Устройство для измерения магнитной восприимчивости

 

1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ, содержащее последовательно соединенные генератор питания, термостатированный LC-генератор, индуктивность колебательного контура которого является датчиком, широкополосный усилитель , а также регистрирующий прибор, о тлич ающе е с я тем, что, с целью повьшения чувствительности, и точности измерения, в него введены последовательно соединенные опорный генератор-синтезатор частот, смеситель частот, фильтр сосредоточенной селекции, широкополосный усилитель промежуточной частоты. З-п частотный детектор, фильтр нижних частот и масштабный усилитель постоянного тока с изменяемым коэффициентом усиления, причем второй вход смесителя частот соединен с выходом широкополосного усилителя, второй вход частотного детектора подключен к второму выходу опорного генератора-синтезатора частот, выход масштабного усилителя постоянного тока с изменяемым коэффициентом усиления соединен с входом регистрирующего прибора, термостатированньй LC-генератор выполнен маломощным i и высокочастотным, а широкополосный усилитель - высокочастотным. (Л 2, Устройство по п, 1, о т л и ч ающе е ся тем, что генератор питания выполнен в, виде последовательно соединенных высокочастотного амплитудного детектора и операциоЯного усилителя постоянного тока с начальным смещением, причем вход со высокочастотного амплитудного део со тектора подключен к выходу широкополосного высокочастотного усилителя , а выход операционного усилителя со постоянного тока с начальным смещением - к входу LC-генератора,

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН., „SU„„1190319 (51)4 G 01 R 33/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР / .

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЪ|ТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

И ABTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3659063/24-21 (22) 03.11.83 (46) 07.!1.85. Бюл. 9 41 (71) Дрогобычский государственный педагогический институт им.И.Франко (72) M.Þ. Войтусик и В.М. Цмоць (53) 621 .317.44(088.8) (56) Богословский С.А., Соколов В.И.

Измерение магнитной восприимчивости магнитодиэлектриков с помощью криогенного генератора на полевом транзисторе.-Приборы и техника эксперимента, 1982,Ô 2, с. 200-202. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ, содержащее последовательно соединенные генератор питания, термостатиро= ванный LC-генератор, индуктивность колебательного контура которого явля-. ется датчиком, широкополосный усилитель, а также регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности. и точности измерения, в него введе-. ны последовательно соединенные опорный генератор-синтезатор частот, смеситель частот, фильтр сосредоточенной селекции, широкополосный усилитель промежуточной частоты, частотный детектор, фильтр нижних частот и масштабный усилитель постоянного тока с изменяемым коэффициентом усиления, причем второй вход смесителя частот соединен с выходом широкополосного усилителя, второй вход частотного детектора подключен к второму въжоду опорного генератора-синтезатора частот, выход масштабного усилителя постоянного тока с изменяемым коэффициентом уси- ления соединен с .входом регистрирующего прибора, термостатированный .

LC-генератор выполнен маломощным и высокочастотным, а широкополосный усилитель — высокочастотным.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что генератор питания выполнен в, виде последовательно соединенных высокочастотного амплитудного детектора и операциойного усилителя постоянного тока с начальным смещением, причем вход высокочастотного амплитудного детектора подключен к вьжоду широкополосного высокочастотного усилителя, а выход операционного усилителя постоянного тока с начальным смещением — к входу LC-генератора.

1190319

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть испопьзовано для измерения магнитной восприимчивости слабомагнитньж матерйалон, например полупроводниковых или биологических объектов в широком диапазоне внешних магнитных полей и температур.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности измерения магнитной восприимчивости.

На чертеже представлена блок" схема прегглагаемого устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные термостатированный высокочастотный LC-генератор высокочастотный широкополосный усилитель 2, высокочастотный амплитудный.детектор 3 и усилитель 4 постоянного тока с начальным смещением, причем выход последнего соеди" нен с цепью питания первого, смеситель, 5 частот, первый вход которого соединен с выходом высокочастотного широкополосного усилителя 2, опорный генератор-синтезатор б частот, первый вьжод которого соединен с вторым входом смесителя 5 частот, последовательно соединенные широкополосный фильтр 7 сосредоточенной селекции и широкополосный усилггтель 8 промежуточной частоты, причем вход первого соединен с выходом смесителя 5 частот, частотный детектор 9, первый вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя 8 промежуточной частоты, а второй — с вторым выходом опорного генератора-синтезатора 6 частот, последовательно соединенные фильтр 10 нижних частот, масштабный усилитель 1! постоянного тока с изменяемым коэффициентом усиления и регистрирующий прибор 12, при гем вход первого соединен с выходом частотного детектора 9.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с выхода термостатированного маломощного высокочастотного 1.С-генератора ), датчиком в котором служит. индуктивность его колебательного контура, поступает на вход высокочастотного широко" полосного усилителя 2. Усиленный высокочастотным широкополосным усилителем 2 сигнал поступает на первый вход смесителя 5 частот, S

10 !

55 а на второй вход последнего поступает сигнал с первого выхода опорного генератора-синтезатора 6 частот, причем разность частот сигналов маломощного высокочастотного

LC-генератора и опорного генератора-синтезатора 6 частот составляет 10 ИГц и при начальной регулировке выдерживается с точностью до единиц герц, Выделенный широкополосным фильтром 7 сосредоточенной селекции иэ смесителя 5 частот сигнал частотой 10 МГц усиливается широкополосным усилителем 8 промежуточной частоты, подается на первый вход частотного детектора 9, а на второй вход поступает опорный сигнал с частотой 10 ))Гц из второго выхода опорного генератора-синтезатора 6 частот. При равенстве частот сигналов на обоих входах частотного детектора 9 на его выходе сигнал отсутствует. В случае неравенства частот входных сигналов частотного детектора 9 на его выходе появится некоторая величина постоянного напряжения соответствующей полярности зависящая только от величины разности частот входных сигналов. Выделен- . ное частотным детектором .9 постоянное напряжение проходит через фильтр

10 нижних, частот и усиливается масштабным усчлителем 11 постоянного тока с иэмыгяемым коэффициентом усиления. С выхода масштабного уси- лителя 11 постоянного тока усиленное напряжение поступает на вход регистрирующего прибора 12.

При помещении в датчик, которым служит индуктивность колебательного контура термостатированного маломощного LC-генератора, исследуемого вещества происходит изменение его генерируемой частоты и амплитуды выходного напряжения. Изменение частоты генератора вызывает появление на выходе частотного детектора сигнала соответствующей полярности, причем этот вьжодной сигнал пропорционально зависим от величины магнитной восприимчивости исследуемого вещества, что дает возможность шкалу регистрирующего прибора проградуировать непосредственно в единицах магнитной восприимчивости. Для обеспечения временно-частотной стабильности работы термостатированного маломощного высокочастотного

11Я031З

35

LC-генератора 1 и устранения влияния амплитуды его выходного сигнала на результаты измерений последний снабжен управляемым источником питания.

У

Использование отрицательной обратной связи в управляемом источнике питания упомянутого генератора позволило увеличить его временночастотную стабильность на порядок.

Источник питания термостатированного высокочастотного LC.-генератора 1 состоит из последовательно соединенных высокочастотного амплитудного детектора 3, вход которого подключен к выходу широкополос" ного высокочастотного усилителя 2,: и операционного усилителя 4 посто; янного тока, имеющего начальное смещение, выход которого соединен с цепью питания упомянутого гене-. ратора.

Установка начального напряжения питания (около выбранного значения термостатированного высокочастотного LC-генератора осуществляется с помощью установления начального смещения на прямом входе операционного усилителя 4 постоянного тока. 30

Выходное высокочастотное напряжение термостатированного высокочастотного ЕС-генератора 1, усиленное широкополосным высокочастотным усилителем 2, поступает на вход высокочастотного амплитудного детектора 3 и с его выхода в виде постоянной составляющей поступает на инверсный вход операционного усилителя 4 постоянного тока. На 40 выходе операционного усилителя 4 постоянного тока напряжение равно разности начально установленного напряжения и усиленного напряжения постоянной составляющей выпрямлен- 45 ного высокочастотным амплитудным детектором 3. В зависимости от изменения величины амплитуды генерации термостатированного высокочастотного LC-генератора 1 происхо- 50 дит изменение величины напряжения питания его. Дальнейшее управление работой источника питания упомянутого генератора происходит автоматически. 55

Частота среза стабилизации

"О,l Гц. Мощность, рассеиваемая источником питания, 410 мВт. Временно-частотная нестабильность термостатированного маломощного высокочастотного LC-генератора при питании от такого источника составляет не более 10 Гц/ч.

Катушка индуктивности колебательного контура термостатированного маломощного высокочастотного

LC-генератора, являющаяся зондом, выполнена цилиндрической и соединена с электронной схемой с помощью коаксиальной линии длиной 80 мм, состоящей из нейзильберовой трубки диаметром 12 мм и центрального медного провода диаметром 1 мм, который центрирован тремя тефлоновыми шайбами, помещена вместе с электронной схемой в термостат.

Смеситель частот собран на двухзатворном полевом транзисторе

КП 350 Б, в исток которого включен широкополосный фильтр сосредоточенной селекции с полосой пропускания

3 МГц, выполненный трехзвенным на

LC-элементах с внешней емкостной связью и средней рабочей частотой

10 МГц.

Широкополосный усилитель нромежуточной частоты выполнен трехкаскадным и собран на транзисторах, в коллекторные цепи которых включены двухконтурные полосовые фильтры. Общее усиление широкополосного усилителя промежуточной частоты при полосе пропускания 3 МГц и средней рабочей частоте 10 МГц составляет 100.

Согласование входных и выходных сопротивлений каскадов широкополосного усилителя промежуточной частоты достигнуто за счет применения автотрансформаторной связи с коллекторными контурами и слабой связи с базовыми контурами. Связь коллекторных и базовых контуров выбрана ниже критической. Во избежание зависимости выходного напряжения от частоты последний каскад широкополосного усилителя промежуточной частоты выполнен усилителем, работающим в режиме ограничения. Нагрузкой последнего каскада широкополосного усилителя промежуточной частоты является колебательный контур частотного детектора, настроенный на среднюю рабочую частоту широкополосного усилителя промежуточной частоты 10 МГц.

Частотный детектор выполнен по схеме дробного детектора, собранно1190319

Составитель В. Багин

Редактор С. Лыжова Техред A.Í öå Корректор E. Сирохман

Заказ 6976/49 Тираж 747 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал IIIIII "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ro на. диодах, с отдельным источником сигнала опорной частоты, в качестве которого использован второй выход опорного генератора-синтезатора частот. Для подавления паразитной амплитудной модуляции и компенсации асимметрии частотного детектора, вызванного неидентичностью параметров диодов, перед нагруэочными ре" эисторами включены подстроечные ре-. зисторы. Ширина линейного участка статистической частотно-амплитудной характеристики. частного детектора составляет 1,2 МГц с крутизной характеристики 0,5 В/МГц. Отклонение от линейности на краях диапазона +0,5МГц не превышает 17.

Для подавления высокочастотной составляющей, содержащейся на выходе частотного детектора, использован П-образный 1.С-фильтр нижних частот с частотой среза 3 кГц.

В качестве масштабного усилителя постоянного тока с изменяемым коэффициен том ус иления исп оль эован операционный усилитепь типа К 140

УД 2, охваченный местной отрицатель5 ной обратной связью, глубина которой выбрана иэ услбвия обеспечения соответствующего коэффициента усиления. Установка "нуля" напряжения на выходе масштабного усилителя постоянного тока осуществляется с помощью напряжения смещения, подаваемого на его инверсный вход.

Для обеспечения стабильной работы устройства в целом смеситель частот, широкополосный усилитель промежуточной частоты, частотный детектор, усилитель постоянного тока помещены в общий пассивный термостат, изготовленный из силлумина.

Эксперименты показали, что предлагаемое устройство обладает чувст-7 вительностью 2 10 при погрешности измерений 1,57. Временная неста25. бильность выходного напряжения составляет 5 мкВ/ч.