SU813343A1 - Магнитометр - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к магнитннм измерени м и может быть использовано дл  измерени  магнитных полей на основе метода  дерного магнитного резонанса .

Известен магнитометр, выполненный на базе измерител  магнитного пол  К 11 - 2,. Система автоматической подстройки частоты содержит две цепи обратной св зи: электронную (на основе изменени  емкости варикапа) и электромеханическую (на основе переменного конденсатора, механически св занного с реверсивньам двигателем) . Автоматический поиск сигнала ЯМР осуществл етс  путем разбаланса синхронного детектора 1.

Недостатками магнитометра  вл етс  наличие электромеханической системы и значительные погрешности в определении величины магнитного пол .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство дл  измерени  магнитного пол , содержащее автодин, усилитель высокой частоты, амплитудный детектор сигнала поглощени , усилитель низкой частоты, синхронный детектор вырабатывающий сигнал ошибки, и блок автоматического слежени  и поиска сигнала ЯМР. Захват линии резонанса производитс  по напр жению второй гармоники частоты модул ции, которое максимально в центре резонансной линии сигнала поглощени . Устройство предпо- лагает наличие катушек модул ции пол  в конструкции датчика или магнита, параметры которого измер ютс  2.

Недостатком устройства  вл етс 

0 нарушение однородности измер емого пол  в св зи с необходимостью его модул ции, а следовательно, недостаточно высока  точность измерений.

Цель изобретени  - повьвиение точ5 ности измерений путем исключени  вли ни  магнитометра на однородность измер емого пол .

Эта цель достигаетс  тем, что в магнитометр, содержащий последова0 тельно соединенные датчик ЯМР, варикап , усилитель низкой частоты, синхронный детектор и интегратор, а также автодин, подключенный к выходу датчика ЯМР, модул тор, первым вы5 ходом св занный со вторым входом сингхронного детектора, а вторым выходом с выходом интегратора, и амплитудный детектор, входом подключенный к выходу усилител  низкой частоты, вве0 дены последовательно соединенные гетеродин , балансный сместитель, фильт нижних частот и усилитель посто нного тока, а также последовательно соединенные реле времени и триггер, причем вход гетеродина соединен с выходом модул тора, второй вход балансного сместител  с выходом датчика ЯМР, выход усилител  посто нного тока со входом усилител  низкой частоты, второй вход интегратора с первым входом триггера, второй вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, а выход - ко входу интегратора.

На фиг. 1 изображена структурна  схема предложенного магнитометра; на фиг. 2 - напр жение на выходе усилител  посто нного тока.

Магнитометр содержит датчик ЯМР 1 варикап 2, автодин 3, балансный сместитель 4, фильтр 5 нижнихчастот, усилитель б посто нного тока, усилитель 7 низкой частоты, амплитудный детектор 8, синхронный детектор 9, реле времени 10, триггер 11, интегратор 12, модул тор 13 и гетеродин 14, Автодин 3 с варикапом 2, последовательно соединенные балансный сместитель 4, фильтр 5 нижних частот усилитель 6 посто нного тока и гетеродин 14 образуют детектор сигнала дисперсии, представл ющий собой сиетему фазовой автоподстройки частоты. Детектор сигнала дисперсии, усилител

7низкой частоты, синхронный детек . тор 9, интегратор 12 образуют цепь

слежени  за линией ЯМР. Усилитель 7 низкой частоты, амплитудный детектор

8и триггер 11 образуют цепь поиска ЯМР. Интегратор 12 выполн ет функцию генератора пилообразного напр жени , управл ющего напр жением на входе гетеродина 14 в режиме поиска.

Устройство работает следующим образом .

Датчик ЯМР 1 помещаетс  в измер емое магнитное поле. Ядерный магнитный резонанс наступает в момент выполнени  услови ;

, где W - частота резонанса;

-jr - гиромагнитное отношение, посто нна  дл  данного равенства; Н - напр женность измер емого

магнитного пол .

В колебательном контуре, образованном датчиком 1 и варикапом 2, возникают собственные колебани . Возникающее в области резонанса изменение магнитной восприимчивости вещества вызывает частотную и амплитудную модул цию генерируе1мых автодином 3 высокочастотных калебаний , которые детектирьтотс  последующими блоками и после чего выдел етс  либо сигнал дисперсии, либо поглощени .

В предлагаемом магнитометре исползуетс  сигнал дисперсии,

При сканировании частоты автодина 3 вблизи резонанса напр жение сигнала дисперсии, возникающее на выходе детектора сигнала дисперсии, то есть на .выходе усилител  6, имее вид, изображенный на фиг. 2.

Если частоты гетеродина 14 и авкгодина 3 близки, то наблюдаетс   вление так называемого захвата частотой гетеродина частоты автодина, в результате которого устанавливаетс  определенное фазовое соотношение их колебаний (сдвиг фаз на 90), пр котором сигнал разбаланса на выходе балансного смесител  4, и на выходе усилител  6 нулевой.

Синусоидальное напр жение низкой Частоты с модул тора 13, воздейству на гетеродин 14, производит качание его частоты около фиксированного значени . Вследствие этого низкочастотное напр жение, по вившеес  на выходах балансного сместител  4 и фильтра нижних частот 5, усиленное усилителем посто нного тока 6, воздействует на варикап 2 автодина 3 и измен ет частоту последнего по заказу изменени  частоты гетеродина 14 (около того же фиксированного значени  частоты).

При отклонени х от центра резонанса по обе стороны до половины ширины резонансной кривой сигнала дисперсии на выходе детектора сигнала дисперсии по вл етс  возрастающее от нул  до максимума (в точках М и M,.j фиг. 2) напр жение удвоенной частоты модул ции со сменой фазы при переходе через центр резонанса (точка . О). Это напр жение выдел етс  и усиливаетс  избирательным и низко .частотньм R С усилителем 7, настроенным на удвоенную частоту модул ции, поступает на один из входов синхронного детектора 9, на второй вход которого подано опорное напр жение с модул тора 13, Выходной сигнал детектора 9 - крива  производной сигнала дисперсии по 2-й гармонике модулирующей частоты. Пол рность выходного сигнала синхронного детектора 9 определ етс  фазой входного сигнала. Выходное напр жение синхронного детектора 9 через интегратор 12 управл ет напр жением на входе гетеродина 14. в процессе поиска линии резонанса выходное напр жение интегратора 12, нараста  от значени  до U, будучи поданным на гетеродин 14, перестраивает его частоту и частоту автодина 3 в некотором интервале частот, которому (согласно соотношению w ТН) соответствует диапазон измер емых магнитометром магнитных полей . При подходе к резонансу на выходе усилител  7 по вл етс  напр жение удвоенной частоты модул ции достигающее определенного уровн . Это напр жение, вьаделенное амплитудным детектором 8, воздействует на триггер 11. При подходе к центру резонанса указанное напр жение уменьшаетс  и обращаетс  в нуль в центре резонанса. Это уменьшение приведет к срабатыванию триггера 11, который измен ет свое первонав состо чальное состо ние

ние 1 , При переходе триггера 11 в состо ние Ч прекращаетс  рост пилообразного напр жени  выхода интегратора 12, которое теперь измен етс  по закону производной сигнала дисперсии по 2-й гармонике частоты модул ции. Начинаетс  процесс слежени , Если в процессе слежени  за линией резонанса поле достигает определенного значени  - выше или ниже пределов измерени , пульс с выхода интегратора 12 переведет триггер 11 в состо ние О, Начнетс  новый цикл поиска резонансной линии. Реле времени 10 через короткий промежуток времени после подключени  питани  к устройству сбрасывает триггер 11 а О, так как после включени  этот триггер может находитьс  в любом состо нии .

Использование частотной модул ции автодина вместо модул ции измер емого пол  исключает вли ние работы магнитс 4етра на однородность измер емого пол ,

Применение предлагаемого магнитометра позвол ет в ЭПР спектрометра наблюдать парамагнитный резонанс в исследуемых образцах и измер ть магнитное поле одновременно, что зачастую  вл етс  необходимый условием физического эксперимента, кроме того исключение модул ционных катушек обеспечивает возможность уменьшени  габаритов датчика, что  вл етс  существенным в спектрометрах, в частности в сверхпровод щих соленоидах, где полезный объем мал и габариты датчика определ ютс  обмотками модул ции .

Claims (1)

1.Приборы и техника експеримента , 1975 № 4, с, 234,

2,Ж, ПНИ, 1972, №8, С, 61,