<p></p>
<p>ί ' 2 /</p>
<p>Изобретение' относится к технологии исследования магнитных свойств вещества, может быть использовано при создании установок для физических исследований, например, при анализе веществ с исполь- <sup>5 </sup>зованием магнитного резонанса.</p>
<p>Известны способ и устройство для исследования свойств образцов. Согласно этому способу магнитное поле, создаваемое сверхпроводящим соленоидом, стабилизн- <sup>10</sup>' руют, закорачивая его сверхпроводящим ключом, а развертку и модуляцию поля осуществляют с помощью систем катушек — центральной, расположенной в рабочей зоне соленоида, и компенсирующих, <sup>15 </sup>расположенных вне этой зоны [1]. Система ’ развертки подключается к стабилизированному источнику питания, который освобождается после закорачивания соленоида. Поскольку амплитуда развертки много <sup>20 </sup>меньше величины «замороженного» поля, это обеспечивает относительную стабиль- ’ ность на несколько порядков большую, чем при развертке разомкнутого соленоида от. того же источника питания. <sup>25</sup></p>
<p>Однако описанный способ не обеспечивает регистрации резонансных явлений в</p>
<p>образцах и количественной оценки поля.</p>
<p>Известен другой способ, который заключается в том, что развертку магнитно- <sup>30</sup></p>
<p>го поля сверхпроводящего соленоида, необходимую для наблюдения сигнала ядерного магнитного резонанса (ЯМР), осуществляют с помощью дополнительной однослойной сверхпроводящей обмотки, помещенной в рабочее отверстие соленоида, причем' сначала магнитное поле, создаваемое основным соленоидом, стабилизируют путем создания режима «замороженнбго» поля, а затем осуществляют развертку магнитного поля в окрестности значения «замороженного»'ноля [3].</p>
<p>Недостатком этого способа является низкая точность вследствие того, что в процессе выхода на необходимое значение магнитного .поля величина «замороженного» поля неизвестна. Чтобы знать ее, необходимо или иметь эталон, или включать измеритель магнитного поля, котбрый позволяет оценить величину «замороженного» поля.</p>
<p>Кроме того, данный способ не обеспечивает необходимой____скорости измерений—·</p>
<p>вследствие ограниченного значения амплитуд^ (развертки, так как при поиске сигнала/ и ! остановке на требуемом значении магнитного ноля /7<sub>0</sub>, амплитуда развертки не превышает ± 100 э, т. е. если значение Н<sub>о</sub> определено неточно, необходимо размораживать соленоид и выходить на новое значение Н<sub>о</sub>. <sup>;</sup></p>
<p>.1</p>
<p>761962</p>
<p>з ,.., 7 ' . ; ' <sup>!</sup> '4</p>
<p>С целью повышения точности и производительности измерений магнитных свойств образца способом, заключающимся в том, что образец помещают в постоянное магнитное поле сверяцровддя'щего соленоида, стабилизируют поле путем создания режима «замороженного» така, осуществляют развертну поля с амплитудой, меньшей по крайней мере на порядок величины «замороженного» поля, регистрируют полезный сигнал прибором, развертка которого синхронизирована с разверткой магнитного поля, и измеряют величину магнитного поля, соответствующего полезному сигналу, постоянное магнитное поле соленоида смеЩ'аёт до совмещения центра сигнала с началом отсчета регистрирующего прибора, а о величине магнитного поля, соответствующего полезному сигналу, судят по значениям «замороженного» поля и поля смёще• НИЯ.</p>
<p>β устройство для осуществления способа, содержащее сверхпроводящий соленоид, основная обмотка которого подключена к источнику питания, ' а дополнительная включена' в контур" из" последовательно соединенных генератора напряжения развертки, первого резистора, усилителя постоянного тока, блока регулирования у шунта, регистрирующий прибор, соединенный через «второй резистор 'со'Щхбдбй'у^ лителя постоянного тока, и третий резистор, первый вывод которого связан с общей точкой между дополнительной обмоткой и шун.....том, введены последовательно соединенные блок задания ' смещения ма'гпитного поля, четвертый резистор и усилитель, выход которого соединен с регистрирующим прибором, а вход - - со вторым выводом Третьего резистора.</p>
<p>На чертеже представлена схема устрой" Ства" для ‘измерения магнитных свойств образца.</p>
<p>Устройство содержит сверхпроводящий соленоид 1, основная обмотка 2 которого подключена к источнику питания 3, а дополнительная обмотка 4 включена в контур из' последовательно соединенных генератора напряжения развертки 5, первого резистора 6, усилителя постоянного тока (УПТ) 7, блока регулирования 8 и шунта 9, 1ре'пистрирующий прибор 10, второй резистор 11, третий резистор 12, блок задания смещения магнитного поля 13, четвертый резистор 44, усилитель 15.</p>
<p>Исследуемый образец помещают в' постоянное магнитное поле, которое создают Сверхпроводящим соленоидом 1. При' достижении необходимого значения магнитного ноля (Н<sub>о</sub>) его стабилизируют с помощью сверхпроводящего ключа (на чертеже не показан), создавая режим «замороженного» ноля. </p>
<p>Величину поля Н<sub>о</sub> 'определяют в окрестностях ожидаемых появлений . полезного</p>
<p>сигнала с исследуемого образца, находящегося -в~ известных условиях возникновения резонанса.</p>
<p>(После изменения условий развертку 5' (сканирование) поля, необходимую для обнаружения и оценки резонансных явлений в образце, осуществляют дополнительной обмоткой 4, расположенной в сверхпроводящем соленоиде 4, 'Скомпенсированной с ним по однородности. Для увеличения зоны обнаружения резонансного сигнала и совмещения его с центром сканирования развертывающего поля (НА) на регйстрирующем приборе 40 вводят дополнительное по5 ле смещения Я<sub>см</sub> путем изменения тока в дополнительной обмотке 4 соленоида. Таким образом,на образец действует магнитное'поле. '</p>
<p>. 7/ς—Н<sub>0</sub>-7 Н ь-7 Н<sub>си</sub>,</p>
<p>причем стабильность и точность его измерений определяют (высокой стабильностью поля Н, которая в рабочем .режиме обеспечивается закорачиванием сверхпроводящего соленоида 4 сверхпроводящим .ключом (на. чертеже не показан). При этом .существенно снижается требование к стабильности каналов развертки НА и смещения Н <sub>см </sub>и точности измерения их величин, так как величины этих полей гораздо меньше величины поля Но.</p>
<p>Измерение производят следующим образом. После обнаружения полезного сигнала, т. е. появления его на регистрирующем приборе 40 (например экране осциллографа) осуществляют смещение наблюдаемо- . го сигнала 'по .экрану регистрирующего прибора путем (введения Дополнительного тока в дополнительную обмотку 4, Так как место; положение сигнала на экране регистрирую- '. щего прибора определено суммарным воздействием поля Н-&, то при введении пбля смещения изображение сигнала -«скользит» по экрану регистрирующего прибора (сдвигается) и может быть установлено симметрично относительно нуля регистрирующего прибора.</p>
<p>Поскольку измеряемое поле соответствует центру линии, то, уменьшая масштаб развертки до получения изображения полезного сигнала на (весь экран и даже более, можно скбль уго'дно точно, до толщины линии изображения сигнала на регистрирующем приборе совместить с .помощью -поля смещения центр сигнала с началом отсчета регистрирующего .прибора ' (НОРП) и тем самым с точностью, определяемой точностью калибровки дополнительного поля смещения, измерить величину поля, при которой наблюдается сигнал. Таким же образом, перемещая сигнал вдоль оси регистрирующего прибора путем (введения дополнительного тока в дополнительную обмотку,</p>
<p>’ определяют ширину линии исследуемого</p>
<p>5 '6</p>
<p>761962</p>
<p>сигнала на любом, масштабе развертки, а также спектр линий й“ф'а>сстояииё между линиями но полю. . ’</p>
<p>Величину напряженности поля, соответствующего'точкам (шар а метрам) наблюдае-., <sup>5 </sup>мой характеристики сигнала, измеряют то показаниям блока задания смещенйя' магнитного толя 13, откалиброванного в еди• ницах измерения по'ля.</p>
<p>Например, перед началом измерений на 1,0 уровне поля Н<sub>о</sub>, равного 50 кэ, произведя «замораживание», наблюдая сигнал ' с образца, находящегося 'в известных условиях .возникновения резонанса, обнаруживают,' что из-за инерционности 'сверхгараводящего 15 ключа либо по. Д'рупим .причинам «замораживание» произошло не точно «а линии, а с ошибкой, т. е, измерение толя Н<sub>о</sub> неточно, но «замороженное» толе имеет высокую ста бильность, дрейфом его в ироцеосе измере- 20 ний можно пренебречь. Вводя ток смещения ;</p>
<p> ί помощью дополнительной обмотки 4,</p>
<p>возвращают ушедший сигнал в НОРП, т. е. определяют новое начало отсчета относительно «замороженного» толя. ' 25.</p>
<p>В.,процессе эксперимента меняют резонансные условия и по изложенной ..выше методике находят центр сигнала и приводят к НОРП.</p>
<p>Если Н<sub>й</sub> 50 дз, а + /70,) < 1 кэ,</p>
<p>то</p>
<p><sup>а</sup>изм</p>
<p>н<sub>0</sub></p>
<p>(Н<sub>п</sub></p>
<p>/70,)</p>
<p>0ЙЗХ1</p>
<p>”50” *</p>
<p>/Та— Н<sub>о</sub> + Н' +®изм) + ^4м(1 +<sup>а</sup>изм)·</p>
<p>ί .</p>
<p>' Если резонансные условия изменились так,</p>
<p>' что размаха поля смещения не хватает для смещения сигнала в НОРП, то Н-. апреле- 35</p>
<p>ляется выражением:</p>
<p>+ Н' +<sup>а</sup>изм) +^Лм(1+<sup>а</sup>пзм) +</p>
<p>-т-//А(1+аД<sub>изм</sub>),</p>
<p>-··'..··' · 40</p>
<p>где Н'<sub>см</sub> — величина поля /7<sub>С1)</sub>, которую</p>
<p>ввели для компенсации ошибки измерения поля Н<sub>о</sub>;</p>
<p>«изм —' относительная ошибка измерения поля Н<sub>си</sub> по' току, проте- <sup>45 </sup>кающему через шунт;</p>
<p>(хАизм — относительная ошибка измерения толя развертки этим же</p>
<p>' методом.</p>
<p>В случае, когда толе смещения доста- <sup>50 </sup>точно для смещения сигнала в начале отсчета регистрирующего прибора 10, влияние поля развертки исключено и относительная ошибка измерения поля Н<sub>2</sub> будет определена выражение^ <sup>55</sup></p>
<p><sub>к</sub> Т Н см(Хцз.м 7/см^.чзм </p>
<p>Н,±Н'^ЛН<sub>(и</sub>.</p>
<p>. (При фиксированном значении поля смещения можно производить сканирование с любым масштабом развертки, что Дает возможность обнаруживать и наблюдать полезный сигнал или спектр сигналов исследуемого образца. При этом измерение величины поля НА, расстбяиие между линиями спектра и ширйны линии резонанса осуществляют непосредственно на регистрирующем. приборе с учетом его цены деления. Устройство работает следующим образом. .</p>
<p>;</p>
<p>• .Сигнал с выхода генератора напряжения .развертки 5 через первый резистор 6 поступает та вход УПТ 7, где сравнивается с выходным сигналом усилителя 15, подаваемым на вход УПТ 7 через второй резистор 11. Усиленный сигнал разности. подается на вход блока регулирования 8, нагрузкой которого является дополнительная обмотка 4' с шунтом 9. Падение напряжения на шунте 9, подаваемое через третий резистор 12 на вход’усилителя 15, сравнивается в нем с напряжением блока.задания смещения .магнитного поля 13, подаваемым через четвертый резистор 14. Выходной сигнал усилителя 15 подается на вход УПТ 7 через резистор' 77 и на вход регистрирующего прибора 10. '</p>
<p>Рассмотрим режим работы устройства с управлением от генератора напряжения развертки 5.</p>
<p>1. -Пусть = а ί/<sub>ΒΧ</sub>, = 0,</p>
<p>где Пвх, —входное напряжение генератора напряжения развертки 5;</p>
<p>и<sub>вХг</sub> — напряжение блока задания смещений магнитного поля 13.</p>
<p>В этом случае (величина напряжения на выходе усилителя 75</p>
<p>и<sub>в</sub></p>
<p>Увх,’7?ц</p>
<p>к*</p>
<p>Величина выходного напряжения (1вых,</p>
<p>и<sub>в</sub></p>
<p>к,</p>
<p>(^СМ ςΕ /7 <sub>см</sub>) й<sub>нзм </sub>НрУ-(Н<sub>сы</sub> + Н<sup>!<sub></sup>сы</sub>Г (^„±/7^) <х.<sub>и</sub></p>
<p>СМ -Е СМ</p>
<p>/7п</p>
<p><sub>60</sub> где Т<15 — коэффициент-передачи , усилите...... ля 15.</p>
<p>Ток, протекающий через дополнительную обмотку 4 в результате воздействия</p>
<p>. сигнала развертки [/<sub>вх</sub>. =»= Н,</p>
<p>65</p>
<p>/7,</p>
<p>1 +</p>
<p>I</p>
<p>761962</p>
<p>8</p>
<p>7</p>
<p>где Ρ<sub>9</sub> — -сопротивление шунта <sub>5</sub></p>
<p>, 7/вЫХ'! _ Рз\,'Р\\</p>
<p>Κν,·Ρ» ~ Κ<sub>ι:></sub>Ρ,·Ρ<sub>Λ</sub> ·</p>
<p>’ Применение описанного выше способа ю исследования характеристик образцов и устройства для его осуществления позволя'' ет существенно. повысить точность и скорость измерений за счет того, что обеспечивается возможность’ изменять амплитуду 15 поля развертки без потери полезного сигнала с экрана регистрирующего прибора в случае сдвига изображения полезного сигу нала в начало отсчета регистрирующего прибора. ,20</p>
<p>Кроме того, в случае остановки (замо- ,· раживания») поля основного соленоида не точно на линии сигнала исследуемого образца полем смещения легко устанавливается новое начало· отсчета Путем ’ смещения 25</p>
<p>• сигнала .вдоль оси регистрирующего прибора. Данная Поправка учитывается при дальнейшем измерении, что позволяет, не "размораживая соленоида, вносить поправки в необходимое значение магнитного поля, по- 30 вышая тем самым точность измерения маг' нитного поля н скорость исследований.</p>
<p>Информация о ,развертке ·.магнитного поля" снимается с шунта, величина которого неизменна независимо от величины введен- 35</p>
<p>, ного поля смещения и амплитуды поля развертки, Таким образом, введение поправок в магнитное поле не искажает информацию о развертке и не ухудшает точности изме рения, у 40</p>
<p>'</p>