Магнитометр Советский патент 1980 года по МПК G01R33/08 

(54) МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано в аппаратуре для измерения магнитных полей на основе метода ядер- 5 ного магнитного резонанса.

Известен магнитометр, предназначенный для измерения напряженности магнитного поля. Магнитометр содержит пороговыйгенератор, который свя jQ зан с датчиком сигнала ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и синхронным детектором, вырабатывающим сигнал ошибки для управления частотой порогового генератора таким образом, что бы сохранялись резонансные условия 1.

Недостатком данного устройства является отн осительно малая точность измерений напряженности магнитного 20 поля , которая определяется, кроме собственной ширийы линии ЯМР еще и стабильностью частоты колебаний порогового генератора и однородностью измеряемого магнитного поля. 25

Из известных устройств для измерения напряженности магнитного поля наиболее близким по технической сущности, и достигаемому результату яв пяется устройство, которое содержит JQ

датчик ЯМР, генератор высокой частоты, усилитель высокой частоты, детектор, усилит.ель низкой частоты. Ключ, систему автоматической подстройки частоты, включающую низкочастотный синхронный детектор, генератор точного поиска и избирательный усилитель 2 .

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии сигнала ЯМР включается генератор точного поиска, напряжение с которого поступает на реактивный элемент генератора высокой частоты и изменяет частоту генератора до тех пор, пока не появится сигнал ЯМР с двойной частотой модуляции, что будет соответствовать выполнению точных резонансных условий. Данный сигнал выделяется избирательным усилителем, ,который через ключ отключает генератор точного поиска и замыкает систему слежения. На выходе синхронного детектора появляется постоянное напряжение, под воздействием которого частота гене.ратора высокой частоты точно подстра ивается к резонансному значению.Недостаток известного устройства - низкая разрешающая способность и точность измерений напряженности магнитного поля ввиду низкой стабильности частоты генератора высокой частоты. Целью изобретения является повы.шение точности измерений и разре(шающей способности. Поставленная цель достигается тем,что в магнитометр, содержащий последовательно соединенные пороговый генератор высокой частоты, детектор и синхронный детектор, модулятор, выход которого связан со вторым входом синхронного детектора, датчик ядерного магнитного резонанса и регистрирующий прибор, введены механизм перемещения датчика, кинематически связанный с пороговым ге нератором высокой частоты и упомянутым датчиком, а электрически - со входом регистрирующего прибора, а также последовательно соединенные ин тегратор, переключатель режимов работы, управляемый эталон частоты и высокочастотный фазовый детектор, второй вход которого подключен ко второму выходу порогового генератора, к управляемому входу которого . через переключатель режимов работы подключен выход высокочастотного фа зового детектора, вход интегратора связан с вЕ 1ходом синхронного дет тора, а его выход - со вторым входо регистрирующего прибора. Функциональная схема устройства представлена на чертеже. Устройство состоит из датчика ЯМР 1, помещенного в измеряемую маг нитную систему 2, порогового генера тора высокой частоты 3, детектора 4 низкочастотного синхронного детектора 5, модулятора б, управляемого эталона частоты 7, высокочастотного фазового детектора 8, интегратора 9 переключателя 10 режимов работы, ме ханизма перемещения 11 датчика ЯМР двухкоордиНатного самописца 12, катушек модуляции 13. В магнитную систему 2 помещен да .чик ЯМР 1 порогового генератора высокой частоты 3. Сигнал с генератора 3 подается на детектор 4, выходной сигнал которого подается на оди из входов и.ч. синхронного детектора И, на второй вход которого подае ся опорный .сигнал с модулятора 6. В ход}лой сигнал низкочастотного синхр ного детектора подается на вход интегратора 9, выход которого соедине через переключатель 10, в положении А - с управляемым входом порогового генератора 3, в положении В - со вх дом управляемого эталона частоты 7, выходной сигнал которого поступает на вход высокочастотного фазового д тектора 8, на второй вход которого поступает сигнал с высокочастотног выхода порогового генератора 3, выходной сигнал высокочастотного фазового детектора 8 поступает на управляемый вход порогового генератора 3. Устройство работает следующим образом. Магнитометр работает в режиме слежения. Сигнал ЯМР порогового генератора 3, продетектированный детектором 4, поступает на низкочастотный синхронный детектор 5, напряжение с которого поступает на вход интегратора 9, выходное напряжение с которого поступает на вход управляемого эталона частоты 7 подстраивая частоту его до совпадения с частотой резонансного ЯМР поглощения fp . Высокочастотное -напряжение частоты fp с эталона 7 сравнивается в в.ч. фазовом детекторе 8 с поступающим с порогового генератора 3 высокочастотным сигналом и сигнал ошибки с в.ч. фазового детектора 8 управляет реактивным элементом порогового генератора 3, подстраивая частоту его до совпадения с частотой эталона 7, которая, в свою очередь, подстраивается до равенства частоте резонансного ЯМР по- . глощения fp . Измеряя частоту порогового генератора 3 и используя известное равенство f --S- U т Р27Г Н где fp - резонансная частота ЯМР поглощения ; у - гиромагнитное отношение ядер спинсодержащего вещества датчика сигнала ЯМР; Н - напряженность измеряемого . магнитного поля, измеряют по сути величину напряженности магнитного поля измеряемой магнитной системы. Введение интегратора в систему фазовой автоподстройки частоты (ФЛПЧ) обеспечивает астатизм системы ФАПЧ, что позволяет повысить точность системы ФАПЧ, а следовательно, и точность измерений напряжённости магнитного поля путем снижения статической ошибки в системе ФАПЧ. Магнитометр с введенным в него переключателем 10 режимов работ работает следующим образом; В положении А переключателя 10 сигнал ЯМР порогового генератора 3 поступает на детектор 4, выходной сигнал которого поступает на вход низкочастотного синхронного детектора 5, выходное напряжение которого через интегратор 9 и переключатель 10 управляет частотой порогового генератора 3 таким образом, чтобы частота его следила за полем для выполнения равенства (1). В положении В переключателя 10 напряжение низкочастотного синхронного детектора 5 через интегратор 9 и переключатель 10 управляет частотой