Датчик ЯМР широкодиапазонного автоматического магнитометра Советский патент 1992 года по МПК G01R33/20 

XJ

CJ

XI со

00

о

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в метрологии, приборостроении, машиностроении.

Цель изобретения - расширение диапа- зона измерений и повышение чувствительности.

На чертеже представлена схема датчика.

Датчик содержит ампулу ЯМР с рабочим веществом, двухсекционную катушку 2 индуктивности.

Датчик во взаимодействии с магнитометром работает следующим образом.

В предложенном датчике рабочее веще- ство содержит сразу четыре типа резонирующих ядер, гиромагнитные отношения которых отличаются на порядок, что позволяет на порядок сократить диапазон частот генерации. Ядра подобраны так, что позво- ляют разбить весь диапазон измеряемых значений магнитной индукции на 4 поддиапазона.

Регистрацию сигнала ЯМР в зависимости от величины магнитного поля осуществ- ляют на одном из типов ядер: Н1, Li , Cs133,

Cl35.

Применение нескольких типов резонирующих ядер в датчике приводит к снижению чувствительности, так как объемная концентрация резонирующих ядер данного типа в растворе меньше, чем в чистом веществе. Чтобы свести к минимуму потери по чувствительности такого датчика, необходимо произвести тщательный отбор резонирующих типов ядер, чувствительность по которым была бы оптимальной, а генерацию проводить в достаточно широком диапазоне.

При выборе типа ядер для регистг.аци.и сигнала ЯМР в магнитометре учитывают следующие соотношения

Отношение напряжения сигнала Vs напряжению шума Vn заеиси от гиромагнитного отношения ядра у г сТчитчо: индукции измеряемого поля в

Vs Vn

С//2В

/2 D3/2

0)

(2)

где С - коэффициент.

При заданном диапазоне генерации Af диапазон измеряемых значений магнитной индукции А В сокращается с ростом у согласно соотношению 2jrAf

Амплитуда сигнала ЯМР зависит также от величины времени ядерной релаксации Ti и Та. С уменьшением Та растет ширина линии сигнала ЯМР, а его амплитуда падает.

5101520 25

30

35

40

45

50 55

В ядрах со спином 1 основной вклад в скорость магнитной релаксации дает квад- рупольное взаимодействие. Как правило, сигналы ЯМР таких ядер представляет собой широкую линию (короткие времена релаксации), что существенно снижает чувствительность на этих ядрах. Поэтому в магнитометре желательно производить регистрацию сигнала на ядрах со спином 1 /2, либо подбирать для квадрупольных ядер такие химические соединения, в которых вклад квадрупольной релаксации является минимальным.

В выбранных атомах Н1, Li7, Cs133 ядра имеют спин 1/2, а атомы CI входят в соединение СЮ4, в котором они имеют достаточно высокие времена релаксации Ti (Та) 0,27 с в водном растворе.

Использование трехсекционной катушки индуктивности нч датчике ЯМР с количеством витков в первой секции 12 витков, во второй - 36 витков, в третьей - 24 витка позволило добиться устойчивой генерации автогенератора в диапазоне 1-20 мГц, а измерение магнитного поля осуществить: на ядрах Н1 в диапазоне 0,023-0,47 Тл; на ядрах Li в диапазоне 0,47-1,2 Тл; на ядрах Cs - 1,2-3,6 Тл; на ядрах CI - в диапазоне 3,6- 4,8 Тл.

Соотношение концентрации LiCICM и CsCICM выбрано так, чтобы чувствительности по ядрам Н1, Li7 и Cs133 на нижних пределах в своих поддиапазонах были одинаковыми.

Рабочая жидкость датчика составлена из расчета: на 1 л дистиллированной воды приходится 136 г I iCICM и 425 г CsCICM.

Чувс.теителнность предложенного датчика составляет 0.6 от чувствительности датчика,использующеговместо предложенного рабочего вещества, чистой поды. При этом диапазон измеряемых значений магнитной индукции составляет 0,023-4,8 Тл.

Применение предложенного датчика в магнитометре ЯМР позволяет полностью автоматизировать процесс измерения магнитной индукции, исключив замену нескольких датчиков для работы в различных диапазонах одним и расширить диапазон его измерений.

Формула изобретения

Датчик ЯМР широкодиапазонного автоматического магнитометра, содержащий ампулус раствором смеси несколькихтипов резонирующих ядер, на поверхности которой намотана катушка индуктивности, являющаяся частью резонансного контура автогенератора, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измере

ний и повышения чувствительности, катуш- а в качестве рабочего вещества использован ка индуктивности выполнена секционной,водный раствор смеси LiCICM и CsCICM.

Сущность изобретения: датчик ЯМР магнитометра содержит ампулу 1 с рабочим веществом, представляющим собой водный раствор смеси LiCIO/i и СзСЮз на поверхности которой нанесена секционная катушка 2 индуктивности. Регистрацию сигнала ЯМР в зависимости от величины измеряемого магнитного поля осуществляют на одном из типов ядер: Н1, Kir, Cs133, Cl35. 1 ил.