Устройство стабилизации и развертки магнитногопОля Советский патент 1981 года по МПК G01N24/02 

(54) УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ И РАЗВЕРТКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ 3 ника эталонного напряжения (ИЭН), изменением величины которого достигается изменение величины магнитного поля. Разность этих напряжений, назьшаемая сигналом ошибки, усиливается усилителем постоянного то(УПТ) и воздействует на управляющий элемент (УЭ), включенный последовательно с ЭМ по отношению к исто нику питания (ИП), УЭ изменяет ток ЭМ таким образом, что сигнал ошибки уменьшается до величины, не превышающей заданной точности поддержания величины магнитного поля. Медленное изменение величины эталонного напряжения позволяет осуществлять развертку спектров МР. Это достигается вращением движка потенциометра, которым регулируется вели чина эталонного напряжения. Время, затрачиваемое на проведение измерений спектров МР, в значительной мер зависит от того, обеспечивается ли точная фиксация значения величины индукции маг 1итного поля, соответствующая середине диапазона, при из менении величины диапазона и сохраняется ли калибровка диапазонов при изменении среднего значения поля D Однако в рассматриваемом случае эти условия не выполняются и поэтом при изменении условий регистрации спектров ЭПР (изменение средней величины магнитного поля или величи ны диапазонов сканирования)необходи мо время на проведение коррекции этих параметров регистрации либо путем применения в системе стабилизации и развертки магнитного поля соответствующих органов регулировки, либо путем проведения калибровк диапазона развертки, осуществляя запись подходящего эталонного образца, обладающего рядом линий сверх тонкой структуры с известньми расстояниями между линиями. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство ста билизации и развертки магнитного поля, содержащее последовательносо диненные ЭМ, УЭ, ИП, ИЭН, УПТ, соединенный с УЭ и СС, два делителя (д), генератор линейно-изменяющегос напряжения (ГЛИН) и опорное сопротивление (Ron). Два делителя .. (Д и Д) соединены последовательно и подключены ко второму входу СС, первый вход которого соединен с 1;очкой соединения ЭМ и Д 8 лители своими входами соединены с ИЭН и ГЛИН,соответственно. Сигнал ошибки, представляющий собой разность напряжений, действукяцих на входе СС, поступает на УПТ, вход которого соединен с выходом СС. К выходу УПТ подключен УЭ, включенный между ИП и ЭМ. Таким образом, УЭ изменяет ток ЭМ так, что сигнал ошибки Л уменьшается до.требуемой величины rf-, т.е. t К, fjj. - коэффициент стабилизации системы. Процесс развертки магнитного поля происходит при изменении напряжения ГЛИН. Один из делителей служит дпя установки величины среднего значения поля, а другой для регулировки величины диапазонов развертки 2, Однако в этой схеме имеется взаимное влияние регулировки величины среднего значения магнитного поля и регулировки величины диапазонов из-за конечной величины входного сопротивления СС. Кроме того, отсутствие заземления у схемы формирования эталонного напряжения (ИЭН и Д) или у схемы развертки (ГЛИН и Д) влияет на точность работы системы стабилизации. Цель изобретения - сокращение времени настройки и времени измерения, обработки результатов измерений . спектров магнитного резонанса. Поставленная цель достигается тем, что в устройство стабилизации и развертки магнитного поля, содержащее электромагнит, управлякхций элемент и источник питания,соединенные последовательно, усилитель постоянного тока, соединенный с управляющим элементом и схемой сравнения, два делителя, каждый из которых соединен соответственно с источником эталонного напряжения и генератором линейно-изменяющегося напряжения, и опорное сопротивление, соединенное с электромагнитом, дополнительно введены два масштабирующих резистора и операционный усилитель, который включен по схеме суммирующего усилителя, выходы обоих делителей соединены через масштабирующие резисторы с инвертирующим входом операционного усилителя, а неинвертирующий вход которого соединен со схемой сравнения, причем вторые выходы источника эталонного напряжения, двух делителей и генератора линейноизменяющегося напряжения соединены с землей.

На чертеже представлена блоксхема устройства стабилизации и развертки магнитного поля.

Устройство содержит ИП I, УЭ 2, ЭМ 3, УГГГ 4, ИЭН 5, СС 6, Д 7 и Д 2. 8, ГЛИН 9, суммирукиций усилитель (СУ) 10, состоящий из операционного усилителя (ОУ) и сопротивления R и опорное сопротивление.

Точка соединения Rgt, и ЭМ подключена к первому входу СС 6. Д, 7, вход которого пздключен к ИЭН 5, служит для регулировки среднего значения магнитного поля , вход которого подключен к ГЛИН 9, которым осуществияется развертка магнитного поля, служит для регулировки диапазонов развертки. Точка соединения Д и Ц соединена с общей точкой схемы, а их выходы через масштабирующие резисторы R и R -3. поключены к инвертирующему входу ОУ, неинвертирующий вход которого соединен с общей дочкой схемы, а выход со вторым входом СС 6.

Устройство работает следующим образом.

После включения устройства ток ЭМ 3 создает на , падение напряжения, пропорциональное величине тока ЭМ. Сигнал ошибки, представляющий собой разность напряжений, снимаемых с ROJ, выхода СУ, усиливается УПТ и воздействует на УЭ так, что ток ЭМ изменяется таким образом, что сигнал ошибки уменьшается до величины, не превьшающей заданной точности поддержания величины магнитного поля. Включение ОУ по схеме СУ (как показано на чертеже) позволяет считать, что напряжение на выходе СУ Uji определяется следующим выражением: U,-(.3).

Uj- напряжение, снимаемое с Д Up - напряжение, снимаемое с Д

ц. масштабный коэффициент 1 II

R для Ug;

C, масштабный коэффициент

для Up.

Таким образом, напряжение на выходе СУ равно сумме входных напряжений, умноженных на соответствующий масштабный коэффициент, а входные ТОЧКИ каждого из источников этих напряжений не зависят друг от друга Объясняется это тем, что для современных ОУ характерны достаточно большие коэффициенты усиления (от десятков тысяч до нескольких миллионов) и малые входные токи (от долей микроампер до нескольких наноампер). При таких параметрах ОУ можно считать, что напряжение между инвертирующим и неинвертирующим входами ОУ стремится к нулю и, следовательно, в случае заземления неинвертирующего входа инвертирующий вход можно рассматривать как точку кажущейся земли

т.е.

-;„-У1ч - i VP-i4Rl

При этом оказывается, что

Йа т.е. ток, попадаюящй в суммируюцую

точку (кажущаяся земля) из входных цепей, равен току, протекающему в цепи обратной связи. Тем достигается суммирование входных напряжений на выходе СУ и практическ исключается взаимное влияние входных воздействий друг на друга и, следовательно, обеспечивается независимость регулировки среднего значения магнитного поля и регулировки величины диапазонов развертки,

В предлагаемом изобретении обеспечивается независимость регулировки среднего значения магнитного поля и регулировки величины диапазонов развертки спектров МР. В результате этого достигается сокращение времени на настройку устройства, на измерения и обработку результатов измерений спектров МР, что очень важно при использовании малогабаритных специализированных радиоспектрометров,как в научных и полевых лабораториях при проведении серийных измерений с целью повьш1ения интенсификации науч- ных исследований, так и в промышленных условиях для контроля и управления технологическими процессами.

Формула изобретения

Устройство стабилизации и развертки магнитного поля, содержащее последовательно соединенные электромагнит, управляющий элемент и источник питания, усилитель постоянного тока, соединенный с управляющим элементом и схемой сравнения, два делителя, кйждый из которых соеди .нен соответственно с источником эта лонного напряжения и генератором линейно-изменяющегося напряжения, и опорное сопротивление, соединенное с электром агнитдм, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени настройки и изме рения, обработки результатов измере ний спектров магнитного резонанса, в него дополнительно введены два масштабирукяцих резистора и операционный усилитель, который включен по схеме суммирующего усилителя, выходы обоих делителей соединены через масштабирующие резисторы с инвертирукйцим входом операционного усилителя, а неинвертирующий вход 88 его соединен со схемой сравнения, причем вторые выходы источника эталонного напряжения, двух делителей и генератора линейно-изменяющегося напряжения соединены с землей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Марон Р.С. и др. Аппаратура для исследования электронного парамагнитного резонанса. Энергия, . 1969, 1. с. 64-70. 2.Siangan Н. 3 М. Determination of the spin concentration by electron spin resonanse. J. of Phys. E.Scient. Anstr., 1970, v. 3, p. 775-778.

en