Устройство для измерения постоянного магнитного поля Советский патент 1990 года по МПК G01R33/44 

Изобретение относится к измерительной технике,а именно к технике измерения постоянных магнитных полей методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Цель изобретения - упрощение устройства и повышение точности измерения в единицах магнитного поля.

На фиг„1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - форма модуляции частоты автодина; на фиг.З - сигналы ЯМР; на фиг.4 - счетные импульсы в частотомере.

Устройство содержит датчик 1 ЯМР, автодин 2, частотомер 3, индикатор 4 сигнала ЯМР, кварцевый генератор 5, первый делитель 6 частоты, второй

делитель 7 частоты, симметричный интегратор 8, фильтр 9 низких частот (н.ч.), фильтр 10 высоких частот (в. ч.), управляемый усилитель 11.

Устройство работает следующим образом,i

Датчик 1 ЯМГ состоит из катушки с ядерным образцом внутри нее и помещается в измеряемое постоянное магнитное поле Brt3(vv. В катушке возбуждается радиочастотное (р.ч.) магнитное поле, так как катушка связана с авто- дином 2, являясь частью его р.ч. контура. Частота F автодина модулируется внешним гармоническим сигналом с периодом Тм()Д(фиг.2) и глубиной модуляции ±dF (больше или меHI me

СП СП

о

10

15

ширины сигнала ЯМР) с целью дискриминации ЯМР. Для определения Внзмчасто™ ту F автодина 2 подстраивают так, что, подавая сигнал ЯМР с автодина через в,ч. фильтр 10 на индикатор 4 сигнала ЯМР, с его помощью фиксиру- ют условие ЯМР (фиг.З),

В устройстве с помощью последовательно включенных блоков (кварцевого генератора 5, первого делителя 6 частоты, симметричного интегратора 8, фильтра 9 н.ч. и управляемого усли- теля 11) осуществляется гармоническая модуляция F автодича с периодом Тмод кратным обратному значению гиромагнитного отношения, например, птэо- тонов. Возможно, например, численное значение Тмод 23,48736 мс (fMtvf42ruJ,

Для измерения F (среднего значе- р ния) необходимо суммировать число периодов в пределах периода Тмо .

При линейной модуляции частоты CflF/F Ј0,01) сумма числа периодов равна средней частоте за период Тмод. При этом не существенно,когда начинать счет перйодов,время счета точно равно Т,дод и сумма периодов остается постоянной.

Численно сумма периодов за Т д .,„

MOV зи соответствует значению измеряемого

магнитного поля ВИЗЛАВ единицах Тесла, если предварительно прчборно согласовать с ВИЗм положение разрядной запятой в сумме.

Точное соответствие Т ., и Т опре-35

ЛЛО|Ц И ЗМ

деляется с помощью прямоугольного сигнала с выхода первого делителя

25

частоты, имеющего период Т

тод

через

второй делитель частоты на вход Время измерения частотомера 3. За- давая различные коэффициенты пересчета второго делителя (например, 2 или 20)

возможно увеличивать Т кратно

Мод

чтобы повысить точность измерения частоты (магнитного поля).

Частота среза фильтров н.ч. и в.ч выбирается в интервале частот мевду первой и третьей гармониками частоты мододяции по следукщим причинам. На вход фильтра н„ч„ поступает сигнал в виде симметричной пилы, состоящей из 1,3,5... гармонически составляющих, из которых только первую гармонику должен пропустить фильтр н.ч. Фильтр в.ч о должен подавить в измерительном канале в основном первую гармонику, котэрач при частотной модуляция в автодине

0

5

р

„

и

5

5

0

5

0

5

из-за соответствующего изменения добротности контура и появления в связи с этим амплитудной модуляции в выходном сигнале. Из-за возможных нелинейностей в некоторых элементах схемы в выходном сигнале может появиться и паразитная вторая гармоника, хотя и малая по амплитуде,

Предлагаемое устройство может работать при амплитудах частотной модуляции больших и меньших ширины сигнала ЯМР (интегральный и дифференциальный подход), устройство че требует дополнительного оборудования для управления системой модуляции при иэмеренияк, что приводит к снижению погрешности - измерений. В устройстве возможны существенные вариации в величинах Тмоди Ти$м относительно друг друга. Введение фильтров н.ч. ч з,ч, в каналах измерения и модуляции устройства обеспечивает существенное увеличение отношения сигнала к шуму и соответственно снижает погрешность в измерениях постоянных маг- ни - i ых лолей в диапазоне (0,05-2,5)1 по крайней мере до уровней ниже 0,001%. Формула изобретения

Устройство для измерения постоянного магнитного поля на основе ядерного магнитного резонанса (ЯМР), включающее последовательно соединенные датчик ЯМР с образцом и автодин с перестраиваемой частотой, с входом для модуляции частоты и с выходами сигналов ЯМР и частоты автодина, индикатор сигнала ЯМР, частотомер, ,а также последовательно соединенные кварцевый генератор и делитель частоты,причем выход частоты автодина соединен с первым входом частотомераs отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения точности измерения в единицах магнитного поля, в него дополнительно введены второй делитель частоты, сикмеричный интегратор фильтр низких частот и фильтр высоких частот, управляемый усилитель, при этом выход первого делителя через второй делитель частоты соединен с вторым входом частотомера, а через последовательно соединенные симметричный интегратор, фильтр низких частот и управляемый усилитель - с входом модуляции частоты автоднна.

5 1545176«

выход симметричного интегратора под- тот соединен с выходом сигналов ЯМР соединен к второму входу индикатора автодина и первым входом индикатора сигналов ЯМР, а фильтр высоких час- сигналов ЯМР„

Изобретение относится к технике измерения постоянных магнитных полей методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) с использованием частотной модуляции радиочастотного магнитного поля, в котором находится ядерный образец. Цель - упрощение устройства и повышение точности измерений в единицах магнитного поля. В устройство введены блоки, формирующие гармонический сигнал модуляции частоты автодина с периодом, кратным обратному значению гиромагнитного отношения ядер образца. Суммирование периодов частоты автодина при ЯМР осуществляется частотомером, время измерения которого кратно периоду сигнала модуляции. Сигналы ЯМР с автодина поданы на индикаторное устройство через фильтр высоких частот с частотой среза в интервале между первой и третьей гармониками частоты модуляции, что существенно повышает отношение сигнала к шуму при регистрации ЯМР и результирующую точность измерения магнитных полей.

Фиё.1

фу&4