Магнитометр Советский патент 1984 года по МПК G01R33/08 

t Изобретение относится к магнитометрии и может быть использовано для автоматического определения напряжен ности магнитных полей на основе метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Наиболее близким к изобретению по технической сущности является магнитометр, который содержит датчик ЯМР, соединенный с варикапом, автодином и первым выходом блока переключения диапазонов, а через детектор и усилитель - с первым входом синхронного детектора, катушку модуляции и модулятор, соединенный с вторым входом синхронного детектора, выход которог подключен к входу интегратора с ключами Хранение и Разряд, блок определения абсолютных величин, формирователь, триггер,причем выход синхронного детектора подключен через последовательно соединенные блок определения абсолютных величин и формирователь к первому входу триггера, выход которого соединен с управляющпм входом ключа Хранение, а управ ляющий вход ключа Разряд соединен с вторым выходом блока переключения диапазонов и вторым входом триггера, причем выход интегратора соединен с варикапом, выходом ключа Разряд и входом блока переключения диапазонов l. К недостаткам известного магнитометра относятся низкая стабильность, малая скорость слежения за изменения ми напряженности магнитного поля и отсутствие автоматического перехода в режим поиска сигнала ЯМР в случае его потери. Целью изобретения является повышение быстродействия, стабильности работы магнитометра в режиме .слежени за изменениями магнитного поля и автоматизация включения режима поиска ЛМР при его потере. Поставленная цель достигается тем, что в магнитометр, содержащий датчик ядерного магнитного резонанса соединенный с варикапом, автодином и первБгм вьпсодом блока переключения диапазонов, а через детектор и усилитель - с первым входом синхронного Детектора, катушку модуляции и модулятор, соединенный с вторым входом синхронного детектора, выход которог Подключен к входу интегратора с ключами Хранение и Разряд, а также 98 через последовательно соединенные блок определения абсолютных величин и формирователь - к первому входу триггера, выход которого соединен с управляющим входом ключа Хранение, при этом управляющий вход ключа Разряд подключен к второму выходу блока переключения диапазонов и второму входу триггера, а выход интегратора соединен с варикапом через ис- , точник постоянного смещающего напряжения, выходом ключа Разряд и входом блока переключения диапазонов, введены управляемый делитель, подключенный между модулятором и катущкой модуляции, и соединенные последо|вательно фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока, причем вход фильтра нижних частот соединен с выходом блока определения абсолютных величин, а выход усилителя постоянного тока - с вторым входом управляемого делителя, и соединенные последовательно резонансный усилитель, блок детектирования и блок совпадения, при этом вход резонансного усилителя подключен к выходу детектора, выход блока детектирования - к управляющему входу усилителя постоянного тока, второй вход блока совпадения подключен к выходу блока определения абсолютных величин, а выход блока совпадения соединен с вторым входом триггера. На чертеже изображена блок-схема магнитометра. Магнитометр содержит датчик 1 ЯМР, соединенный с варикапом 2, автодином 3 и первьм -выходом блока 4 переключения диапазонов измерения напряженности магнитного поля, а через детектор 5 и усилитель 6 - с первым входом синхронного детектора 7, модулятор 8, соединенный с вторым входом синхронного детектора 7 и посредством управляемого делителя 9 с катушкой 10 модуляции, при этом выход синхронного детектора 7 подключен к входу интегратора 11 с ключами 12 Хранение и Разряд, блок 14 определения абсолютных величин, формирователь 15, триггер 16,причем выход синхронного детектора 7 подключен через последовательно соединенные блок 14 определения абсолютных величин и формирователь 15 к первому входу триггера 16, выход которого соединен с управляющим входом ключа 12 Хранение, а управляющий вход к ча 13 Разряд подключен к второму выходу блока 4 переключения диапазо нов и второму входу триггера 16, причем выход интегратора 11 соедине с варикапом 2, выходом ключа 13 Разряд и входом 4 блока переключе ния диапазонов, соединенные последо вательно фильтр 17 нижних частот и усилитель 18 постоянного тока, выхо которого соединен с вторым входом управляемого делителя 9, а вход фильтра 17 нижних частот подключен к выходу блока 14 определения абсолютных величин. Магнитометр также содержит соединенные последовательн резонансный усилитель 19 и блок 20 детектирования, причем вход резонан ного усилителя 19 соединен с выходо детектора 5, а выход блока 20 детек тирования - с управляющим входом усилителя 18 постоянного тока, блок 21 совпадения, два входа которого подключены соответственно к выходу блока 14 определения абсолютных величин и выходу блока 20 детектирова ния, а выход соединен с вторым вход триггера 16. Между выходом интеграт ,11 и варикапом 2 включен источник 22 постоянного смещающего напряжения,. конденсатор 23, подключенный к варикапу 2 со стороны источника 22 постоянного смещающего напряжения, замыкает путь тока высокой частоты на землю, конденсатор 24 является емкостью интегратора 11. Магнитометр работает- следующим образом. Датчик 1 - катушка с размещенным внутри резонирующим веществом помещается в измеряемое магнитное поле. ЯМ наступает в момент выполнения условия LO YH, где 00 - частота резонанса; Р - гиромагнитное отношение, постоянное для данного вещества;напряженность измеряемого магнитного поля. В момент резонанса в колебательн контуре происходит поглощение генерируемой автодином 3 высокочастотно энергии. Перпендикулярно датчику 1 расположена катушка 10 модуляции, на которую с модулятора 8 через управляемый делитель 9 подается синус дальное напряжение низкой частоты (НЧ). Это же напряжение с выхода модулятора 8 в качестве опорного поступает на один из входов синхронного детектора 7. При этом в катушке 10 модуляции ток устанавливают таким, чтобы создаваемое им изменение магнитного поля вблизи датчика 1 было меньше ширины резонансной линии. При сканировании магнитного поля вблизи резонанса сигнал ЯМР детектируется детектором 5, усиливается усилителем 6 и поступает на один из входов синхронного детектора 7, где .преобразуется в сигнал ошибки определения резонанса. Двухполярный сигнал ошибки определения резонанса преобразуется в блоке 14 определения абсолютных величин в однополярный сигнал, воспроизводится формирователем 15 и устанавливает триггер 16 в состояние, противоположное начальному, при этом ключ 12 Хранение замыкается. Полярность выходного сигнала синхронного детектора 7 определяется фазой входного сигнала. Выходное напряжение синхронного детектора 7 через интегратор 11 управляет напряжением на варикапе 2, емкость которого определяет частоту генерации автодина 3. Разомкнутьш ключ 12 Хранение, интегратор 11, блок 4 переключения диапазонов и ключ 13 Разряд в начальный момент после включения устройства образуют генератор пилообразного напряжения. Выходное линейно нарастающее напряжение интегратора 11, достигая значения , управляет блоком 4 переключения диапазонов, который, варьируя количество реактивных элементов, подключенных параллельно варикапу 2 и датчику 1, скачкообразно изменяет частоту автодина 3 и выходным коротким импульсом шах приводит к мгновенному разряду ключом 13 Разряд конденсатора 24. Если не выполняются резонансные условия, то цикл поиска повторяется вкруговую, проходя последовательно все диапазоны. Скачкообразное изменение частоты автодина 3 при переходе от одного диапазона к следующему установлено меньше диапазона перекрытия по частоте варикапом 2, чтобы исключить пропускание участков диапа зона при переключениях. При выполнении резонансных условий, а выходе детектора 5 присутствует сигнал удвоенной частоты модуляции, который усиливается резонансным усилителем 19, настроенным на удвоен ную частоту модуляции и после выпрям ления блоком 20 детектирования управ ляет коэффициентом -усиления усилителя 18 постоянного тока. При этом коэффициент усиления усилителя 18 постоянного тока становится равным нулю, напряжение на его выходе отсутствует, коэффициент деления управ ляемого делителя 9 максимален и ток в катушке 10 модуляции устанавливает ся минимальным, чтобы создаваемое им переменное магнитное п-оле вблизи датчика 1 ЯМР было меньше ширины резонансной линии. При быстром изменении магнитного поля условия резонанса нарушаются и ,сигнал на выходе детектора 5 имеет частоту, равную частоте модуляции, а сигнал с удвоенной частотой модуляции исчезает, при этом сигнал на выходе блока 20 детектирования плавн уменьшается до нуля, что вызывает увеличение коэффициента усиления уси лителя 18 постоянного тока до максимальной величины. Наличие на входе синхронного детектора 7 сигнала с частотой модуляции вызывает появлениезо

на его выходе сигнала ошибки и, следовательно, появление сигнала на выходе блока 14 определения абсолютных , величин. Низкочастотная составляющая этого сигнала выделенная фильтром 35 17 низких частот, усиливается усилителем 18 постоянного тока, имеющего в этом случае максимальный кoэффициe; т усиления, и устанавливает минимальный коэффициент деления управляемого лителя 9, при этом ток в катушке 10 модуляции становится большим, что приводит к увеличению сигнала на выходе детектора 5 и соответственно напряжений на выходе синхронного де- 45 тектора 7 и на входе интегратора 11. Увеличение тока в катушке 10 модуляции в этом случае в отличие от ИЗВЕСТНОГО магнитометра происходит

величин и блока 20 детектирования вызывает срабатывание блока 21 совпадения, что устанавливает по сопротивлению входа триггер 16 в начальное состояние, при этом ключ 12 Хранение размыкается и на выходе интегратора 11 вырабатывается линейно нарастающее напряжение, соответствующее режиму поиска сигнала ЯМР. Источник 22 постоянного смещающего напряжения, конденсаторы 23 и 24 служат для тех же целей, что и в известном магнитометре.

Таким образом, осуществляется повышение быстродействия и стабильности работы магнитометра в режиме слежения за изменениями магнитного поля и вводится автоматизация включения режима поиска ЯМР при его потере. 986J плавно, что значительно уменьшает вероятность срыва условий ЯМР. Увеличение напряжения на входе интегратора 11 увеличивает скорость нарастания выходного напряжения интегратора, а это приводит к увеличению скорости слежения магнитометра за изменяющимися условиями резонанса. Чрезмерное увеличение тока модуляции вызывает появление на выходе детектора 5 сигнала , с удвоенной частотой модуляции, что приводит -к появлению сигнала на выходе блока 20 детектирования, уменьшению коэффициента усиления усилителя 18 постоянного тока, увеличению коэффициента деления управляемого делителя 9 и уменьшению тока модуляции. Наличие такой системь автоматического регулирования величины тока модуляции позволяет поддерживать величину тока в оптимальных пределах и дает возможность плавно достичь условий резонанса при прекращении изменения величины магнитного поля, несмотря на ступенчатую выходную характеристику блока 14 определения абсолютных величин. При потере условий резонанса наличие напряжений,равных нулю, на выходах блока 14 определения абсолютных

МАГНИТОМЕТР, содержащий датчик ядерного магнитного резонанса, соединенный с варикапом, автодином и первым выходом блока переключения диапазонов, а через детектор и усилитель - с первым входом синхронного детектора, катутнку модуляции и модулятор, со единенный с вторьш входом синхронного детектора, выход которого подключен к входу интегратора с ключами Хранение и Разряд, а также через последовательно соединенные блок определения абсолютных величин и формирователь - к первому входу триггера, выход которого соединен с управляющим входом ключа Хранение, при этом управляющий вход ключа Разряд подключен к второму выходу блока переключения диапазонов и второму входу триггера, а выход интегратора соединен с варикапом через источник постоянного смещающего напряжения, выходом ключа Разряд и входом блока переключения диапазонов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и стабильности работы, в него введены управляемый делитель, подключенный между модулятором и катушкой модуляции, и соединенные последовательно фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока, причем вход фильтра нижних частот соединен с выходом блока определения абсолютных величин, а выход усилителя постоянного тока - с вто(Л рым входом управляемого делителя, и соединенные, последовательно резонансный усилитель, блок детектирования и . блок совпадения, при этом вход резонансного усилителя подключен к выходу, детектора, выход блока детектирования - к управляющему входу усилителя постоянного тока, второй вход блока совпадения подключен к выходу блока определения абсолютных величии, а 4а выход блока совпадения соединен с i:o со вторым входом триггера. 00