УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ НЕОДНОРОДНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯBCECoicej-'/.-'^mm'im^i\^'H^т Советский патент 1973 года по МПК G01N24/08 G01N24/08 

1

Изобретение относится к системам стабилизации и измерения медленно меняющихся неоднородных магнитных полей и может быть применено в тех случаях, когда требуется высокая стабильность напряженности поля и его формы («5-10), в частности для повышения разрешения р-спектрометра типа л У 2.

Известная нутационная система стабилизации магнитного поля, работаюш,ая на проточной жидкости, содержит поляризатор жидкости, нутационный датчик и анализатор, через которые протекает жидкость, источник стабильной частоты для питания датчика и устройство, управляемое сигналом анализатора и регулирующее ток в обмотке магнита. Форма поля в такой системе не стабилизируется, а может подстраиваться только вручную, например с помощью шиммов. В известной системе поле стабилизируется только в одной точке, где расположен датчик.

Предлагаемое устройство позволяет стабилизировать форму магнитного поля, сохранять эту форму при перестройке поля, а также обеспечивает возможность управления формой поля. Стабилизация формы поля достигается путем стабилизации его в двух точках, для чего введен дополнительно второй канал стабилизации поля, аналогичный первому.

На фиг. I и 2 схематически представлено предлагаемое устройство.

Система стабилизации формы (закона изменения по радиусу магнита) магнитного поля р-спектрометра типа яУ2 содержит (см. фиг. 1): поляризатор /: первый нутационный датчик 2; анализатор ; систему протока воды; опорный генератор 4; устройство 5 управления током магнита; магнит 6 с основной обмоткой 7; шиммы 8, используемые для автоматического управления формой поля; устройство 9 автоматического управления формой поля; компенсирующую обмотку 10; второй нутационный датчик 7/; гибкую соединительную трубку 12; умножителя 13; частотный модулятор 14; синхронные детекторы 15; усилитель 16 сигналов ощибки (типа УЭВ-60); контрольный осциллограф 17 (типа С1-19); коммутатор 18.

Первый нутационный датчик 2 расположен на равновесной орбите спектрометра (радиус

р 50 см); положение второго датчика // выбрано таким образом, чтобы отношение полей в точках расположения датчиков для поля Павинского было равным отношению наименьших целых чисел. Датчики расположены

на одной радиальной прямой и с помощью микрометрических винтов могут перемещаться вдоль радиуса магнита.

Раздельное получение сигналов ошибки от каждого из датчиков достигается следующим

образом.

Коммутатор 18 формирует симметричные импульсы (см. фиг. 2, к), одновременно включающие питание датчиков 2 и 11, и импульсы (см. фиг. 2, и), включающие частотный модулятор 14. При этом временная зависимость частоты /оп. опорного генератора 4 и частот fi (импульсы I и III) и 2 (импульсы II и IV), питающих датчики 2 и 11, имеет вид, указанный на фиг. 2, а, б, в. На движущуюся струю жидкости импульсы II и IV воздействуют в промежутках между импульсами I и III (см. фиг. 2, д, где X - координата движущейся струи), что достигается экспериментальным подбором длины соединительной трубки 12 между датчиками. Напряжение U зависит на выходе анализатора от частот, питающих датчики (при фиксированных полях HI и HZ в точках расположения датчиков), по закону (см. фиг. 2,2) и имеет вид импульсов I-II- , изображенных на фиг. 2,е. Эти импульсы смещены .вправо относительно соответствующих им импульсов, указанных на фиг. 2, б и 2, в, на время Гпр. задержки жидкости в протоке от датчиков к анализатору.

Напряжение U с выхода анализатора 3 поступает на синхронные детекторы 15, один из которых выделяет сигнал ошибки от первого датчика в виде импульса (см. фиг. 2,ж), величина и полярность которого соответствует разности уровней импульсов I и III в напряжении и, для чего по опорному каналу этот синхронный детектор управляется импульсами (см. фиг. 2,л), поступающими от коммутатора 18. Аналогично сигнал ощибки от второго датчика выделяется вторым синхронным детектором в виде импульса, указанного на фиг. 2,3, равного разности уровней импульсов II и IV, при опорных импульсах на синхронном детекторе вида, указанных на фиг. 2, м.

Сигналы ощибки после синхронных детекторов , усиливаются общим усилителем 16, на выходе которого разделяются с помощью коммутатора, переключающего выход усилителя по закону (см. фиг. 2, н). Усиленный сигнал ошибки от первого датчи/ка поступает к реверсивному двигателю в устройстве 5 управления током магнита, а от второго датчика - к реверсивному двигателю в устройстве 9 упправления формой поля. Устройства 5 и Р подстраивают поле в точках расположения датчиков таким образом, чтобы сигналы ощибки были равны нулям. При этом в точках расположения датчиков выполняется соотношение

. 2г./ер

/У Т

следовательно поля в этих точках стабильны и имеют фиксированное отношение при любых значениях поля, так как этим свойством обладают среднеарифметические значения частот /ср., питающих датчики.

Для контроля импульсов вида (см. фиг. 2, ж, з) с выхода синхронных детекторов используется контрольный осциллограф 17, запускаемый импульсом (см. фпг. 2, о) от коммутатора 18. Импульсы коммутатора, изображенные на фиг. 2, л, м, н, о, имеют независимую регулировку по фазе для настройки системы.

Для определения поля на равновесной орбите спектрометра при снятии линии р-спектра измерение частоты опорного генератора 4 выполняется электронно-счетным частотомером типа 43-4 или ПП-15. Если длительность измерения не превыщает 1,3 сек, то частота может измеряться в течение последних трех четвертей периода Т без выключения стабилизации. Если же для измерения частоты необходимо время, большее 3/4 Т, то эти измерения обычно выполняются при выключенной модуляции опорного генератора 4. Для получения абсолютных значений поля измеряются две частоты генератора 4 и вычисляется их среднее арифметическое. При снятии одной линии р-спектра такое измерение достаточно выполнить один раз.

Конструкция коммутатора в тех случаях, когда регулировка длины трубки 12 почемулибо нежелательна, должна предусматривать выдачу дополнительных импульсов вида, указанного на фиг. 2, к с регулируемым фазовым сдвигом для включения второго датчика; при этом длительность импульса (см. фиг. 2, и), включающего частотный модулятор, следует расширить от Ту4 до Т/2 и в некоторых случаях также предусмотреть регулировку его фазы. При этом время для измерения частоты без выключения стабилизации поля уменьшается от 3/4 Т до Ту2. Подобный вариант системы был экспериментально исследован при ее

разработке.

Синхронные детекторы состоят из емкости и переключателя с нормально разомкнутыми контактами, замыкаемыми на время опорных импульсов коммутатора (см. фиг. 2,л). Входы

и выходы синхронных детекторов объединены. На общем выходе синхронных детекторов выделяются сигналы ошибки в виде импульсов от первого датчика (см. фиг. 2, ж н от второго датчика (см. фиг. 2,з), не совпадающие

по времени.

Магнитное поле спектрометра контролируют двумя способами: по линиям р-спектров и по нутационному измерителю поля, работающему независимо от системы стабилизации.

Наилучшее разрешение, полученное на железном р-спектрометре типа яУ2 с использованием описанной системы стабилизации поля, составляет 0,024%.

Предмет изобретения

Устройство стабилизации неоднородного магнитного поля, содержащее систему протока жидкости, поляризатор, нутационный датчик, генератор частоты, радиоспектрометр

ядерного магнитного резонанса, синхронный детектор, систему управления током магнита, отличающееся тем, что, с целью стабилизации формы магнитного поля, оно содержит второй нутационный датчик, второй синхронный детектор, выделяющий сигнал ошибки от второ5го датчика, частотный модулятор, умножители частоты опорпого генератора п коммутатор 6 для управления всеми переключениями в системе.

воЗа

Фиг.1

t ж