Устройство для создания стабильного магнитного поля заданной напряженности Советский патент 1985 года по МПК G05F7/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для создания стабильных магнитных полей с точно заданной магнитной индукцией и может быть использовано, например, при проверке магнитоизмерительной аппаратуры или при исследовании магниторезонансных спектров веществ.

Известно устройство для создания стабильного магнитного поля, содержащее поС1едовательно включенные электромагнит, источник питания и регулирующий элемент, управляющий вход которого подключен к выходу стабилизатора поля, использующего два датчика , один из которых помещен в поле опорного магнита, другой - в стабилизируемое поле 1.

Недостатком описанного устройства является невысокая стабильность создаваемого магнитного поля из-за низкой стабильности самих датчиков.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для создания стабильного магнитного поля, содержащее электромагнит с намагничивающими и регулирующими катушками, регулируемый стабилизатор тока, подключенный к намагничивающим катушкам и магниторезонансный преобразователь, содержащий датчик, размещенный между полюсами электромагнита, генераторы низкой и высокой частоты, амплитудный детектор и фазовый детектор, выход которого через усилитель постоянного тока подключен к регулирующим катушкам электромагнита 2.

Известное устройство обеспечивает лучщую стабильность магнитного поля, которая, однако, оказывается также недостаточно высокой вследствие ее зависимости от стабильности тока питания намагничивающих катушек, дрейфа усилителя постоянного тока, температуры сердечников электромагнита и влияния внешних магнитных полей.

Измерительная информация о величине поля, которую можно получить от магниторезонансного преобразователя, включенного в контур стабилизации, не обладает достатрчной точностью из-за наличия погрешностей, зависящих от величины поля и его дрейфа, вследствие чего приходится применять отдельный измеритель индукции. Наличие двух независимых контуров стабилизации (тока питания и непосредственно поля) затрудняет процесс выставки заданной величины поля и не позволяет осуществить программное регулирование последнего. Применение дополнительных регулирующих катушек, усилителя постоянного тока с мальш дрейфом и стабилизатора тока, датчик которого требует специального термостатирования, усложняет устройство.

Цель изобретения - повышение стабильности магнитного поля и точности задания его напряженности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для создания стабильного магнитного поля заданной напряженности, содержащем электромагнит, подключенный намагничивающими катушками к выходу управляемого источника питания, включающего регулирующий элемент, дифференциальный усилитель, узел сравнения и выпрямитель, один вывод которого является первым выходом управляемого источника питания, а другой соединен с первым выводом регулирующего элемента, подключенного управляющим входом к выходу дифференциального усилителя, вход которого подключен к выходу узла сравнения, магниторезонансный преобразователь, включающий генератор низкой частоты, датчик магнитного резонанса, фазовый детектор, амплитудный детектор и регулируемый генератор высокой частоты, причем генератор низкой частоты подключен к размещенному между полюсами электромагнита датчику магнитного резонанса и одному из входов фазового детектора, другой вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, входом соединенного с выходом регулируемого генератора высокой частоты, подключенного входом к датчику магнитного резонанса, узел сравнения состоит из источника опорного тока, управляемого делителя тока, формирователя импульсов, конденсатора, стабилизатора тока и ключа, причем источник опорного тока, одним выводом соединен с первым выходом управляемого источника питания, другим выводом - с первым выходом управляемого делителя тока, а выходы источника опорного тока являются выходами узла сравнения, первый управляющий вход управляемого делителя тока подключен к выходу фазового детектора, второй управляющий вход - к клемме для подключения узла развертки поля и через формирователь импульсов - к выходу амплитудного детектора, вход - к второму выводу регулирующего элемента и второму выходу управляемого источника питания, а второй выход - к первому своему выходу через параллельно соединенные конденсатор, стабилизатор тока и ключ, управляющий вход которого соединен с клеммой для подключения узла сброса поля.

При этом управляемый делитель тока может быть выполнен на составном транзисторе, между эмиттером и базой выходного транзистора которого включены параллельно соединенные управляемый резистор и дополнительный ключ, при этом эмиттер,

5 коллектор и база составного транзистора являются соответственно входом, первым и вторым выходами управляемого делителя тока, а управляющие входы резистора и дополнительного ключа - первым и вторым управляющими входами управляемого делителя тока.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема управляемого делителя тока.

Устройство (фиг. 1) содержит электромагнит, катушки 1 которого подключены к выходу управляемого источника 2 питания, подключенного управляющими входами к входам включения развертки и сброса магнитного поля и выходам магниторезонансного преобразователя 3, датчик 4 которого размещен между полюсами электромагнита. Источник 2 питания содержит выпрямитель 5, соединенный с регулирующим элементом 6, управляющий вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя 7, узел 8 сравнения, выполненный в виде включенного между входами усилителя 7 источника 9 опорного тока, параллельно которому включены последовательно соединенные датчик 10 выходного напряжения (функцию которого могут выполнять катущки 1 электромагнита) и задатчик 11 выходного напряжения.

Задатчик 11 выходного параметра (напряжения или тока) источника питания содержит управляемый делитель 12 тока, подключенный вторым управляющим входом к клемме включения развертки поля и к формирователю 13, входом - к выводу, соединенному с датчиком 10 выходного параметра, первым выходом - к выводу, соединенному с источником 9 опорного тока, вторым выходом - к первому своему выходу через параллельно соединенные конденсатор 14, стабилизатор 15 его разрядного тока и ключ 16, управляющий вход которого соединен с клеммой сброса поля. Формирователь 13 может быть выполнен в виде цепочки из диода и конденсатора, стабилизатор 15 разрядного тока, конденсатор 14 - в виде обратно смещенного диода, ключ 16 - в виде геркона с электромагнитным управлением.

Магниторезонансный преобразователь содержит датчик резонанса 4, подключенный к регулируемому генератору 17 высокой частоты, выход которого соединен с выходом измерительной информации и вхо-. дом амплитудного детектора 18, выходом подключенного к одному из входов фазового детектора 19, другой вход которого подключен к генератору 20 низкой частоты, подключенного к датчику 4. К выходу детектора .19 подключен первый управляющий вход делителя 12 тока.

Управляемый делитель тока (фиг. 2) выполнен на составном транзисторе 21,между эмиттером и базой выходного транзистора которого включены параллельно соединенные управляемый резистор 22 и

дополнительный ключ 23, при этом эмиттер, коллектор и база составного транзистора 21 являются соответственно, входом, первым и вторым выходами делителя 12 5 тока, а управляющие входы резистора 22 и ключа 23 - первым и вторым управляющими входами делителя 12 тока.

Управляемый резистор 22 может быть выполнен на транзисторе, ключ 23 - на тиристоре или его аналоге. В этом случае

10 стабилизатором тока является переход база - коллектор входного транзистора составного транзистора 21.

Устройство работает следующим образом.

15 Напряжение на выходе источника 2 питания всегда пропорционально напряжению на выводах задатчика 11, которое, в свою очередь, определяется напряжением на конденсаторе 14. Опорный ток источника 9 тока делится делителем 12 тока в соотношении,

0 определяемом коэффициентом передачи составного транзистора 21, причем ток первого выхода делителя 12 является током коллектора, а ток второго его выхода - током базы составного транзистора 21 и

5 током заряда конденсатора 14 и выбирается несколько меньшим тока разряда последнего при нулевом уровне сигнала на выходе фазового детектора 19.

В исходном состйянии ключи 16 и 23

0 закрыты, сигналы на управляющих входах делителя 12 тока отсутствуют, напряжение на конденсаторе 14 равно нулю, напряжение на выводах задатчика 11 равно падению напряжения на насыщенном составном транзисторе 21, магнитное поле имеет минимальную величину. После выставки частоты высокочастотного генератора 17, соответствующей заданной величине магнитного поля, на вход включения развертки поля подается импульс, который открывает ключ 23 и

0 переводит ycтJpoйcтвo в режим поиска магнитного резонанса. При этом скачком уменьшается коэффициент передачи составного транзистора 21 и, соответственно, увеличивается ток заряда конденсатора 14, напряжение на котором начинает быстро возрастать. При прохождении полем заданной величины на выходе амплитудного детектора 18 появляется импульс, который преобразуется формирователем 13 в импульс, закрывающий ключ 23. Конденсатор 14 начинает разряжаться, что приводит к сверть ванию магнитного поля. При уменьшении поля до заданного значения на выходе фазового детектора 19 появляется сигнал ошибки, пропорциональный отклонению поля от заданной величины. Воздействуя на вход

управляемого резистора 22, сигнал ошибки изменяет коэффициент передачи составного транзистора 21, т.е. коэффициент деления делителя 12 тока таким образом, что ток

заряда конденсатора 14 равен току его разряда при минимальном отклонении поля от заданной величины. При этом скорость свертывания поля выбирается настолько малой, насколько это необходимо для уверенного «захвата магнитного резонанса. Далее устройство работает как следящая система, обеспечивая изменения магнитного поля, отвечающие изменениям опорной частоты высокочастотного генератора 17 магниторезонансного преобразователя 3. Изменяя частоту высокочастотного генератора 17 любым из известных способов, можно осуществлять программное управление полем. Сброс магнитного поля и приведение устройства в исходное состояние осуществляется подачей на вход сброса поля импульса, временно открывающего ключ 16.

Полное замыкание контура регулирования и введение в него звена с интегрирующими свойствами, каковым является питаемый опорным током задатчик, придает устройству свойства астатической системы. В результате магниторезонансный преобразователь может быть использован не только для стабилизации, но и для точного измерения установленного магнитного поля.

так как погрещность измерительной информации, поступающей с выхода его высокочастотного генератора, может быть принципиально сведена к сколь угодно малой величине, не зависящей от величины магнитного поля. Кроме того, повышается стабильность установленного поля, которая перестает зависеть от стабильности источника питания, влияния внешних магнитных полей, температуры катушек и сердечников электромагнита.

Изобретение позволяет упростить устройство за счет отказа от дополнительных регулирующих катушек электромагнита и

усилителя постоянного тока и замены сложного стабилизатора тока более простым источником напряжения, к стабильности которого не предъявляется повышенных требований и датчик выходного параметра которого не нуждается в термостатироваНИИ. Все вновь введенные в устройство узлы могут быть объединены в блок, не требующий для своего питания дополнительного источника и конструктивно значительно более простой, чем исключенный из устройства усилитель постоянного тока.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ СТАБИЛЬНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗАДАННОЙ НАПРЯЖЕННОСТИ, содержащее электромагнит, подключенный намагничивающими катушками к выходу управляемого источника питания, включающего регулирующий элемент, дифференциальный усилитель, узел сравнения и выпрямитель, один вывод которого является первым выходом управляемого источника питания, а другой соединен с первым выводом регулирующего элемента, подключенного управляющим входом к выходу дифференциального усилителя, вход которого подключен к выходу узла сравнения, магниторезонансный преобразователь, включающий генератор низкой частоты, датчик магнитного резонанса, фазовый детектор, амплитудный детектор и регулируемый генератор высокой частоты, причем генератор низкой частоты подключен к размещенному между полюсами электромагнита датчику магнитного резонанса и одному из входов фазового детектор,, другой вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, входом соединенного с выходом регулируемого генератора высокой частоты, подключенного входом к датчику магнитного резонанса, отличающееся тем, что, с целью повыщения стабильности магнитного поля и точности задания его напряженности, узел сравнения состоит из источника опорного тока, управляемого делителя тока, формирователя импульсов, конденсатора, стабилизатора тока .и ключа, причем источник опорного тока одним выводом соединен с первым выходом управляемого источника питания, другим выводом - с первым выходом управляемого делителя тока, а выходы источника опорного тока являются выходами узла сравнения, первый управляющий вход управляемого делителя тока подключен к выходу фазового детектора, второй управляющий вход - к клемме для i подключения узла развертки поля и через формирователь импульсов - к выходу ам(Л плитудного детектора, вход - к второму выводу регулирующего элемента и второму выходу управляемого источника питания, а второй выход к первому своему выходу через параллельно соединенные конденсатор, стабилизатор тока и ключ, управляющий вход которого соединен с клеммой для подключения узла сброса поля. ел 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что управляемый делитель тока выполнен на составном транзисторе, между эмиттесо со ром и базой выходного транзистора которого включены параллельно соединенные (;о управляемый резистор и дополнительный ключ, при этом эмиттер, коллектор и база составного транзистора являются, соответственно входом, первым и вторым выходами управляемого делителя тока, а управляющие входы резистора и дополнительного ключа - первым и вторым управляющими входами управляемого делителя тока.

Вход cSpoca поля

BuoS включения BuxeS изператемноа

Ои ецтии тя

UH(pofMauuu