystujace zja¬ wisko magnetycznego rezonansu jadrowego, opisane sa w ksiazce M. Nalecza i J. Jaworskiego „Mier¬ nictwo magnetyczne" WNT W-wa 1961 r. Do po¬ miaru pól indukcji wiekszej od ok., 10—2 T stosuje sie, metode rezonansowej absorbeji wysokiej cze¬ stotliwosci generatora autodynowego, z powodu la¬ twosci przystrajania go w szerokim zakresie czesto¬ tliwosci. W znanych dotychczas rozwiazaniach po¬ miar indukcji magnetycznej polega na recznym lub automatycznym dostrojeniu czestotliwosci genera¬ tora autodynowego do czestotliwosci magnetycznego rezonansu jadrowego — okreslanej wzorem 03o = = y B0, gdzie o)o(omega) jest czestotliwoscia kolowa precesji jader atomowych w mierzonym polu ma¬ gnetycznym o indukcji B0, a Y(gama) — jest wspól-- 2 czynnikiem giromagnetycznym danych jader. Jako wskaznik dostrojenia stosuje sie lampe oscylosko¬ powa na ekranie której w przypadku dostrojenia do rezonansu, pojawia sie przebieg linii absorbcyj- nej. W tym celu w obszarze czujnika wytwarza sie niewielkie zmienne pole magnetyczne o przebiegu sinusoidalnym i czestotliwosci rzedu kilkudziesieciu herców, lub przebiegiem tym moduluje sie czesto¬ tliwosc generatora autodynowego. Pomiar polega na io takim dostrojeniu generatora autodynowego, by przebieg absorbcyjny pojawial sie na srodku ekranu, nastepnie na zmierzeniu czestotliwosci generatora autodynowego i obliczeniu z podanego wyzej wzoru wartosci indukcji magnetycznej mierzonego pola.Zamiast pomiaru czestotliwosci generatora auto¬ dynowego stosuje sie odczyt z tabel lub krzywych kalibracyjnych, które umownym podzialkom skali czestotliwosci generatora autodynowego podporzad¬ kowuja odpowiednie wartosci indukcji magnety- cznej. To ostatnie rozwiazanie zastosowano np. w krajowym mierniku indukcji magnetycznej typu MJ-106, skonstruowanym w Instytucie Fizyki PAN — „Mierniki natezenia pola magnetycznego dziala¬ jace na zasadzie magnetycznego rezonansu jadro- wego", ulotka informacyjna Osrodka d/s Ochrony Patentowej i Wykorzystania Badan Naukowych PAN — Warszawa 1973 r.Znane jest równiez rozwiazanie podane przez L. Widomskiego „Cyfrowy wskaznik indukcji ma- gnetycznej — adaptacja falomierza". Materialy 88 29388 3 / V Ogólnopolskiej Konferencji „Radiospektroskopia i Elektronika Kwantowa w Fizyce Ciala Stalego" — Poznan, 24—27.IV.1972 r.y gdzie uzyskuje sie cy¬ frowy odczyt w jednostkach indukcji magnetycznej przy pomocy czestosciomierza cyfrowego, w którym odpowiednio zmieniono jednostki czasu otwarcia bramki licznika. Czestosciomierz ten mierzy cze¬ stotliwosc generatora autodynowego, który jest do¬ strajany do rezonansu-w sposób opisany wyzej.Sposób ten zastosowano w krajowych miernikach indukcji magnetycznej typu MJ^106 oraz MJ-106 EP i MJ-106 NP — „Mierniki natezenia pola magne¬ tycznego dzialajace na zasadzie magnetycznego re¬ zonansu jadrowego" — ulotka informacyjna Osrod¬ ka d/s Ochrony Patentowej i Wykorzystania Ba¬ dan Naukowych PAN, Warszawa 1973 r.Wada powyzszych sposobów pomiaru indukcji magnetycznej jest koniecznosc recznego przeszuki¬ wania szerokiego zakresu czestotliwosci generatora autodynowego. Jest to szczególnie niedogodne, gdy wartosc indukcji pola magnetycznego nie jest znana nawet w przyblizeniu. W tych przypadkach pomiar moze trwac do kilkunastu minut. Bardzo niedo¬ godne "jest stosowanie powyzszych sposobów po¬ miaru indukcji magnetycznej, gdy mierzone pole magnetyczne jest niestabilne w czasie lub jest ce¬ lowo wobulowane w czasie np. w spektrometrach magnetycznego rezonansu jadrowego lub elektrono¬ wego, gdyz zmusza to operatora do ciaglego sledze¬ nia linii absorbcyjnej, na ekranie lampy oscylosko¬ powej i' podstrajania czestotliwosci generatora au¬ todynowego. Ponadto w metodzie tej polegajacej na wzrokowym zgraniu centrum przebiegu absorbcyj- nego ze srodkiem ekranu lampy oscyloskopowej, pomiar jest obarczony bledem subiektywnym.Niedogodnosc recznego dostrajania generatora au¬ todynowego zostala wyeliminowana w sposobie po¬ danym przez Junga i Otha — Journal of Physies R. 4, 127, 1971 r., gdzie czestotliwosc generatora au¬ todynowego jest samoczynnie wobulowana w calym zakresie pomiarowym i w momencie uzyskania przez nia wartosci rezonansowej, wobulowanie zostaje zatrzymane, natomiast czestotliwosc generatora au¬ todynowego jest automatycznie dostrajana do war¬ tosci rezonansowej. Utrzymywanie tego stanu odby¬ wa sie w oparciu o klasyczny uklad automatycznej regulacji czestotliwosci z detektorem fazoczulym, który sledzi zmiany mierzonego pola magnetycznego za pomoca sygnalu bledu petli ujemnego sprzeze¬ nia zwrotnego.W praktyce laboratoryjnej, a zwlaszcza w spe¬ ktroskopii magnetycznego rezonansu jadrowego i elektronowego stosuje sie automatyczna rejestra¬ cje analogowa odpowiedniej wielkosci fizycznej (np. absorbcji rezonansowej) na tasmie rejestratora, w funkcji wobulowanego liniowo w czasie pola ma¬ gnetycznego. W celu automatycznego wyskalowa- nia (kalibracji) tasmy rejestracyjnej w jednostkach indukcji magnetycznej — opracowano sposoby uru¬ chamiania dodatkowego piórka piszacego znaczki (podzialke) pola magnetycznego na brzegu tasmy rejestracyjnej.Znane jest rozwiazanie sposobu kalibracji induk¬ cji magnetycznej podane przez Norsfielda i in. w 293 ,4 czasopismie „The Review of Scientific Instruments'^ 38, 322/1961 r. Sposób ten polega na automatycz¬ nym przelaczeniu sygnalem rezonansu jadrowego^ szeregu skalibrowanych rezonatorów kwarcowych w obwodzie rezonansowym generatora autodyno¬ wego.Znane jest takze rozwiazanie z opisu patentowego polskiego nr 66197, w którym do kalibracji wyko¬ rzystano pasma boczne, powstale na skutek modu- io lacji amplitudy generatora autodynowego.Oprócz tego znane jest rozwiazanie podane przez.R. L. Collinsa w „the Reviev of Scientific Instru¬ ments" 15, 176, 1957 r., w którym do kalibracji wy¬ korzystano pasma boczne generatora superreakcyj- nego.Wada wyzej wymienionych sposobów kalibracji jest to, ze dokladnosc, zakres i odleglosc miedzy znaczkami przy kalibracji sa ograniczone; w pier¬ wszym przypadku iloscia rezonatorów kwarcowych zas w drugim i trzecim przypadku niewielka ilo¬ scia mozliwych do uzyskania pasm bocznych o do¬ statecznej amplitudzie. Ponadto sposoby te nie za¬ pewniaja równoczesnego pomiaru indukcji magne¬ tycznej, gdy pole magnetyczne nie jest wobulo- wane w czasie. Dalsza niedogodnoscia opisanych wyzej sposobów, zarówno pomiaru jak i kalibracji indukcji magnetycznej jest koniecznosc stosowania w obszarze sondy — pomocniczej modulacji pola magnetycznego o duzej stalosci amplitudy. Stoso- wane do tego celu cewki modulacyjne zwiekszaja gabaryty sondy, co utrudnia wykonywanie pomia¬ rów indukcji magnetycznej w waskich szczelinach elektromagnesów oraz zmuszaja do takiego usta¬ wienia sondy w polu magnetycznym, aby pomocni- cze przemienne pole magnetyczne cewek modu- lacyjnych bylo równolegle do mierzonego pola ma¬ gnetycznego.Istota wynalazku. Sposób wedlug wynalazku wy¬ korzystuje' zjawisko magnetycznego rezonansu ja¬ drowego oraz zasade pomiaru chwilowej wartosci wyrazonej w jednostkach mierzonej wielkosci,, a polegajaca na usrednieniu dwóch wielkosci mie¬ rzonych.Istota sposobu polega na tym, ze punktowego 45 pomiaru wielkosci indukcji magnetycznej dokonuje sie przez wobulowanie czestotliwosci pracy gene¬ ratora wielkiej czestotliwosci, zwlaszcza generato¬ ra autodynowego. Wobulowanie prowadzi sie. okre¬ sowo zmiennym napieciem o przebiegu trójkatnym w calym zakresie pomiarowym. Sygnaly absorbcji jader uzyskuje sie dla warunku magnetycznego rezonansu i nastepnie ksztaltuje sie je w formie impulsów napieciowych i wprowadza na przelicznik czestotliwosci, wywolujac wyzwolenie zliczania na odstep wzorcowych czasów odpowiadajacych dwu¬ krotnemu przejsciu przez rezonans, to jest czescia . wznoszaca i opadajaca wobulowanego przebiega czestotliwosci. Wynik pomiaru uzyskuje sie przez podzielenie przez dwa zliczanych wartosci, ufor¬ mowanych w napieciowe impulsy we wzorcowych odstepach czasu, a nastepnie ich zsumowanie w przeliczniku czestotliwosci. t Skutki teeawtesM-uiytfeawe wyambaka. Sposób- w wedlug wynalazku nie wymaga zachowania bardzo5 dobrej liniowosci przebiegu trójkatnego, a przede wszystkim eliminuje blad pomiaru powstajacy na skutek przemiatania czestotliwosci, której wartosc w czasie narastajacej czesci przebiegu przemiata- jacego wzrasta co0 + Aco i w takim samym stopniu maleje co0 — Aco, w czasie opadajacej czesci tego przebiegu. Uzyskana wartosc sredniej arytmetycz¬ nej czestotliwosci z obydwóch zliczen okresla do¬ kladnie czestotliwosc co0 i pozwala na tej podsta¬ wie przeprowadzac kalibracje tasmy rejestratora np. w spektrometrze MRE lub MRJ. Wynalazek umozliwia natychmiastowy i w pelni automatyczny cyfrowy pomiar indukcji magnetycznej w szerokim zakresie, bez koniecznosci regulacji wstepnych oraz automatyczna kalibracje tasmy rejestratora w je¬ dnostkach pola magnetycznego. v Wstepne omówienie rysunku. W celu wyjasnienia mechanizmu sposobu wedlug wynalazku, przykla¬ dowo uwidoczniono na rysunku zasade pomiaru w oparciu o wykresy przebiegów czestotliwosci co i im¬ pulsów U2 i Ui funkcji czasu mierzonego w tych samych wartosciach.Szczególowy opis sposobu wedlug wynalazku.Sposób wedlug wynalazku, w przykladowo przed¬ stawionym rozwiazaniu polega na tym, ze czesto¬ tliwosc generatora wielkiej czestotliwosci, zwlaszcza autodynowego jest wobulowana napieciem o okre¬ sowym przebiegu trójkatnym w calym zakresie po¬ miarowym. W czasie tl9 czestotliwosc generatora autodynowego spelnia warunek rezonansu jadrowe¬ go, wyrazony wzorem: w0 = yB0 gdzie omega co0 jest czestotliwoscia kolowa precesji jader atomo¬ wych w mierzonym polu magnetycznym o indukcji B, zas gama y to wspólczynnik giromagnetyczny danych jader. W chwili osiagniecia przez czestotli¬ wosc wartosci rezonansowej na wyjsciu generatora autodynowego pojawia sie sygnal absorbcji jadro¬ wej, który po uksztaltowaniu w formie impulsu na¬ pieciowego U2 powoduje wyzwolenie zliczania przelicznika czestotliwosci na wzorcowy odstep cza¬ su TV Podobnie opadajace zbocze przebiegu okre¬ sowego, wywoluje powtórny rezonans w czasie t2 i analogicznie wyzwolenie przelicznika czestotli- 293 6 wosci na wzorcowy odstep czasu T2. W obydwu wzorcowych odstepach czasu Ti i T2 czestotliwosc generatora autodynowego w formie impulsu Uj, po podzieleniu przez dwa jest przekazana na przelicz- nik czestotliwosci, gdzie zostaje zliczana. Skutkiem tego, czestotliwosc ta stanowi wartosc sredniej aryt¬ metycznej czestotliwosci odpowiadajacej obydwu przypadkom rezonansu. Tym sposobem zostaje wy-, eliminowany blad pomiaru Aco powstaly na skutek wobulowania czestotliwosci generatora w czasie zli¬ czania, bo zostaje zachowana zaleznosc, ze (oo + Au) + ("Jo— Atw) Stan koncowy przelicznika jest zobrazowany bez- posrednio w jednostkach indukcji magnetycznej na wskaznikach indukcyjnego ukladu cyfrowego. Im¬ pulsy na wyjsciu tego ukladu sluza do automaty¬ cznej kalibracji tasmy rejestratora. Przed kazdym z wyzej opisanych cyklów pomiarowych przelicznik zostaje samoczynnie wyzerowany. PL