SU859975A1 - Устройство дл измерени магнитных свойств веществ - Google Patents

Description

1

изобретение относитс  к приборам дл  исследовани  физических свойств и может быть использовано при создании установок, в частности, дл  иссле- j довани  веществ с использованием магнитного резонанса.

Дл  исследоваии  физических характеристик веществ в р де случаев не- обходимы скпыме магнитные пол , ко- JQ торые могут быть получены с помсйдью сверхпровод щих магнитных систем.

Известно устройство, содержш ее cвepxпpoвojD  a ий (СП) соленоид, основна  обмотка которого подключена к ис . точйику питани , а дополнительна  включена к эталонному резистору и блоку регулировани , последовательна совдйнё йому с усилителем посто нного тока (УПТ) и генератором развертки, выходной сигнал генератора разверт- Л ки сравниваетс  на входе УПТ с ааход шм с гиалом су|««ирую1дего усилител . Усн енмаий сигнал разности поступает на рхо  блока регулировани , нагруз- кой  вл етс  дополнительна  обмогка   эталонмай резистор, uasff Hite напр жени  на указанном резисторе поступает на вход суммируювдаго усилител , работаимего в режиме нуль;Органа , сравниваетс  в нем с напр - л

жением источника опорного напр жени , ВЫХОДНОЙ сигнал поступает на регистрирующий прибор и на вход УПТ.

В процессе эксперимента сканирование (развертку) пол , необходимое .дл  обнаружени  и оценки резонансных  влений в образце, осуществл ют дополнительной СП обмоткой, расположенной в соленоиде.

Дл  увеличени  зоны обнаружени  резонансного сигнала и совмещени  центра его с началом отсчета развертывающего пол  (Нр) на измерительнсж приборе, дополнительно смещают посто нное магнитное поле на величину И (в см) путем изменени  тока в дополнитёд1ьнсй1 обмотке. В процессе работы синхронно с изменением магнитного пол  развертки -измен етс  положение индикатора регистрирующего прибора вдоль координаты X. При достижении необходимой величины пол  по каналу (координата У) на регистрирующий прибор поступает сигнал магнитного резонанса llj.

Однако в процессе измерени  из-за одноаременной работы каналов развертки и сдвига, вследствие коммутгщионных выбросов, ток в обмотке может превысить критическое значение, а

возрастание регулируквдего параметра (пол ) выше номинального значени  может вызвать структурные изменени  в исследуемом образце.

Цель изобретени  - повьааение надежности .

Поставленна  цель достигаетс  за счет того, что в устройство, содержащее последовательно соединенные генератор развертки и peгyлиpye й масштабный резистор, блок регулировани  на выходе которого включен объект регулировани , усилитель, вход которого соединен с объектом регулировани  и блоком задани  смещени , а выход усилител  и регистрирукщий прибор последовательно соединенные резистор и регулируелйлй масштабный резистор подключены к выходу генератора развертки, дополнительно введены ключ, последовательно соединенные масштабный усилитель d регул тором коэффициента усилени , и блок сравнени , а один из элементов регулировани , например блок регулировани , снабжен интегрирующим звеном, при этом ключ подключен ко входу блока регулировани  и через регулйруемай масштабный резистор - к выходу генератора развёртки, вход масштабного усилител  подключен к выходу усилител , выход масштабного усилител  соединен с регистрирующим прибором, ко второму входу блока сравнени  подключен выход генератора развертки , а выход блока сравнени  через переключатель- сблокированный с ключом соединен с генератором развертки, а регул тор коэффициента усилени  сблокирован с регул тором первого резистора .

На чертеже изображена структурна  схема устройства.

Устройство содержит объект регулировани , в качестве которого Б данном случае выступают обмотка 1 соленоида и эталонный резистор 2. Вход объекта регулировани  подключен к последовательно соединенным блоку 3 регулировани , ключу 4, масштабному резистору 5, генератору б развертки и переключателю 7, нормально открыты контакт которого соединен с выходом блока 8 сравнени . Переключатель 7 сблокирован с ключом 4. Выход упом нутого Ьбъекта регулировани  через резистор 9 соединен со входом усилител  10 и резистором 11, подключенным к блоку 12 Сдвиг задани  смешени  . выход усилител  10 соединен со входом масштабного усилител  13 и через резистор 14 подсоединен к точке соединени  резистора 5 и ключа 4. Усилитель 13 имеет регул тор 15 коэффициента усилени , который сблокировав ) с регул тором резистора 5.

Выход усилител  13 соединен d регистрирукадим прибором 16 и первым

входом блока 8 сравнени , второй вхо которого соединен с выходом генератора 6 развертки.

В исходном положении после включени  питани  ключ 4 и переключатель 7 наход тс  в положении I. Напр жени  на выходе генератора б развертки в качестве которого может примен тьс  интегратор, и на выходе блока Сдвиг задани  смещени  равны нулю, Соответственио и ток в катушке соленоида .тоже равен нулю. Дл  того, чтобы обнаружить полезный сигнал (линию резонанса), какправило, с помощью ручки регулировки резистора Б Масштаб выбирают максимальную амплитуду развертки тока катушки и запускают генератор б развертки. Напр жение с выхода генератора б развертки через резистор 5 поступает на вход форм({ровател  закона регулировани  блока 3 регулировани , где сравниваетс  с Ейыходным напр жением усилител  10, 11одаваё1цым на вход блока 3 регулировани  через резистор 14. Усиленный блоком 3 сигнал разности подаетс  в Цепь обмотки 1 соленоида и эталонного резистора 2.

Падение напр жени  на эталонном резисторе 2, подаваемое через резистор 9 на вход усилител  10, сравниваетс  с напр жением блока Сдвиг 1 задани  смещени , подаваемого через резистор 11. Выхсэдной сигнал усилител  10 подаетс  через резистор 14 на вход блока 3 регулировани  и, кроме того, усиленный масштабным усилителем 13, поступает на регистрирующий прибор 16. Величина напр жени , поступающего на вход регистрирующего прибора 16, определ етс  выражением

U IP- R а- к,о- к,з,

где R, - величина эталонного резистора;

К. - коэффициент уснлени  усилител  10;

то же, дл  усилител  13, ip - ток развертки. Ток через обмотку 1 соленоида.и пропорциональное ему падение напр жени  на эталонном резисторе 2 измен ютс  линейно. Величина тока развертки определ етс  выражением Т - Цвьцб

0

выходное напр жение усилител  10;

-выходное напр и

ВИХб жение генератора б развертки;

R.

-сопротивлени  резисторов 14, 5 и 2.

оэф ф ц еНт усилени  усилител  13 ) бпределен положением руко тки л тора 15, сблокированной с руко ткой регулировки величины резистора 5, и мен етс  согласно выражению K.j 14 Коэффициент усиле ни  усилител  10 () выбран таким чтобы при Любом положении руко тки резистора 5 Масштаб выполн лось у ловив - Вм«б Ц г 40 ъ вмх1 или UftlH14fe т n и , wriiK . .-.n in Н-- K,Q s т.е. напр жение на входе X регистрирующего прибора 16 всегда рав по величине и измен етс  синхронно с величиной напр жени  на выходе ге нератора 6 развертки. Амплитуда выходного напр жени  генератора вьгбрана посто нной и ной по величине пределу измерени  п координате X прибора 16, Одним пово ротом руко тки Масштаб измен етс  масштаб прибора 16 и амплитуда развертки пол  (тока), что способствуе сокращению времени измерени . Так как формирователь закона регулирова ни  (ФЗР) блока 3 регулировани  вме те с объектом регулировани  имеют в своём составе интегральное звено, то потенциал точки а равен нулю. На пример, дл  случа , когда в качестве объекта регулировани  выбран СП соленоид, потенциал точки с| определ етс  выражениек Ua UM где УЛ Ti падение напр жени  на обмотке 1; - передаточна  функ ци  ФЗР; . L - индуктивность обмот ки соленоида; и„ - падение напр жени  на этсшонном резисторе 2. Дл  упрощени  рассмотрени  выражени  {Л) предложим, что ФЗР имеет только интегральное звено, тогда потенциал точки о определ етс  и .- JfiLiJLft. Гц .11 -г р а 1/ТцР г к2мР где Ту - врем  интегрировани  ФЗР; Р - Ц) - углова  частота. При остановке развертки UQ О, так как и; 0. Размыкание ключа 4 (положение и) переводит интегратор ФЗР в режим х1Е анени  набранного значени , что приводит к фиксации тока (пол ) соленоида. Если объект регулировани  имеет в С9оем составе интегральное звено, то из состава ФЗР интегральное звено можно исключить. Т.е. ФЗР может Лать представлен просто усилителем с таким коэффициентом усилени , чтобы . раэсшкании ключа 4 в этси4 случае в ре сим хранени  переводите и1Гтегральное звено объекта регулировани . Если размыкание ключа 4 произвести в момент наблкздени  резонансных  влений на приборе 16, то услови  резонанса зафиксируютс . При разомкнутом ключе 4 любые манипул ции с сигналами управлени  не привод т к флуктуаци м регулируемого параметра, т.е. можно осуществл ть операции компенсации и смещени  луча (стрелки) прибора 16 в центр шкалы или в любую интересующую точку шкалы, что происходнт благодар  синхронному переводу переключател  7 в положение II. Переключатель 7 подключает ко входу генератора 6 развертки блок 8 сравнени  . в результате генератор развертки 6 работает в режиме инерционного Звена, передаточна  функци  которого определ етс  выражением Т ТР/КСС где Т - посто нна  времени интегратора; ,- коэффициент передачи блока сравнени ; Р - оператор Лапласеа. Враща  ручку блока 12 пол  Сдвиг заданий смещени , положение которой отградуировано в единицах измерени  пол  соленоида, смещают луч (каретку) прибора 16 по координате X в нужное (удобное) по;юженне, так как напр жение на выходе усилител  10 определ етс  выражением Uewifo - )- U - пгщение напр жени  на зталонном резисторе; и - напр жение компенсации ( сдвига); К - коэффициент усилени  усилител  10. При равенстве UR и (-U) напр жение на выходе усилителей 10 и 13 равно нулю (UB,, llebix-i). Таким образом, производ т компенсаьцию напр жени , поступающего с резистора 2, пропорционального току развертки, эталонньш напр жением блока 12 Сдвиг задани  смещени . Одновременно по положению регул тора определ ют величину пол , при котсфом наблкодаетс  резонанс. переводе переключател  7 в положение II посто нна  времен  генератора б раэвертк  уменьш |етс  до такой величины, что при максимгшьно возможном Я11стродействии оператора, анипулирующего руко ткой Сдвиг, выполн етс  усаовие «ВМЯП- ймхб. т.е. W - 1 пагсздгф  этому потенцигш точки а с г«$етс  равным нулю при любом поло е ии ручек Мас  таб и Сцвиг, что ет{чгд о доказать UbMHIQ- Ру «r «Н4 и JbL - в«х.о- -fe ВМЯЧО Ч де Uuj,Т .е. возврат ключа 4 и переключател  7 в положение 1 после всех манипул ций дл  системы регулировани  происходит безударно, не вызыва  выбросов регулируемого параметра.

В исходном положении на выходе генератора б развертки - нуль, на выходе Сдвиг - .нуль, переключатель 7 и ключ 4 в положении 1. Выбрав требуемый масштаб развертки (амплитуду развертки), выбирают максимально допустимую скорость, запускают генератор 6 и обнаруживают  вление резонанса (прописывают линию или спектр линий). Если оператора интересует величина пол , при которой возник резонанс, развертку пол  останавливают на резонансной линии, перевод  ключ 4 и переключатель 7 в положение tI, Враща  руко тку Сдвиг, совмещают максимум резонансной линии с началом отсчета, при этом дл  повышени  точности переключают Масштаб не тер   выбранную точку резонансной линии с экрана регистрирующего прибора 16. Отсчет ведетс  по положению руко тки Сдвиг, форму линии наблюдают , вернув -жлюч 4 в положение 1 и запустив еще раз генератр б развертки , предварительно выбрав масштаб развертки таким, чтобы изображение занимало как можно больший учасtoк шкалы X регистрирующего прибора 16, Отсчет ШИРИНЫ резонансной линии удобней вести по шкале, определ   согласно формуле

Н N М ,

где Н - ширина линии; N - длина участка шкалы регистрирующего прибора 16; М - масштаб развертки. Точность измерени  магнитногр пол  повьшаетс  при использовании соленоида , состо щего из двух обмоток, одна из которых переводитс  в режим. замороженного тока в момент наблкщеВИЯ резонансных  влений в образце, наход щемс  в известных резонансных услови х.

Применение предлагаемого устройства позвол ет свести к минимуму выбросы регулируемого параметра при переключении масштабов развертки ив п Ьцессе измерени  пол  (тока), исключить аварийные ситуации за счет того, что введенный в Схему ключ 4 , пе1реводит в режим хранени  интегратор контура регулировани , а переключатель 7, блок 8 сравнени  и масшта:бный усилитель 13, обеспечива  синхронность изменени  напр жени  на входе регистрирующего прибора 16 и выходе генератора 6 развертки, по звой ют безударное за ыканив (разьыкйн ё ) контура регулировани . Кроме того, п1 именение предлагаемого устройства позвол ет сократить врем  измер .ни  за счет исключени  многок1эатного повторени  циклов развертки в процессе измерени  или смещени  резонансной линии по экран/ регистрирующего прибора. Дл  достижени  устойчивой работы устройства и расширени  области применени  в контур регулировани  введен блок регулирова- ни  в виде пропорвионально-интегрально-дифференциальиогр звена с независимой регулировкой коэффициентов

л динамической настррйки каждого зЛемента звена от.нул  до максимума, что позволит использовать его в качестве регул тора и измерител  практически любых физических величин. Если на объект регулировани  не наS ложены какие-либо ограничени  или при ограниченной скорости развертки требуютс  малые амплитуды развертки регулируемого параметра, смещение изображени  по экрану регулирующего

0 прибора 16 можно осуществл ть без разкблкани  ключа 4, задав малый период повторени  развертки.

Claims (1)

1. Авторское свидетельство СССР но эа вке 2548019/21, Kgi JE Oi И 33/02, 1978.