Источник стабильного магнитного поля Советский патент 1992 года по МПК G05F7/00 

Изобретение относится к области создания постоянных магнитных полей в диапазоне 5 - 2 Тл и может быть использовано для метрологического исследования тесламетров высокой точности, спектрометрах ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и других аналогичных устройствах для проведения физических экспериментов.

Известны устройства для создания стабильного магнитного поля, содержащие электромагниты, в которых для обеспечения стабильности магнитного поля используют различные схемы стабилизации тока электромагнита или самого магнитного поля.

Обеспечить высокую стабильность индукции магнитного поля в рабочем зазоре при стабилизации тока в электромагните невозможно, так как в процессе работы электромагнита изменяются параметры магнитной цепи из-за изменения температуры или магнитной проницаемости материала магнитопровода, что вызывает изменения индукции магнитного поля.

Достаточно высокую степень стабильности обеспечивают устройства, в которых одновременно применяются две системы стабилизации: система стабилизации тока и система стабилизации индукции магнитного поля в рабочем зазоре. Стабилизация

ч4

Ю

сл ю ю

магнитного поля осуществляется стабилизатором, использующим эффект ЯМР. Такая система позволяет получить значительно более высокую степень стабильности (1 за 1 мин), так как это устройство реагирует непосредственно на изменение магнитного поля в рабочем зазоре и учитывает все факторы, определяющие стабильность поля.

Недостатком такого устройства является необходимость размещать чувствительный элемент ЯМР-стабилизатора в магнитном поле высокой однородности, что ограничивает возможности использования электромагнита. Необходимость увеличения зоны магнитного поля высокой однородности вызывает увеличение габаритов электромагнита и потребляемой им мощности.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для создания стабильного магнитного поля, содержащее электромагнит с катушками, размещенными на первой полюсной системе и подключенными к выходу источника питания, чувствительного элемента, расположенного в зазоре второй полюсной системы, узел регулирования, вход которого соединен с выходом чувствительного элемента, а выход - с управляющим входом источника питания.

Недостатком известного устройства для создания стабильного магнитного поля является невозможность обеспечить качество стабильности выше 1 без применения специальных мер для охлаждения катушек электромагнита или существенно повышающих однородность магнитного поля в объеме, в котором размещен чувствительный элемент, или без применения сложных электронных схем.

Целью изобретения является повышение качества стабилизации индукции магнитного поля источника.

Цель достигается тем, что в источник стабильного магнитного поля, содержащий электромагнит с катушками, размещенными на первой полюсной системе и подключенными к выходу источника питания, чувствительный элемент, расположенный в зазоре второй полюсной системы, узел регулирования, вход которого соединен с выходом чувствительного элемента, а выход - с управляющим входом источника питания, введены промежуточный измерительно- усилительный узел с дополнительным чувствительным элементом, расположенным в зазоре первой полюсной системы, и дополнительные катушки, размещенные на второй полюсной системе и подключенные к выходу промежуточного измерительно-усилительного узла.

Кроме того, промежуточный измерительно-усилительный узел содержит преобразователь ядерно-магнитного резонанса, входы которого соединены с выходами дополнительного чувствительного элемента и опорного генератора, фазочувствительный

0 детектор, вход которого через согласующий узел подключен к выходу преобразователя ядерно-магнитного резонанса, а выход использован в качестве выхода данного функционального узла.

5 На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого источника стабильного магнитного поля.

Источник магнитного поля содержит электромагнит 1, катушки 2 которого под0 ключены к выходу источника 3 питания, на вход его поступает сигнал от узла 4 регулирования, вход которого подключен к чувствительному элементу 5, расположенному в зазоре дополнительной полюсной системы

5 6. В рабочем воздушном зазоре электромагнита 1 с катушками 2 расположен чувствительный элемент 7 преобразователя 8 ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), в котором частота генератора синхронизируется

0 от опорного генератора 9. Выход ЯМР-пре- образователя подключен к вхрду фазочувст- вительного детектора 10, выход которого через согласующий узел 11 подключен к катушкам 12, расположенным на дополни5 тельной полюсной системе 6.

Источник стабильного магнитного поля работает следующим образом.

При изменении значения индукции магнитного поля в рабочем зазоре электромаг0 нита 1 с катушками 2 возникает сигнал рассогласования, который воспринимается чувствительным элементом 7 и поступает на вход ЯМР-преобразователя 8, резонансная частота которого синхронизируется опор5 ным генератором 9. С выхода ЯМР-преобразователя 8 сигнал рассогласования через фазочувствительный детектор 10 и согласующее устройство 11. представляющее собой усилитель постоянного тока, подается

0 на катушки 12, создающие магнитный поток в дополнительной полюсной системе 6, причем направление магнитного потока должно совпадать с направлением магнитного потока полей рассеяния электромагнита 1.

5 Таким образом, в дополнительной полюсной системе 6 создается магнитный поток; равный сумме магнитного потока полей рассеяния электромагнита 1 и магнитного потока, создаваемого катушками 12, на вход которых поступает усиленный сигнал рассогласования. Чувствительный элемент 5 узла А регулирования воспринимает суммарное изменение магнитного потока в до- полнительной полюсной системе 6. отрабатывает его и напряжение источника 3 питания изменяется таким образом, чтобы восстановить резонансные условия и обеспечить стабильность значения индукции магнитного поля в рабочем зазоре электромагнита 1.

Формула изобретения 1. Источник стабильного магнитного поля, содержащий электромагнит с катушками, размещенными на первой полюсной системе и подключенными к выходу источника питания, чувствительный элемент, расположенный в зазоре второй полюсной системы, узел регулирования, вход которого соединен с выходом чувствительного эле- мента, а выход - с управляющим входом

источника питания, отличающийся тем, что, с целью повышения качества стабилизации, в него введены промежуточный измерительно-усилительный узел с дополнительным чувствительным элементом, расположенным в зазоре первой полюсной системы, и дополнительные атушки, размещенные на второй полюсной системе и под- ключенные к выходу промежуточного измерительно-усилительного узла.

2. Источник по п. 1, отличающий- с я тем, что промежуточный измерительно- усилительный узел включает в себя преобразователь ядерно-магнитного резонанса, входы которого соединены с выходами дополнительного чувствительного элемента и опорного генератора, фазочувствительный детектор, вход которого через согласующий узел подключен к выходу преобразователя ядерно-магнитного резонанса, а выход использован в качестве выхода узла.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к аппаратуре воспроизведения постоянных магнитных полей. Цель - повышение качества стабильной цепи. Требуемое магнитное поле создается электромагнитом с первой полюсной системой и основными катушками. При изменении значения индукции магнитного поля в рабо- .чем зазоре первой полюсной системы воз- никает сигнал рассогласования, воспринимаемый промежуточным измерительно-усилительным узлом на основе ядерно-магнитного резонанса. После фазо- чувствительного детектирования сигнал рассогласования поступает в дополнительные катушки, создающие магнитный поток во второй полюсной системе. При этом его направление совпадает с направлением потока полей рассеяния первой полюсной системы. Чувствительный элемент фиксирует примерное изменение магнитного потока во второй полюсной системе, узел регулирования отрабатывает его, в результате напряжение источника питания изменяется так, что восстанавливаются резонансные условия и обеспечивается стабильность индукции в рабочем зазоре первой полюсной системы. 1 з. п. ф-лы, 1 ил. (/ С