Способ измерения магнитного поля и устройство для его осуществления Советский патент 1981 года по МПК G01N24/06 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

1

Изобретение относится к измеритель,ной технике, а именно к способам и устч ройствам измерения постоянных магнитных полей методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Известен способ измерения постоянных магнитных попей методом ЯМР, в котором измеряемое магнитное поле в объеме образца модулируют по амплитуде периодически меняющимся магнитным полем с глубиной модуляции больше ширины сигнала ЯМР. Измерение поля сводится к измерению частоты колебаний радиочастотного магнитного поля при равенстве нулю сдвига фазы между сигналом ЯМР и модулирующим напряжением, которое определяется как равенство временных интервалов между импульсами ЯМР tl

Недостатком такого способа является наличие модуляции магнитного поля, которое ухудшает точность измерения за счет влияния неоднородности модулирующего поля на форму сигнала ЯМР. Кроме того, применение данного способа для измерения магнитного поля в малых зазорах затруднено из-за размеров датчика (зонда) с модулирующей катушкой.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения магнитного поля, основанный на методе ядерного магнитного резонанса с частотной модуляцией частоты колебшшй радиочастотного мазпнитного поля. Согласно такому способу измеряют частоту совместно с началом

10 импульса ядерного магнитного резонанса, при этом частоту стабилизируют с момента окончания импульса, а знак коэффициента стабилизации выбирают обратным знаку изменения частоты Г2Д .,

15

Однако точность измерения при таком способе в конечном итоге сводится к измерению резонансного-значения частоты ( FS ) в точке экстремального значения

20 ЯМР и во многом зависит от коэффициента стабилизации частоты радиочастотного магнитного поля в момент ееизмерения. Поэтому измеренная частота 38 КЭМ будет отличаться от FO на величину, где К - коэффициент стабилизации; крутизна изменения частоты до стабилизации; t t - отличие периода измерения за счет изменения коэффициента стабилизации. Требуемая высокая стабильность часто ты налагает сложность на осуществление способа. Даже при высокой стабильности, чина К является конечной, поэтому at 0 ИЭМ Целью изобретения является повышение точности измерения и упрощение измерения постоянных магнитных полей методом ЯМР. Укааа1шая цель достигается тем, что согласно способу измерения магнитного поля, основанному на методе ядерного магнитного резонанса с частотной модуляцией частоты колебаний радиочастотно- .го магнитного поля, в момент равенства нулю сдвига фазы сигнала ЯМР относительно фазы напряжения модул5щии, отключают модуляцию частоты на время измерения частоты радиочастотного поля Устройство для реализации способа измерения магнитного поля содержит последовательно соединенные датчик ЯМР, автодин и инд1псатор, частотомер, соединенный с резонансным контуром автодина и модулятор частоты, а также фазовый детектор, управляющий ключ, линию держки, управляю.щий триггер и схему И, причем вход фазового детектора соединен с выходом индикатора сигнала ЯМР, а выход его с первым входом схемы И, второй вход которой; является запуском устройства, выход схемы И соединен с первым входом управляющего триггера, второй вход которого соединен с выходом Стоп частотомера, выход управляющего триггера соединен с первым входом упра ,„ляюшего ключа, выход которого соединен с автодином, и второй вход - с модулято ром частоты, вход линии задержки соедн нен со вторым входом управляющего три гера, а ее выход - с входом Пуск час тотомера. На фиг. 1 представлены графики, поя няющие предлйгаемый способ измерения магнитного поля; на фиг. 2 - устройство для осуществления способа. Для осуществления способа частоту колебаний радиочастотного магнитного п 4 ЛЯ модулируют по синусоидальному закону с глубиной модуляции больше сигйала ЯМР на величину t л F При появлении сигнала ЯМР, подстраивая частоту автодина до выполнения условия равенства нулю сдвига фазы сигнала ЯМР относительно фазы модулирующего напряжения, отключают модуляцию на время измерения частоты радиочастотного поля. Таким образом измеренное значение Р изм равно (, и так как в момент измерения AFMc,(t) 0, то МЗ.М- РЧастоту радиочастотного магнитного поля измеряют путем счета числа периодов за данный интервал времени. Этот интервал можно выбрать в паузе между импульсами ЯМР, что позволяет измерять частоту без нарушения работы системы стабилизации и управле1шя магнитным полем по сигналу ЯМР (фиг. 1). Таким образом, в предложенном способе исключается влияние нестабильности частоты на точность измерения резонансного значения частоты и отпадает необходимость в стабилизирующем устройстве, а отличительной особенностью данного способа является то, что при частотной модуляции колебаний радиочастотного магнитного поля в момент равенства нулю сдвига фазы сигнала ЯМР и напряжения модуляции отключают .модуляцию частоты на время измерения. I 1 Блок-схема устройства, осуществляющего предлагаемый способ, содержит последовательно соединенные датчик ЯМР1, автодин 2, индикатор сигнала ЯМР-3, фазовый детектор 4, частотомер 5, вход которого соединен с резонансным контуром автодина, модулятор частоты 6, выход которого соединен с автодином, схему И 7, один из входов которой соединен с выходом фазового детектора 4, второй вход - с входом Запуск, управляющий триггер 8, один из установочных входов которого соединен с выходом схемы И 7, второй установочный вход соединен с выходом Стоп частотомера 5, линию задержки 9, вход которой соединен с выходом управляющего триггера 8, выход соединен с входом Пуск частотомера 5, управпяю.щий ключ 10, вход которого соединен с выходом модулятора частоты б, .выход соединен с автодином 2, а управляющий вход соединен с выходом управляющего триггера 8.

586

Устройство работает следующим образом.

Начальный поиск сигнала ЯМР осуществляется изменением частоты автоднна 2. После нахождения сигнала ЯМР частот автодина 2 подстраивается плавно до выполнения условия равенства нулю сдвига фазы сигнала ЯМР относительно фазы модулирующего напряжения, при этом на схему И 7 поступает сигнал разрешения на прохождение команды Запуск, формируемый внешним устройством. Сигнал Запуск с выхода схемы И 7 поступает на управляющий триггер 8 и переключает его Потенциал с прямого выхода управляющего триггера 8 поступает на управляющий вход ключа 10, который отключает модуляцию частоты автодина 2, а также на линию задержки 9, после которой сигнал поступает на частотомер 5 и запускает его. После окончания измерения частоты сигнал Стоп частотомера 5 возвращает управляющий триггер 8 в исходное состояние. При этом включается модулятор частоты 6 и блокируется частотомер 5. Для повторного включения схемы необходимо, при наличиии разрешающего сигнала фазового детектора 4, подать сигнал Запуск.

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяют повысить точность измерения резонансного значения частоты за счет ис1шючения влияния нестабильности частоты, а также дают возможность по сравнению с известным способом проще осуществить измерение ве- личины магнитного поля.

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяют производить измерения в малых объемах, что очень валсно при работе с магнитами с .малыми зазорами. Формула изобретения

го резонанса с частотной модуляцией колебаний радиочастотного магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности измерения и упрощения измерения, в момент равенства нулю сдвига фазы сигнала ЯМР относительно фазы напряжения модуляции, отключают модуляцию частоты на время измерения частоты радиочастотного поля.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

«

/