Автоматический магнитометр Советский патент 1988 года по МПК G01R33/24 

Изобретение относится к устройствам для магнитных измерений и может быть использовано для автоматического измерения магнитных полей.

Цель изобретения - повьппение точности и скорости измерения.

На фиг.1 приведена функциональная структурная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы его ра- боты; на фиг.З - таблица истинности дешифратора демультиплексора.

Устройство содержит последовательно соединенные сигнализатор 1 импульсов, счетчик 2 и дешифратор-демульти- плексор 3, первьй 4 и второй 5 генераторы импульсов, регистр 6 памяти, счетный блок 7, элемент ИЛИ 8, блок 9 сравнения, D-триггер 10., ключ 11, Т-триггер 12, первый 13 и второй 14 элементы И, реверсивный .счетчик 15, выход которого соединен с первым входом автодина 16, второй вход которого соединен с выходом модулятора 17, а первьй выход - с входом регистрато- ра 18. Выход генератора 5 соединен с первым входом счетного блока 1, Выход генератора 4 соединен через ключ 11 с первым входом счетчика 15. Выходы дешифратора-демультиплексора 3 с пер- вого по шестой соединены, соответг ственно, со входом регистра 6 памяти, вторым, третьим и четвертым входами счетного блока 7, первыми входами первого элемента И 13 и D-триггера 14 Второй вход D-триггера 10 соединен с выходом блока 9 сравнения, а выход- с первым входом второго элемента И 14, второй вход которого соединен с седьмым выходом дешифратора-демульти- плексора 3, а третий - с выходом элемента ИЛИ 8 и вторым входом элемента И 13, выход которого через Т-триггер 12 соединен с вторым входом счетчика 15. Входная шина элемента ИЛИ 8 и первая входная шина блока 9 сравнения соединены с выходной шиной регистра 6, шина данных которого соединена с первым выходом счетного блока 7 и второй входной шиной блока 9 сравнения, вход которого соединен с вторым выходом счетного блока 7.

На фиг.2а показан сигнал на первом выходе автодина 16 при расстройке

частоты автодина относительно центра резонанса, на фиг.26 - на четвертом входе генератора 5, на фиг.2в - на втором входе генератора 5, на

,

Ю

5 20 25 30 , |Q

0

5

фиг.2г - на третьем входе генератора 5, на фиг.2д - на первом входе регистра 6 памяти, на фиг.2е - на первом входе ключа 11, на фиг.2ж - на втором входе счетчика 2, на фиг.2з на третьем входе дешифратора-демультиплексора 3.

Автоматический магнитометр работает следующим образом.

При включении устройства частота автодина 16 находится вне резонансной области, на его первом выходе импульсы ЯМР отсутствуют. На выходе сигнализатора 1 импульсов присутствует уровень 1, который устанавливает счетчик 2 в нулевое состояние и ключ 11 в положение, при котором тактовые импульсы с генератора 4 импульсов поступают на первьй вход реверсивного счетчика 15 изменяя его состояние и соответственно цифровой ко на выходной шине. Цифровой код, по- .ступая на первьй вход автодина 16, управляет перестройкой частоты. Направление перестройки частоты автодина 16 определяется состоянием Т-триггера 12 и является при включении устройства случайным. Если резонансные условия не наступают, то цикл поиска повторяется.

При приближении частоты настройки автодина 16 к резонансной области на его первом выходе появляются импульсы сигнала ЯМР, которые поступают на вход сигнализатора 1 импульсов и второй вход, счетчика 2.

При этом на выходе блока 1 устанавливается уровень О, прекращается поступление тактовых импульсов с выхода генератора 4 через ключ 11 на реверсивный счетчик 15 и снимается принудительная установка счетчика 2 в нулевое состояние.

Дальнейшая работа устройства синхронизируется последовательностью импульсов ЯМР при помощи счетчика 2 и дешифратора-демультиплексора 3.

Дешифратор-демультиплексор 3 представляет собой коммутатор, которьй вырабатьгоает сигнал управления на одном из выходов в зависимости от значений цифрового кода на его входной шине, причем длительность сигнала управления определяется интервалом времени между двумя соседними импульсами ЯМР (фиг.2).

До прихода импульсов ЯМР на четвертом выходе блока 3 присутствует упpa 3 сформируется сигнал управления, он через элемент 13 и ключ 11 поступает на первый вход реверсивного счетчика 15. Цифровой код на выходной шине-реверсивного счетчика 15 изменяется на единицу, соответственно изменив частоту настройки автодина 16 Интервал времени с момента прихоравляющий сигнал, который, поступая на четвертый вход счетного блока 7, устанавливает его в нулевое состояние. Первый импульс ЯМР снимает принудительную установку в ноль блока 7, а сигнал управления с второго выхода дешифратора-демультиплексора 3 разрешает ему счет импульсов генератора 5 на счетный вход блока 7 в те- ю Да пятого импульса ЯМР до прихода чение интервала времени до прихода на восьмого импульса ЯМР использован второй вход счетчика 2 второго (еле- в устройстве для прекращения переход- дующего) импульса ЯМР. Таким образом, ных процессов в ав одине после пере- пройсходит измерение первого (нечет- стройки частоты, С приходом восьмого, ного) временного интервала меяоду им- 15 девятого,десятого и одиннадцатого пульсами ЯМР. С приходом второго импульса ЯМР сигнал управления поступает на третий вход счетного блока 7, в котором при этом происходит обратньм счет импульсов, поступающих от генерато- 20 ра 5 в течение второго (четного) временного интервала между вторым и третьим импульсами ЯМР. Вследствие того, что в течение четного и нечетного временных интервалов счет импульсов производится блоком 7 в режиме прямого и обратного счета, цифровой код

импульсов ЯМР происходит установка счетного блока 7 в ноль и вычисление разности между числом счетных импульсов, поступивших на его первый вход за четный и нечетный интервал между импульсами ЯМР, причем, как видно из фиг.2 алгоритм работы дешифратора- демультиплексора 3 построен таким образом, что на второй вход блока 7 25 всегда попадает для измерения нечетный интервал временр между импульсами ЯМР, а на третий - четный. Интер- вал времени с момента прихода одиннадцатого имцульса ЯМР до прихода

на его первом выходе численно равен разности между числом счетных импульpa 3 сформируется сигнал управления, он через элемент 13 и ключ 11 поступает на первый вход реверсивного счетчика 15. Цифровой код на выходной шине-реверсивного счетчика 15 изменяется на единицу, соответственно изменив частоту настройки автодина 16. Интервал времени с момента прихоДа пятого импульса ЯМР до прихода восьмого импульса ЯМР использован в устройстве для прекращения переход- ных процессов в ав одине после пере- стройки частоты, С приходом восьмого, девятого,десятого и одиннадцатого

Да пятого импульса ЯМР до прихода восьмого импульса ЯМР использован в устройстве для прекращения переход- ных процессов в ав одине после пере- стройки частоты, С приходом восьмого, девятого,десятого и одиннадцатого

импульсов ЯМР происходит установка счетного блока 7 в ноль и вычисление разности между числом счетных импульсов, поступивших на его первый вход за четный и нечетный интервал между импульсами ЯМР, причем, как видно из фиг.2 алгоритм работы дешифратора- демультиплексора 3 построен таким образом, что на второй вход блока 7 всегда попадает для измерения нечетный интервал временр между импульсами ЯМР, а на третий - четный. Интер- . вал времени с момента прихода одиннадцатого имцульса ЯМР до прихода

Изобретение может быть использовано для автоматического измерения магнитных полей. Автоматический магнитометр содержит генератор 4,5 импульсов, ключ 11, реверсивный счетчик 15, автодин (АД) 16, регистрирующее устройство 18, сигнализатор 1 импульсов, счетчик 2, дешифратор - де- мультиплексор 3, модулятор 17, счет- ньй блок 7, регистр 6 памяти, D-триггер 10, Т-триггер 12, блок 9 сравнения, элемент ИЛИ 8, элементы И 13,14. При включении устройства частота АД 16 находится вне резонансной области. На его первом выходе-импульсы ЯМР отсутствуют. При приближении частоты настройки АД 16 к резонансной области на его первом выходе появляются импульсы сигнала ЯМР, которые поступают на вход сигнализатора 1 импульсов и второй вход счетчика 2.. Затем работа устройства синхронизируется последовательностью импульсов ЯМР при помощи счетчика 2 и де- шифратора-демультиплексора 3. Осуществляется привязка частоты АД к щ центру резонансной линии ЯМР и непрерывное слежение за имеющимся магнит- ньм полем. Автоматический магнитометр имеет повьшенную точность и ско-| рость измерения. 3 ил. (Л

сов, поступивших на его входы за пер- зо двенадцатого импульса используется в

вый и второй интервалы счета, а на втором выходе формируется код знака разности.

Третий импульс ЯМР формирует на

устройстве для установления потенциала на выходе блока 9 сравнения. На первый вход блока 9 сравнения по- ступает первый результат измерения

-первомвыходе 3 дешифратора-демульти- . разности временных интервалов, а на

плексора управляющий сигнал,под деист- второй вход - второй, измеренный посвием которого осуществляется запись

информации с первого вькода блока 7

в регистра 6 памяти.

Информация о знаке записываемого в

регистр 6 числа пос тупает с второго

выхода генератора 5 на третий вход

блока 9 сравнения.

ле перестройки частоты автодина. Если второй результат измерения меньше первого с учетом знака,т.е. пере- 40 стройка частоты автодина идет к центру резонанса, то на выходе схемы сравнения формируется логический уровень, который переписавшись в D-триг- гер 10, запрещает прохождение импульЦифровой код с выхода регистра 6

поступает на вход логического элемен- g са переключения фазы с седьмого вы- та ИЛИ 8 и первый вход блока 9 срав- хода дешифратора-демультиплексора 3 нения. Если четные и нечетные интервалы времени между импульсами ЯМР не равны между собой (частота настройки автодина не совпадает с центром резонанса), на выходной шине блока 7 и соответственно регистра 6 выходной код не равен нулю, то на выходе элемента ИЛИ 8 появляется логический уровень, открывающий элементы И 13 и U.

В этом случае, когда с приходом

через элемент 14 на вход Т-тригге- ра 12. Если второй результат больше первого, т.е. расстройка частоты

5Q автодина относительно центра резона са увеличилась, на выходе блока срав нения 9 формируется логический уровень, который, переписавшись в D-три гер 10, разрешает прохождение импуль

gg са переключения фазы через элемент

и на вход Т-триггера 12. Таким образом в предлагаемом устройстве происходит фазировка системы автоматической подстройки частоты. С приходом

четвертого импульса ЯМР на пятом выходе дешифратора - демультиплексоле перестройки частоты автодина. Если второй результат измерения меньше первого с учетом знака,т.е. пере- стройка частоты автодина идет к центру резонанса, то на выходе схемы сравнения формируется логический уровень, который переписавшись в D-триг- гер 10, запрещает прохождение импульса переключения фазы с седьмого вы- хода дешифратора-демультиплексора 3

через элемент 14 на вход Т-тригге- ра 12. Если второй результат больше первого, т.е. расстройка частоты

автодина относительно центра резонанса увеличилась, на выходе блока сравнения 9 формируется логический уровень, который, переписавшись в D-триг- гер 10, разрешает прохождение импульса переключения фазы через элемент 14

на вход Т-триггера 12. Таким образом в предлагаемом устройстве происодит фазировка системы автоматической подстройки частоты. С приходом

дпенадцатого импульса ЯМР происходит запись результата сравнения в D-триг гер 10 под действием управляющего сигнала, поступившего с шестого выхо да дешифратора-демультиплексора 3 на второй вход D-триггера 10. Интервал времени с тринадцатого по четырнадцатый импульс ЯМР использован для установления управляющего по- тендиала на втором входе элемента И 14. С приходом четьфнадцатого импульса ЯМР происходит переключение Т-триггера 12 в противоположное состояние, при условии, что элемент И 14 открыт. С приходом пятнадцатого импульса ЯМР элемент И 14 закрьтает- ся, фиксируя состояние Т-триггера 12 и соответственно направление перестройки частоты автодина 16.

С приходом шестнадцатого импульса ЯМР счетчик 2 устанавливается в нулевое состояние и все процессы в устройстве повторяются циклично до тех пор, пока на выходной шине ре- гистра памяти 6 не установятся нулевые показания цифрового кода, что свидетельствует о равенстве временны интервалов между импульсами ЯМР и од новременно о настройке частоты авто- дина на центр резонанса. Точность настройки определяется разрядностью блока 7 и частотой генератора 5 импульсов .

Таким образом осуществляется привязка частоты автодина к центру резо нансной линии ЯМР и непрерывное еле- жение за изменяющимся магнитньм полем. Если в процессе измерения резонансные условия потеряны, то через интервал времени, равный нескольким периодам частоты модуляции, сигнализатор импульсов 1 возвращается в исходное состояние, установив счетчик 2 в нулевое состояние, а на пер- вый вход реверсивного счетчика 15 через ключ 11 поступают тактовые импулсы с генератора 4 импульсов. Частота автодина 16 изменяется, причем перестройка происходит в сторойу уменьшения расстройки частоты автодина относительно центра резонанса. Частота автодина измеряется регистратором 18.

Таким образом, предлагаемый автоматический магнитометр позволяет ав- томатизировать процесс измерения,отказаться от py iHoro переключателя фазы и за счет этого повысить досто

5 о

« с

0

верность измерения и увеличить скорость измерения не менее, чем в два раза.

Формула изобрете ния

Автоматический магнитометр, содержащий последовательно соединенные первый генератор импульсов, ключ, реверсивный счетчик, автодин, и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и скорости измерений, в него введены последовательно соединенные сигнализатор импульсов, счетчик и дешифратор-демультиплексор, второй генератор импульсов, модулятор, счетный блок, регистр памяти, D-триггер, Т-триггер, блок сравнения, элемент ИЛИ и два элемента И, причем вход сигнализатора импульсов и второй вход счетчика соединены с вторым выходом автодина, выход модулятора соединен с вторым входом автодина, ; первый выход дешифратора-демультиплексора соединен с входом регистра памяти, выходная шина которого соединена с входной шиной элемента ИЛИ и первой входной шиной блока сравнения, второй, третий и четвертый выходы дешифратора-демультиплексора соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым входами счетно- го блока, первый выход которого сое- . динен с шиной данных регистра памяти и второй входной шиной блока сравне- ния, вход которого соединен с вторым выходом счетного блока, первый вход которого соединен с выходом второго генератора импульсов, пятый выход дешифратора-демультиплексора соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента Р1ПИ, а выход - с вторым входом ключа, третий вход которого соединен с выходом сигнализатора импульсов, шестой выход дешифратора-демультиплексора соединен с первым входом D-триггера, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения,а выход - с первым входом второго элемента И, седьмой выход дешифратора-демультиплексора соеди- нен с вторым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход - с . входом Т-триггера, выход которого соединен с вторым входом реверсивного счетчика.