RU2691753C1 - Magnetic system for nuclear magnetic resonance spectroscopy - Google Patents
Magnetic system for nuclear magnetic resonance spectroscopy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2691753C1 RU2691753C1 RU2018130020A RU2018130020A RU2691753C1 RU 2691753 C1 RU2691753 C1 RU 2691753C1 RU 2018130020 A RU2018130020 A RU 2018130020A RU 2018130020 A RU2018130020 A RU 2018130020A RU 2691753 C1 RU2691753 C1 RU 2691753C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- gap
- permanent magnets
- plates
- working gap
- Prior art date
Links
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 title claims abstract description 20
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 16
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000007779 soft material Substances 0.000 claims abstract 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N [B].[Fe].[Nd] Chemical compound [B].[Fe].[Nd] QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- KPLQYGBQNPPQGA-UHFFFAOYSA-N cobalt samarium Chemical compound [Co].[Sm] KPLQYGBQNPPQGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000938 samarium–cobalt magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
- G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области спектроскопии магнитного резонанса и предназначено для улучшения параметров магнитных систем спектрометров ядерного магнитного резонанса (ЯМР).The invention relates to the field of magnetic resonance spectroscopy and is intended to improve the parameters of the magnetic systems of nuclear magnetic resonance spectrometers (NMR).
В спектрометрии ЯМР в относительно низких полях (с величиной магнитной индукции до 2 Тесла) широко используются магнитные системы на постоянных магнитах. Такие магнитные системы, в отличие от магнитных систем на сверхпроводящих соленоидах, не требуют для работы охлаждения до сверхнизких температур, то есть они относительно просты и не требуют обслуживания. Однако, постоянные магниты, в особенности из сплава неодим-железо-бор для таких магнитных систем имеют низкую температурную стабильность параметров и, в частности, высокий температурный коэффициент остаточной индукции (определяющий, насколько сильно магнитная индукция изменяется от температуры) что приводит к низкой стабильности напряженности магнитного поля в рабочем зазоре магнитных систем.In NMR spectrometry in relatively low fields (with a magnitude of magnetic induction of up to 2 Tesla), magnetic systems with permanent magnets are widely used. Such magnetic systems, unlike magnetic systems on superconducting solenoids, do not require cooling to ultra-low temperatures for work, that is, they are relatively simple and do not require maintenance. However, permanent magnets, especially from the neodymium-iron-boron alloy for such magnetic systems, have a low temperature stability of parameters and, in particular, a high temperature coefficient of residual induction (determining how much magnetic induction varies with temperature), which leads to low stability of tension magnetic field in the working gap of magnetic systems.
Стабилизация напряженности магнитного поля в рабочем зазоре магнитной системы для спектроскопии ЯМР, обеспечивая независимость результатов измерений от внешних условий, а именно, от температуры окружающей среды, является необходимым условием для получения высокой точности и достоверности проводимых измерений,Stabilization of the magnetic field in the working gap of the magnetic system for NMR spectroscopy, ensuring the independence of the measurement results from external conditions, namely, from the ambient temperature, is a necessary condition for obtaining high accuracy and reliability of the measurements,
Поэтому разработка магнитной системы для спектроскопии ЯМР со стабильной, не зависящей от температуры окружающей среды, напряженностью магнитного поля в рабочем зазоре, является важной технической проблемой.Therefore, the development of a magnetic system for NMR spectroscopy with a stable, independent of the ambient temperature, magnetic field strength in the working gap, is an important technical problem.
Известна магнитная система для спектроскопии ядерного магнитного резонанса с температурной компенсацией [патент РФ №88199], содержащая, по крайней мере, одну пару магнитных полюсов (постоянных магнитов) с полюсными наконечниками установленными с зазором между ними (рабочим зазором), и, по крайней мере, один термомагнитный шунт, установленный до соприкосновения с полюсными наконечниками указанной пары магнитных полюсов, а площадь Sш любого его сечения, ортогонального направлению магнитного потока в шунте, выбрана из соотношенияKnown magnetic system for spectroscopy of nuclear magnetic resonance with temperature compensation [RF patent №88199], containing at least one pair of magnetic poles (permanent magnets) with pole pieces installed with a gap between them (working gap), and at least , one thermomagnetic shunt, installed before contact with the pole pieces of the specified pair of magnetic poles, and the area S ш of any cross section orthogonal to the direction of the magnetic flux in the shunt, is selected from the relation
где Sп - площадь магнитного полюса;where S p - the area of the magnetic pole;
ΔВм - диапазон изменения индукции рабочего магнитного потока, вызванного изменением температуры в заданном интервале температур;ΔV m - the range of change in the induction of the working magnetic flux caused by a temperature change in a given temperature range;
ΔВш - диапазон изменения индукции в материале термомагнитного шунта, вызванного изменением температуры в заданном интервале температур,ΔW sh - the range of change of induction in the material of a thermomagnetic shunt caused by a temperature change in a given temperature range,
при этом площадь поверхности соприкосновения каждого полюсного наконечника с шунтом выбрана не менее Sш.at the same time the surface area of contact of each pole tip with a shunt is chosen not less than S sh .
В этой магнитной системе часть магнитного потока от постоянных магнитов замыкается через термомагнитный шунт, имеющий сильную зависимость магнитных свойств от температуры, чем достигается компенсация температурной нестабильности магнитов.In this magnetic system, part of the magnetic flux from the permanent magnets is closed through a thermomagnetic shunt, which has a strong dependence of the magnetic properties on temperature, thus achieving compensation for the temperature instability of the magnets.
Однако, эта магнитная система не решает проблему обеспечения стабильной напряженности магнитного поля в рабочем зазоре. Вследствие нелинейности температурной зависимости магнитных свойств материала термомагнитного шунта с одной стороны и постоянных магнитов с другой стороны, полная компенсация изменения магнитного поля в рабочем зазоре происходит только в очень узком диапазоне температур.However, this magnetic system does not solve the problem of providing a stable magnetic field strength in the working gap. Due to the non-linearity of the temperature dependence of the magnetic properties of a thermomagnetic shunt material on the one hand and permanent magnets on the other hand, full compensation for changes in the magnetic field in the working gap occurs only in a very narrow temperature range.
Наиболее близкой к заявляемой является магнитная система для спектроскопии ядерного магнитного резонанса [Temperature-controlled permanent magnet for high-resolution nuclear magnetic resonance" (B.A. EVANS и др., 1960 J. Sci. Instrum. 37, 353) http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0950-7671/37/9/312/pdf.] Эта система состоит из двух постоянных магнитов, каждый их которых снабжен полюсным наконечником, с рабочим зазором между последними, железного ярма, выполненного в виде открытого прямоугольного корпуса, в котором установлены постоянные магниты с полюсными наконечниками, и устройства температурной компенсации, управляющего температурой воздуха, обдувающего магнитную систему. Это устройство включает датчик температуры, нагреватель с вентиляторами и управляемым источником питания, что обеспечивает автоматическое подстройку температуры магнитной системы.The closest to the claimed is a magnetic system for nuclear magnetic resonance spectroscopy [Temperature-controlled permanent magnet for high-resolution nuclear magnetic resonance "(BA EVANS et al., 1960 J. Sci. Instrum. 37, 353) http: // iopscience. iop.org/article/10.1088/0950-7671/37/9/312/pdf.] This system consists of two permanent magnets, each of which is equipped with a pole piece, with a working gap between the latter, an iron yoke, made in the form of an open rectangular case in which permanent magnets with pole tips are installed, and temperature compensation devices, controlled the temperature of the air that blows the magnetic system.This device includes a temperature sensor, a heater with fans and a controlled power source that provides automatic adjustment of the temperature of the magnetic system.
Для стабилизации напряженности магнитного поля магнитная система функционирует при постоянной температуре, что обеспечивается ее непрерывным обдувом воздухом с помощью вентиляторов. Этот воздух нагревается до температуры, превышающей температуру окружающей среды более чем на 10°С, электрическим нагревателем и поддерживается при этой температуре с помощью управляемого источника питания, получающего сигнал с датчика температуры, например, платинового термометра сопротивлений, расположенного за нагревателем.To stabilize the magnetic field, the magnetic system operates at a constant temperature, which is ensured by its continuous blowing of air with the help of fans. This air is heated to a temperature exceeding the ambient temperature by more than 10 ° C with an electric heater and is maintained at this temperature using a controlled power source that receives a signal from a temperature sensor, for example, a platinum resistance thermometer located behind the heater.
Однако, эта магнитная система решает задачу обеспечения стабильной напряженности магнитного поля в рабочем зазоре косвенным путем, поддерживая температуру постоянных магнитов за счет обдува их воздухом с регулируемой температурой. Недостатки этого технического решения связаны с необходимостью нагрева и обеспечения стабильности температуры, а, следовательно, и напряженности магнитного поля в рабочем зазоре, всей магнитной системы, как правило, имеющей большой вес и габариты. Для этого требуется большая мощность, потребляемая от источника питания, а также значительное время для выхода на рабочий режим, что негативно сказывается на удобстве и производительности процесса измерений.However, this magnetic system solves the problem of providing a stable magnetic field strength in the working gap indirectly, maintaining the temperature of the permanent magnets due to blowing them with air with a controlled temperature. The disadvantages of this technical solution are associated with the need to heat and ensure the stability of temperature, and, consequently, the magnetic field strength in the working gap, the entire magnetic system, as a rule, having a large weight and size. This requires a large amount of power consumed from the power supply, as well as considerable time for reaching the operating mode, which adversely affects the convenience and performance of the measurement process.
Техническая проблема решается достижением технического результата, заключающегося в обеспечении стабильности напряженности магнитного поля в рабочем зазоре магнитной системы путем компенсации температурных изменений магнитного потока постоянных магнитов, что обеспечивает повышение точности и достоверности проводимых измерений, при снижении затрат энергии на функционирование магнитной системы, уменьшении времени выхода на рабочий режим и увеличении скорости регулирования.The technical problem is solved by the achievement of the technical result, which consists in ensuring the stability of the magnetic field in the working gap of the magnetic system by compensating for temperature changes in the magnetic flux of permanent magnets, which improves the accuracy and reliability of the measurements, while reducing the energy cost of the magnetic system, reducing the output time operating mode and speed regulation.
Для решения технической проблемы в магнитной системе для спектроскопии ядерного магнитного резонанса, включающей два постоянных магнита, два полюсных наконечника, установленных в железном ярме с рабочим зазором между последними, и устройство температурной компенсации, согласно изобретению, железное ярмо состоит из двух П-образных частей, обращенных друг к другу с образованием прямоугольного отверстия, между которыми установлены постоянные магниты, и на верхней и нижней стороне прямоугольного отверстия установлены полюсные наконечники, а устройство температурной компенсации снабжено двумя магнитными шунтами из магнитомягкого материала, каждый их которых выполнен в виде двух одинаковых пластин в форме кругового сегмента, толщиной, обеспечивающей возможность регулирования напряженности магнитного поля в рабочем зазоре в заданном диапазоне, укрепленных в углублении под эти пластины, выполненном в соответствующем основном зубчатом колесе из немагнитного материала с зазором между ними, толщиной равной толщине постоянного магнита, каждое основное зубчатое колесо установлено на боковой поверхности ярма так, что зазор и боковая поверхность постоянного магнита расположены друг против друга и установлено с возможностью поворота так, что направление длинной стороны зазора между пластинами магнитных шунтов находится в диапазоне от 0 до 90 градусов относительно направления магнитного потока постоянного магнита, устройство также снабжено двумя дополнительными зубчатыми колесами, каждое из которых находится в зацеплении с соответствующим основным зубчатым колесом, дополнительные колеса укреплены на валу, который связан с шаговым двигателем.To solve a technical problem in a magnetic system for nuclear magnetic resonance spectroscopy, including two permanent magnets, two pole tips installed in an iron yoke with a working gap between the latter, and a temperature compensation device according to the invention, the iron yoke consists of two U-shaped parts, facing each other with the formation of a rectangular hole, between which permanent magnets are installed, and pole tips are installed on the upper and lower sides of the rectangular hole ki, and the temperature compensation device is equipped with two magnetic shunts of magnetic material, each of which is made in the form of two identical plates in the form of a circular segment, which provides the ability to control the magnetic field in the working gap in a given range, reinforced in the recess under these plates, made in the corresponding main gear of non-magnetic material with a gap between them, the thickness equal to the thickness of the permanent magnet, each main gear wheel mounted on the side surface of the yoke so that the gap and the side surface of the permanent magnet are located opposite each other and are rotatably mounted so that the direction of the long side of the gap between the plates of magnetic shunts is in the range from 0 to 90 degrees relative to the direction of the magnetic flux of the permanent magnet, the device it is also equipped with two additional gear wheels, each of which is engaged with the corresponding main gear wheel, the additional wheels are fixed on the lu, which is associated with a stepper motor.
Выполнение железного ярма из двух П-образных частей, обращенных друг к другу с образованием прямоугольного отверстия, между которыми установлены постоянные магниты, и на верхней и нижней стороне прямоугольного отверстия установлены полюсные наконечники, позволило в совокупности со снабжением устройства температурной компенсации двумя магнитными шунтами из магнитомягкого материала, каждый из которых выполнен в виде двух одинаковых пластин в форме кругового сегмента, укрепленных в углублении под эти пластины, выполненном в соответствующем основном зубчатом колесе из немагнитного материала с зазором между ними, толщиной равной толщине постоянного магнита, установленном на боковой поверхности ярма так, что зазор и боковая поверхность постоянного магнита расположены друг против друга, позволило создать дополнительный регулируемый магнитный поток, проходящий с одного полюса постоянного магнита на другой через магнитные шунты, таким образом, уменьшая или увеличивая основной магнитный поток в рабочем зазоре для обеспечения стабильной напряженности поля.The implementation of the iron yoke of two U-shaped parts facing each other with the formation of a rectangular hole, between which permanent magnets are installed, and pole tips are installed on the upper and lower sides of the rectangular hole, combined with the supply of a temperature compensation device with two magnetic magnetic shunts material, each of which is made in the form of two identical plates in the form of a circular segment, reinforced in the recess under these plates, made in accordance The main gear wheel of a non-magnetic material with a gap between them, the thickness equal to the thickness of the permanent magnet mounted on the side surface of the yoke so that the gap and the side surface of the permanent magnet are opposite each other, allowed to create an additional adjustable magnetic flux passing from one pole of the permanent magnet on the other through magnetic shunts, thus reducing or increasing the main magnetic flux in the working gap to ensure a stable field strength.
Установка магнитных шунтов в виде круговых сегментов с зазором между ними на основных зубчатых колесах с возможностью поворота направления длинной стороны зазора на угол от 0 до 90 градусов относительно направления магнитного потока постоянных магнитов позволила регулировать магнитный поток, проходящий через магнитные шунты и, тем самым, обеспечить компенсацию температурных изменений магнитного потока постоянных магнитов в рабочем зазоре.The installation of magnetic shunts in the form of circular segments with a gap between them on the main gears with the ability to rotate the direction of the long side of the gap at an angle from 0 to 90 degrees relative to the direction of the magnetic flux of the permanent magnets allowed to regulate the magnetic flux passing through the magnetic shunts and, thereby, compensation of temperature changes in the magnetic flux of permanent magnets in the working gap.
Расположение основных зубчатых колес с закрепленными на них магнитными шунтами на боковых поверхностях ярма, связанными с постоянными магнитами и снабжение магнитной системы двумя дополнительными зубчатыми колесами, каждое из которых находится в зацеплении с соответствующим основным зубчатым колесом, укрепленными на валу, связанном с шаговым двигателем, позволяет осуществлять регулирование магнитного поля в широких пределах, что обеспечивает стабильность напряженности магнитного поля в рабочем зазоре.The arrangement of the main gears with magnetic shunts fixed on them on the lateral surfaces of the yoke associated with permanent magnets and supplying the magnetic system with two additional gear wheels, each of which is in engagement with a corresponding main gear wheel mounted on the shaft associated with the stepping motor, allows to regulate the magnetic field in a wide range, which ensures the stability of the magnetic field strength in the working gap.
Применение для изменения положения основных зубчатых колес с закрепленными на них магнитными шунтами шагового двигателя, передающего вращение с помощью дополнительных зубчатых колес, позволило осуществить автоматическую подстройку напряженности магнитного поля для обеспечения ее стабильности в процессе измерений на основании сигнала ЯМР от измеряемого образца.Application to change the position of the main gears with magnetic shunts of a stepper motor mounted on them, transmitting rotation with the help of additional gear wheels, allowed for automatic adjustment of the magnetic field strength to ensure its stability in the measurement process based on the NMR signal from the sample being measured.
Таким образом, техническая проблема устраняется достижением в заявляемом изобретении технического результата, заключающегося в обеспечении стабильности напряженности магнитного поля в рабочем зазоре магнитной системы путем компенсации температурных изменений магнитного потока постоянных магнитов, что обеспечивает повышение точности и достоверности проводимых измерений, при снижении затрат энергии на функционирование магнитной системы, уменьшении времени выхода на рабочий режим и увеличении скорости регулирования.Thus, the technical problem is eliminated by the achievement in the claimed invention of the technical result, which consists in ensuring the stability of the magnetic field in the working gap of the magnetic system by compensating for temperature changes in the magnetic flux of the permanent magnets, which improves the accuracy and reliability of the measurements, while reducing the energy cost of the magnetic system, reducing the time to reach the operating mode and increase the speed of regulation.
На фиг. 1 представлен общий вид магнитной системы для спектроскопии ядерного магнитного резонанса;FIG. 1 shows a general view of a magnetic system for nuclear magnetic resonance spectroscopy;
на фиг. 2 - схематичное изображение магнитной системы для спектроскопии ядерного магнитного резонанса;in fig. 2 is a schematic depiction of a magnetic system for nuclear magnetic resonance spectroscopy;
на фиг. 3 - вид А;in fig. 3 - view A;
на фиг. 4 показано изменение величины напряженности магнитного поля в зависимости от угла поворота магнитного шунта.in fig. 4 shows the change in the magnitude of the magnetic field depending on the angle of rotation of the magnetic shunt.
Магнитная система для спектроскопии ядерного магнитного резонанса (фиг. 1, 2, 3.) включает два постоянных магнита 1, например, из сплава неодим-железо-бор или самарий-кобальт, железное ярмо в виде двух П-образных частей 2 обращенных друг к другу с образованием прямоугольного отверстия 3. Между двух П-образных частей 2 установлены постоянные магниты 1, а на верхней и нижней стороне прямоугольного отверстия 3 установлены полюсные наконечники 4 с рабочим воздушным зазором 5 между ними. Устройство температурной компенсации снабжено двумя магнитными шунтами 6 из магнитомягкого материала, например, железа, каждый из которых выполнен в виде двух одинаковых пластин в форме кругового сегмента, укрепленных в углублениях под эти пластины, выполненных в соответствующем основном зубчатом колесе 7 из немагнитного материала с зазором 8 между ними, толщиной равной толщине постоянного магнита 1. Каждое основное зубчатое колесо 7 укреплено на боковой поверхности железного ярма 2, так что зазор 8 и боковая поверхность постоянного магнита 1 расположены друг против друга. Основные зубчатые колеса 7 установлены с возможностью поворота направления длинной стороны зазора 8 между магнитными шунтами 6 на угол от 0 до 90 градусов относительно направления магнитного потока постоянного магнита 1, что обеспечивает возможность регулировки степени шунтирования магнитного потока. Кроме того, устройство температурной компенсации снабжено двумя дополнительными зубчатыми колесами 9, каждое их которых находится в зацеплении с соответствующим основным зубчатым колесом 7, дополнительные колеса 9 укреплены на валу 10, который связан с шаговым двигателем 11. Для обеспечения автоматической подстройки напряженности магнитного поля в рабочем зазоре 5 магнитной системы между полюсными наконечниками 4 используют импульсный спектрометр ЯМР с измерительной ячейкой, помещаемой в рабочем зазоре 5, в которую в свою очередь помещен исследуемый образец (на фиг. 1, 2 не показаны).The magnetic system for nuclear magnetic resonance spectroscopy (Fig. 1, 2, 3.) includes two
В процессе настроечного измерения спектрометр ЯМР на основании поступающего от образца сигнала, несущего информацию о величине ошибки настройки спектрометра, вырабатывает импульсы управления обмотками шагового двигателя 11. Эти импульсы поворачивают ротор шагового двигателя 11, а вместе с ним, через вал 10, и дополнительные зубчатые колеса 9, в результате чего происходит поворот основных зубчатых колес 7 с закрепленными на них магнитными шунтами 6 на такой угол и в таком направлении, чтобы скомпенсировать ошибку настройки.In the process of adjustment measurement, an NMR spectrometer, based on a signal from a sample carrying information about the magnitude of a setting error of the spectrometer, produces control pulses for the windings of the
Настроечные измерения должны быть, при необходимости, повторены до тех пор, пока ошибка настройки не уменьшится до заданной величины, приемлемой с точки зрения точности измерений. После этого начинают измерение образца с целью исследования его свойств. В дальнейшем, во избежание появления ошибки настройки при изменении температуры окружающей среды, настроечные измерения следует периодически повторять, желательно это делать каждый раз перед очередным измерением.The adjustment measurements should be repeated, if necessary, until the adjustment error is reduced to a predetermined value acceptable from the point of view of measurement accuracy. After that, begin the measurement of the sample to study its properties. In the future, in order to avoid the appearance of an adjustment error when the ambient temperature changes, the adjustment measurements should be repeated periodically, it is desirable to do this each time before the next measurement.
Величина угла, на который должны быть повернуты магнитные шунты 5, определяется на основании зависимости изменения величины напряженности магнитного поля в рабочем зазоре 4 от угла поворота магнитных шунтов 5, показанной на фиг. 4. Эта зависимость при разработке конкретной магнитной системы должна быть определена экспериментально.The magnitude of the angle by which
Толщину зазоров 8 между пластинами магнитных шунтов 6 выбирают равной толщине постоянного магнита 1, поскольку экспериментально установлено, что в этом случае обеспечивается наибольший диапазон регулирования. Диапазон регулирования величины напряженности магнитного поля также определяется толщиной пластин из магнитомягкого материала (например, железа), из которого изготовлены магнитные шунты 6. При увеличении толщины магнитных шунтов 6 диапазон регулирования напряженности магнитного поля увеличивается. При разработке конкретной магнитной системы эта толщина должна быть подобрана экспериментально, исходя из требуемого диапазона регулирования напряженности магнитного поля в рабочем зазоре 5.The thickness of the
Для экспериментальной проверки возможности управления напряженностью магнитного поля в рабочем зазоре магнитной системы для обеспечения ее стабильности была изготовлена экспериментальная магнитная система. Работа была выполнена при финансовой поддержке Российского Научного Фонда, проект 17-15-01116. В экспериментальной магнитной системе были использованы два постоянных магнита из сплава на основе Sm2Co17 сечением 50 мм * 30 мм и толщиной 10 мм. Полюсные наконечники из железа имели сечение 50 мм * 50 мм. Величина рабочего зазора была равна 15 мм. Каждый из магнитных шунтов состоял из двух одинаковых пластин в форме кругового сегмента из железа шириной 50 мм и толщиной 0.5 мм. Эти пластины были закреплены в углублении в основных зубчатых колесах, укрепленных на боковых поверхностях железного ярма так, что расстояние между поверхностью магнита и шунтом было равно 2 мм, а зазор между пластинами шунта был равен 10 мм. Частота настройки ЯМР была равна приблизительно 8 МГц.For experimental verification of the possibility of controlling the magnetic field strength in the working gap of the magnetic system, an experimental magnetic system was manufactured to ensure its stability. The work was carried out with the financial support of the Russian Scientific Fund, project 17-15-01116. In the experimental magnetic system, two permanent magnets made of an alloy based on Sm 2 Co 17 with a cross section of 50 mm * 30 mm and a thickness of 10 mm were used. Pole tips made of iron had a cross section of 50 mm * 50 mm. The working gap was 15 mm. Each of the magnetic shunts consisted of two identical plates in the form of a circular segment of iron 50 mm wide and 0.5 mm thick. These plates were fixed in the recess in the main gears, mounted on the side surfaces of the iron yoke so that the distance between the magnet surface and the shunt was 2 mm, and the gap between the shunt plates was 10 mm. The NMR tuning frequency was approximately 8 MHz.
При этих условиях диапазон изменения напряженности магнитного поля в рабочем зазоре при повороте магнитных шунтов от 0 до 90 градусов составил 1% от исходной напряженности магнитного поля, что достаточно для обеспечения стабилизации во всем возможном диапазоне изменения комнатной температуры (по крайней мере, от 15 до 45°С).Under these conditions, the range of variation of the magnetic field in the working gap when rotating magnetic shunts from 0 to 90 degrees was 1% of the original magnetic field strength, which is enough to ensure stabilization over the entire possible range of room temperature changes (at least from 15 to 45 ° C).
Таким образом, техническая проблема устраняется достижением в заявляемом изобретении технического результата, заключающегося в обеспечении стабильности напряженности магнитного поля в рабочем зазоре магнитной системы путем компенсации температурных изменений магнитного потока постоянных магнитов.Thus, the technical problem is eliminated by the achievement in the claimed invention of a technical result consisting in ensuring the stability of the magnetic field strength in the working gap of the magnetic system by compensating for temperature changes in the magnetic flux of the permanent magnets.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018130020A RU2691753C1 (en) | 2018-08-17 | 2018-08-17 | Magnetic system for nuclear magnetic resonance spectroscopy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018130020A RU2691753C1 (en) | 2018-08-17 | 2018-08-17 | Magnetic system for nuclear magnetic resonance spectroscopy |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2691753C1 true RU2691753C1 (en) | 2019-06-18 |
Family
ID=66947854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018130020A RU2691753C1 (en) | 2018-08-17 | 2018-08-17 | Magnetic system for nuclear magnetic resonance spectroscopy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2691753C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0623939A1 (en) * | 1993-05-03 | 1994-11-09 | Commissariat A L'energie Atomique | Permanent magnet structure for producing a stable and homogenous magnetic induction in a given volume |
| RU2138871C1 (en) * | 1998-05-27 | 1999-09-27 | Научно-исследовательский институт физики и прикладной математики при Уральском государственном университете им.А.М.Горького | Magnetic system |
| RU2284599C1 (en) * | 2005-04-15 | 2006-09-27 | Павел Николаевич Лавриненко | Magnetic system |
| US7268553B1 (en) * | 1997-11-26 | 2007-09-11 | Fonar Corporation | Method and apparatus for magnetic resonance imaging |
| RU2620579C2 (en) * | 2015-10-12 | 2017-05-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Magnetic system |
-
2018
- 2018-08-17 RU RU2018130020A patent/RU2691753C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0623939A1 (en) * | 1993-05-03 | 1994-11-09 | Commissariat A L'energie Atomique | Permanent magnet structure for producing a stable and homogenous magnetic induction in a given volume |
| US7268553B1 (en) * | 1997-11-26 | 2007-09-11 | Fonar Corporation | Method and apparatus for magnetic resonance imaging |
| RU2138871C1 (en) * | 1998-05-27 | 1999-09-27 | Научно-исследовательский институт физики и прикладной математики при Уральском государственном университете им.А.М.Горького | Magnetic system |
| RU2284599C1 (en) * | 2005-04-15 | 2006-09-27 | Павел Николаевич Лавриненко | Magnetic system |
| RU2620579C2 (en) * | 2015-10-12 | 2017-05-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Magnetic system |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Temperature-controlled permanent magnet for high-resolution nuclear magnetic resonance, B.A. EVANS и др., 1960, J. Sci. Instrum., 37, 353. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107121651B (en) | Probe for NMR-MAS equipment and NMR spectrometer | |
| Danieli et al. | Highly stable and finely tuned magnetic fields generated by permanent magnet assemblies | |
| Russell et al. | A new method for the measurement of Hall coefficients | |
| JPH0335814B2 (en) | ||
| EP2084497B1 (en) | Apparatus for and method of determining an angle between an element and a magnetic field | |
| US3080507A (en) | Apparatus for stabilizing magnetic fields | |
| You et al. | Designing model and optimization of the permanent magnet for joule balance NIM-2 | |
| RU2691753C1 (en) | Magnetic system for nuclear magnetic resonance spectroscopy | |
| Teotia et al. | Single Stretch Wire and vibrating wire measurement system for characterization of multipole accelerator magnets | |
| Wolff-Fabris et al. | High accuracy measurements of magnetic field integrals for the European XFEL undulator systems | |
| Mysik et al. | Thermostabilization of the Frequency of a Proton Relaxometer Based on Nuclear Magnetic Resonance with a Magnetic System on Permanent Magnets | |
| Hwang et al. | Advanced field-measurement method with three orthogonal Hall probes for an elliptically polarizing undulator | |
| Trott et al. | Improved accuracy and linearity of Hall probes and their application to linked scans | |
| Hwang et al. | Stretch-wire system for integral magnetic field measurements | |
| Henrichsen | Classification of magnetic measurement methods | |
| US2338694A (en) | Electrical measuring instrument | |
| Bloom et al. | Magnets and Magnetic Field Measurements | |
| US3155905A (en) | Iron vane type electrical indicating instrument with magnetic damping means and including fixed vane and coil adjustment means | |
| Hwang et al. | Integral magnetic field measurement using an automatic fast long-loop-flip coil system | |
| Zhang et al. | Faraday balance for measuring temperature coefficient of magnetic moment of permanent magnet | |
| Guha et al. | Up gradation of Microcontroller Based 3 Axis Control and Drive System for Magnetic Field Mapping of SCECR | |
| US2491305A (en) | Constant current regulator using a permanent magnet as a standard | |
| Jones | CXVII. The hall effect in aluminium crystals in relation to crystal size and orientation | |
| US751015A (en) | Lewis t | |
| Hutchison et al. | An Electrodynamic Balance for the Measurement of Magnetic Susceptibilities |