Источник поляризующего магнитного поля для спектрометрической аппаратуры Советский патент 1983 года по МПК G01N24/10 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при изготовлении портативных диоспектрометров электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР), предназначенных для решения задач методом магнитно-резонансной спектроскопии в геологии, химии, металлургии, медицине и других отраслях науки и техники, Известен источник поляризующего магнитного поля, выполненный на. основе электромагнита и включающий блок управления магнитным полем, источник питания и датчик Холла, расположенный в рабочем зазоре электромагнита 1 . В известном устройстве создание магнитного поля и его развертка осуществляется с помощью обмоток, распо ложенных на полюсных наконечниках электромагнита. Магнитное поле в рабочем зазоре стабилизируется по датчику Холла, Стабильность магнитного поля и линейность развертки определяются, главным образом, параметрами датчика Холла, в частности температурной стабильностью ЭДС Холла и коэффициентом нелинейности его характе ристики. Для лучших известных типов датчиков Холла эти параметры не превышают соответственно 5-10 и 3-10 град. Таким образом, недостатком извест ного устройства является невысокая стабильность магнитного поля и нелинейность его развертки. Наиболее близким к изобретению является источник поляризующего магнитного поля для спектрометрической аппаратуры, содержащий постоянный магнит с механизмом перестройки магнитного поля, блок управления магнит ным полем и датчиком магнитного поля расположенный в рабочем зазоре магни та 2. В данном устройстве значение магнитного поля в рабочем зазоре непрерывно контролируется датчиком магнит ного поля, а его изменение осуществляется механизмом перестройки, снабженным электроприводом. При этом дис кретность и нелинейность перестройки компенсируется с помощью катушек кор рекции. Для известного источника магнитно го поля характерны те же недостатки, что и для электромагнита, а именно: зависимость параметров магнитного поля (стабильности и линейности развертки) от параметров датчика магнитного поля. Непрерывная стабилизация магнитно го поля по датчику магнитного поля в известном устройстве фактически снижает потенциально высокую стабиль ность магнитного поля, которую может обеспечить постоянный магнит. Так, например, стабильность постоянного магнита ЮНДК 38Т8 достигает 10 град ч; Активное термостатирование датчика магнитного поля приблизительно на порядок (до 10 ) повышает стабильность магнитного поля, но приводит к существенному увеличению габаритов, веса и энергопотребления магнитной системы. Это противоречит функциональному значению данного класса источников магнитного поля на основе постоянных магнитов, предназначенных для Использования в малогабаритной переносной спектрометрической аппаратуре, эксплуатация которой, как правило, должна осуществляться во внелабораторных условиях при воздействии различных дестабилизирующих факторов (температуры, влажности, вибраций и т.п.). Цель изобретения - повышение стабильности магнитного поля и линейности его развертки. Указанная цель достигается тем, что в источник поляризующего магнитного поля для спектрометрической аппаратуры, содержащем постоянный магнит с механизмом перестройки магнитного поля, блок управления магнитным полем и датчик магнитного поля, расположенный в рабочем зазоре магнита, дополнительно введены программируемый генератор импульсов, катушки импульсной модуляции, схема выборки-хранения, усилитель ошибки и блок коммутации, причем программируемый генератор импульсов соединен первым выходом с катушками импульсной модуляции, вторым выходом - с стробируемым входом схемы выборкихранения и третьим выходом - с коммутирующим входом блока коммутации, схема выборки-хранения, усилитель ошибки и блок коммутации соединены последовательно и подключены между датчиком магнитного поля, размещен- . ным между катушками импульсной модуляции и блоком управления магнитным полем, а второй вход усилителя ошибки соединен с выходом датчика магнитного поля непосредственно. На чертеже представлена блок-схеа источника поляризующего магнитного поля для спектрометрической аппаатуры . Источник поляризующего магнитного оля для спектрометрической аппарауры содержит постоянный магнит 1, ключенный в магнитопровод 2 с рабоим зазором 3 и механизмом 4 перетройки магнитного поля, блок 5 упавления магнитным полем, датчик б агнитного поля, программируемый енератор импульсов 7, катушки 8 импульсной модуляции, между которыми размещен датчик 6 магнитного поля, схема 9 выборки-хранения, усилитель 10 ошибки, блок 11 коммутации. Первый выход программируемого генератора импульсов 7 соединен с катушками 8 импульсной модуляции, второй выход с стробируемым входом схемы 9 выборки-хранения, а третий выход - с коммутирующим входом блока 11 коммутации, схема 9 выборки-хранения, усилитель 10 ошибки И блок 11 коммутации соединены последовательно и вклю между.выходом датчика 6 магнитного поля и входом блока 5 управления магнитным полем, при этом второй вход усилителя 10 ошибки подключен к выходу датчика магнитного поля непосредственно. Источник поляризующего магнитного поля для спектрометрической аппаратуры работает следующим образом. Магнитное, поле в цепи магнитопровода 2 создается постоянным магнитом 1. Изменение величины магнитного поля в рабочем зазоре 3 осуществляет ся механизмом 4 перебтройки магнитно го поля любым известным способом, на пример за счет изменения магнитного сопротивления в цепи магнитопровода 2. Механизм 4 перестройки магнитного поля управляется блоком 5 управ ления магнитным полем. Развертка магнитного поля осущест ляется дискретно, по программе, следующим образом. Программируемый гене ратор импульсов 7 вырабатывает серию калиброванных по амплитуде импульсов которые одновременно поступают на ка тушки 8 импульсной модуляции, на стробируемый вход схемы 9 выборки-хр нения и коммутирующий вход блока 11 коммутации. Катушки 8 импульсной мо дуляции создают локальное возмущающее импyJ}ьcнoe магнитное поле, направление которого совпадает с напра лением основного магнитного поля в рабочем зазоре и, следовательно, оп ределяется полярностью поступающих импульсов. Сигнал от датчика 6 магнитного поля (например, датчика Холла), расположенного в поле катуш 8 импульсной модуляции, изменяется после каждого импульса на величину импульсного возмущения и подается на усилитель 10 ошибки, где этот си нал сравнивается с сигналом, поступающим со схемы 9 выборки-хранения и соответствующим значению магнитно го поля на датчике 6 до момента пос тупления импульса. Схема 9 выборкихранения , управляемая программируемым генератором импульсов 7, обеспе чивает запоминание амплитуды сигнал с выхода датчика 6 магнитного поля до момента начала импульса. В резул тате, во время действия импульса на выходе усилителя 10 ошибки формирутся сигнал ошибки, пропорциональный величине изменения магнитного поя, который через открытый тем же импульсом блок 11 коммутации и блок 5 управления магнитным полем подается на механизм 4 перестройки. В результате действия управляющего сигнала величина поляризующего магнитного поля в рабочем зазоре 3 изменяется таким образом, чтобы скомпенсировать величину импульсного возмущения магнитного поля на датчике б магнитного поля. По окончании импульса магнитного поля сигнал на выходе датчика 6 вновь изменяется, но он не проходит ,на блок 5 управления магнитным полем, так как блок 11 коммутации в этом случае разрывает цепь управления блоком 5. При -поступлении следующего импульса цикл работы устройства повторяется. В промежутках времени между импульсами магнитного поля (в этот момент времени датчик 6 магнитного поля отключен от блока 5 управления) в рабочем зазоре 3 поддерживается постоянное магнитное поле, стабильность которого, в отличие от известного устройства, не зависит от параметров датчика 6 магнитного поля, а определяется только стабильностью постоянного магнита 1. Таким образом, изобретение обеспечивает повышение стабильности магнитного поля. Таким образом изобретение обеспечивает повышение стабильности магнитного поля. При формировании последовательности П импульсов магнитного поля, магнитное поле в рабочем зазоре 3 изменится на величину h-AH«i, где л Ну амплитуда импульсов магнитного поля. Задавая число импульсов (амплитуда импульсов &НУ калибрована), можно установить любое требуемое значение магнитного поля. Периодическая развертка магнитного поля, таким образом, осуществляется периодическим повторением последовательности импульсов, причем скорость развертки задается частотой следования импульсов, а направление развертки (возрастающая или спадающая) - полярностью импульсов . Амплитуда развертки магнитного поля регулируется либо изменением числа импульсов (при фиксировании амплитуды импульсов), либо изменением амплитуды импульсов поля (при фиксировании числа импульсов). При этом линейность развертки, в отличие от известного устройства, определяется только относительной стабильностью амплитуды импульсов маг8(л.Ни и не зависит от нитного поля

линейности датчика магнитного поля, т.е.

S(bHp nBUHu) SMu) (tHp Wp &HU

где 8(лНр) - абсолютная нелинейность

развертки;

а HP - амплитуда развертки магнитного поля;

п - число импульоов разверт.ки.

Действительно, за короткий промежуток времени, в течение которого длится импульс поля (А О-100 мкс), параметры датчика магнитного поля не мргут измени-ться из-за его тепловой инертности (которую несложно еще повисить, закрепив датчик поля непосредственно на полюсном наконечнике магнита). Медленные температурные дрейфы параметров датчика магнитного поля, которые в известных устройствах ограничивают ста бильность магнитаого поля, не юказьЕвают влияния на стабильность поля в предлагаемом устройстве, поскольку датчик магнитного поля выполняет функцию детектора ошибки.

В предлагаемом устройстве развертка магнитного поля осуществляется последовательностью из 5000 импульсов длительностью 10 мкс, частота следования которых регулируется в диапазоне 10-1000 Гц, а амплитуда в диапазоне 1-1000 мЭ, что обеспечивает развертку магнитного поля в диапазоне 5-5000 Э за время 5-500 с. Относительная стабильность шплитуды импульсов состовляет 5.10, что позволяет получить линейность развертки не хуже 10 (это приблизительно на два порядка лучше, чем в известном устройстве) и стабильностью магнитного поля - не хуже 10 ч Таким образом, изобретение позволяет повысить стабильность магнитного поля -и приблизительно на два порядка улучшить линейность его развертки.

ИСТОЧНИК ПОЛЯРИЗУЮЦЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ДЛЯ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ, содержащий постоянный магнит с механизмом перестройки магнитного поля, блок управления магнитным полем и датчик магнитного поля, расположенный в рабочем зазоре магнита, отличающийся тем, что, с целью повышения стабиль ности магнитного поля и линейности его развертки, в него дополнительно введены программируемый генератор импульсов, катушки импульсной модуляции, схема выборки-хранения, усилитель ошибки и блок коммутации, причем программируемый генератор импульсов соединен первым выходом с катушками импульсной модуляции, вторым выходом - со стробируемым входом схемы выборки-хранения и третьим выходом - с коммутирующим входом блока коммутации, схема выборки-хранения, усилитель ошибки и блок коммутации соединены последовательно и подключены мехщу датчиком магнитного поля, (П размещенным между катушками импульсной модуляции и блоком управления Магнитным полем, а второй вход усилителя ошибки соединен с выходом дат чика магнитного поля непосредствен- g но., I