Устройство для измерения индукции магнитного поля Советский патент 1981 года по МПК G01R33/08 

(54) УСТРр,ЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

I

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения магнитной индукции неоднородных и однородных постоянных полей методом ЯМР в шикором диапазоне.

Известны устройства для измерения магнитной индукции, постоянных нолей, состоящие из поляризатора, анализатора, катушки нутации, трубопровода с проточной жидкостью, электронного блока, частотомера 1.

Однако влияние сильных магнитных полей поляризатора и анализатора на измеряемое иоле вносит существенную погрешность в измерения магнитной индукции. Вследствие зтого ограничивается применение устройства на основе зффекта нутации. Кроме того, нрименекие проточной жидкости (движущегося образца) катуижи нутации, широкодиапазонного генератора усложняет конструкцию устройства.

Известно также устройство, основанное на методе ядерного магнитного резонансного поглощения, состоящее из преобразователя ЯМР, измерительного устройства (например включающего генератор низкой частоты, гене

ратор высокой частоты, усилитель высокой частоты, демодулятор, усилитель низкой частоты, осциллограф), частотомера. Это устройство используется для измерения мапштной индукЩ1И от 0,01 Тл и выше в однородШ)1Х постоянных полях. Погрешность измерения - 0,01% 2.

Однако известное устройство не позволяет измерять магнитную индукцию в слабых постоянных полях (до 0,01 Тл), не применимо в неоднородных постоянных полях, которые являются наиболее распространенными.

Целью изобретения является расширение диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, для измере1шя индукции магнитного поля, содержащее преобразователь ЯМР, измерительный блок и цифровой частотомер, дополнительно введены плоскопараллельные постоянные магниты, в воздушном зазоре которых размещен преобразователь ЯМР.

На чертеже показана функциональная схема устройства, основанного на методе ядерного магнитного резонансного поглощения. Устройство содержит плоскопараллельные постоянные магниты 1, между которыми расположен преобразователь ЯМР 2, катушки 3 модуляции, соединенные с генератором 4 низкой частоты, Катувдка преобразователя ЯМР 2 вместе с переменным конденсатором образует колебательный контур генератора 5 высокой частоты. Колебательный контур через генерато 5 высокой частоты, усилитель 6 высокой частоты, демодулятор 7, усилитель 8 низкой частоты соединен с осциллографом 9. Кроме того, генератор 5 высокой частоты соединен с цифровым частотомером 10. Магниты 11 Создают измеряемое поле. Вместо магнитов 11 может быть магнитное поле Земли, магнитное поле проводников с токами и др., поляризатор 12, трубопровод 13. Устройство работает следующим образом. Преобразователь ЯМР 2 помещается в зазо плоскопараллельных постоянных магнитов 1, т.е. в однородное магнитное поле с заранее известной величиной индукции. Преобразователь ЯМР 2 размещается в магнитном поле таким образом, чтобы высокочастотное поле, создаваемое катушкой, было бы перпендикулярно направлению магнитного поля постоян ных магнитов 1. При резонансе, когда частота генератора 5 совпадает с частотой прецесси ядер, добротность колебательного контура уменьшается вследствие поглощения энергии атомными ядрами, что приводит к уменьшению напряжения на контуре. Для периодического прохождения яерез резонанс индукция постоянного магнитного поля модулируется вблизи резонансного значения с помощью катушек 3, питающихся от генератора 4 низкой частоты. Напряжение высокой частоты, модулированное сигналом ядерного резонансного поглощения, подается на усилитель 6 высокой частоты, после чего на демодулятор 7, выделяющий сигнал ЯМР, который через усилитель 8 низкой частоты постзшает на осциллограф 9. При подаче на пластины развертки осциллографа напряжения, синхронного напряжению источника модуляции магнитного поля на экране непрерывно наблюдаются сигналы ЯМР. Так как за период модуляции условия резонанса повторяются дважды, то на экране видНы два сигнала, симметричное расположение которых относительно центра развертки свидетельствует о наступлении резонанса при нулевом значении модулирующего поля. При этом показания цифрового частотомера 10, измеряющего частоту генератора 5, соответствуют заранее известной магнитной индукции плоскопараллельных постояшц 1х магнитов 1. При воздействии измеряемого постоянного магнитного поля (на чертеже поле магнитов U) на плоскопараллельнью магниты 1, а следовательно и на преобразователь ЯМР 2, расположенный между ними, резонансная частота изменится, а значит изменяться показания цифрового частотомера 10. Изменение показаний цифрового частотомера 10 и будут соответствовать измеряемой магнитной индзтсции. При использовании движущегося образца (проточной жидкости) за время пребывания жидкости в сильном мапштном поле поляризатора 12 в ней возникает неравновесная ядерная намагниченность, которая при дальнейшем течении жидкости по расположенному JB слабом поле трубопроводу 13 уменьшается в результате естественной релаксации и достигает на входе преобразователя ЯМР 2 значения М. Намагниченности М пропорщ{ональна интенсивность сигнала ЯМР А на выходе схемы. А - К- М , где М - намагниченность; А - интенсивность сигнала ЯМР; К - коэффициент, который зависит от параметров схемы и однородности поля плоскопараллельных магнитов 1. Далее устройство работает так же как и с неподвижным образцом. Сигнал ЯМР в устройстве появляется при отсутствии измеряемого поля, это дает возможность расширить пределы измерения магнитной индукции и измерять магнитную индукцию практически от нуля. Пределы измерений устройства от 10 до 2 Тл. Кроме того, устройство позволяет измерять слабые (До 0,1 Тл) неоднородные постоянные магнитные поля, которые являются наиболее распространенными и трудоизмеримыми, особенно в условиях города, лаборатории, цеха. Основная погрешность измере шя с неподвижным образцом - 0,01%, с движущимся о образцом (проточной жидкостью) - 0,001%. Устройство позволяет определять направление вектора магнитной индукции. Формула изобретения Устройство для измерения индукции магнитного поля, содержащее преобразователь ЯМР, измерительный блок и цифровой частотомер, отличающееся тем, что, с целью распшрения диапазона измерения, в него дополнительно введены плоскопараллельные постоянные магниты, 18 воздупшом зазоре которых размещен преобразователь ЯМР. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N 527677, кл. G 01 R 33/08, 1975. 2.Спектор С. А. Измерение больщих постоянных токов. Л., Энергия, 1978, с. 79.

//

Зз

/l

г f: