Стабилизатор магнитного поля

 

Изобретение относится к устройствам создания магнитных полей с точно заданным значением магнитной индукции. Целью изобретения является повышение стабильности магнитного поля путем исключения влияния дестабилизирующих факторов на частоту автодина. Цель достигается за счет введения в схему цифрового измерителя 3 частоты, блока 6 сопряжения, узла 8 индикации и клавишного пульта 10. Эти элементы вместе с введенным цифроаналоговым преобразователем 9 образуют петлю динамического авторегулирования на программном уровне резонансной частоты автодина. Благодаря этому обеспечивается непосредственное изменение частоты автодина с любой заданной точностью. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 05 F 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ KOMVlTf T

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ИИМ

Щ ° 3 "ИИ Ь1(д

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4603884/07 (22) 09.11.88 (46) 28.02.91. Бюл. N 8 (72) M.Н. Штейн, Л.А, Виногори С,Н. Решетнева (53) 621,31 6,722. 1(088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР . Иг 1151939, кл. G 05 F 7/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М 553606, кл, G 05 F 7/00, 1977, (54) СТАБИЛИЗАТОР МАГНИТНОГО ПОЛЯ (57) Изобретение относится к устройствам создания магнитных полей с точно заданным значением магнитной индукции. Целью... Ж,, 1631534 А1 изобретения является повышение стабильности магнитного поля путем исключения влияния дестабилизирующих факторов на частоту автодина. Цель достигается за счет введения в схему цифрового измерителя 3 частоты, блока 6 сопряжения, узла 8 индикации и клавишного пульта 10. Эти элементы вместе с введенным цифроаналоговым преобразователем 9 образуют петлю динамического авторегулирования на программном уровне резонансной частоты автодина. Благодаря этому обеспечивается непосредственное изменение частоты автодина с любой заданной точностью. 2 ил.

1631534

10

40

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для измерения магнитной индукции и устройствам для создания магнитных полей с точно заданным значением магнитной индукции, Цель изобретения — повышение стабильности магнитного поля путем исключения влияния дестабилизирующих факторов на частоту автодина.

На фиг. 1 представлена структурная схема стабилизатора магнитного поля; на фиг. 2 — алгоритм работы петли авторегулирования.

Устройство содержит электромагнит 1, преобразователь 2 ядерного магнитного резонанса (ЯМР), цифровой измеритель 3 частоты, источник 4 тока модуляции, автодин 5, блок 6 сопряжения, амплитудный детектор

7, узел 8 индикации, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 9, клавишный пульт 10, усилитель 11 низкой частоты, фазовый детектор 12 и регулируемый источник 13 питания электромагнита.

Электромагнит снабжен катушками 14.

Принцип действия стабилизатора магнитного поля основан на явлении ЯМР. Если диамагнитное вещество, ядра которого имеют магнитные дипольные моменты, поместить в постоянное магнитное поле электромагнита 1 С напряженностью Н, то диполи начинают прецессировать вокруг направления приложенного поля.

Частота прецессии определяется формулой Лармора: й) =-p H (1) где в- круговая частота прецессии, у — гиромагнитное отношение ядра .

Основной элемент, необходимый для обнаружения частоты прецессии магнитныхдиполей, — преобразователь ЯМР. В его состав выходит ампула с диамагнитным веществом, помещенная в катушку индуктивности, которая является частью контура автодина 5. Частоту колебаний автодина можно изменять с помощью конденсатора переменнои емкости, являющегося частью контура этого генератора, В тот момент, когда частота автодина становится равной частоте прецессии ядер, наступает явление резонанса, проявляющееся в поглощении энергии высокочастотного магнитного поля ядрами рабочего вещества.

Это поглащение энергии приводит к уменьшению пеличины добротности катушки и, следовательно, к уменьшению сопротивления кон::,:-ра генератора, что вызывает уменьшение амплитуды генерируемых колебаний.

Для того, чтобы сделать явление резонанса повторяющимся и пригодным для наблюдения в приборе осуществляется модуляция магнитного поля напряжением переменного тока частотой 50 Гц с помощью источника 4 тока модуляции, питающего напряжением частотой 50 Гц катушку модуляции преобразователя ЯМР. Таким образом, условия ЯМР возникают дважды эа период модулирующего напряжения.

Периодические изменения амплитуды генерируемых колебаний преобразуются с помощью амплитудного детектора 7 в низкочастотный сигнал переменного тока — сигнал ЯМР, В условиях ЯМР магнитную индукцию определяют по формуле:

2л

В= — f,==Ñ f,,, 7 (2) где fp — частота колебаний автодина, при которой наступает резонанс ядер, С вЂ” константа, зависящая от рабочего вещества в преобразователе ЯМР .

С помощью петли авторегулирования тока обмотки электромагнита поддерживается стабильное значение магнитной индукции в зазоре электромагнита, Это осуществляется следующим образом, На фазовом детекторе 12 происходит сравнение фаз сигнала ЯМР, усилен ного для детектирования усилителем 11 низкой частоты, и сигнала от источника 4 тока модуляции. На выходе фазового детектора вырабатывается сигнал ошибки, который имеет нулевое значение при резонансных условиях и фиксируется на миллиамперметре, установленном на выходе фазового детектора. При изменении поля электромагнита нарушается выполнение условия (2) и на выходе фазового детектора возникает сигнал ошибки, пропорциональный отклонению поля электромагнита.

Сигнал ошибки поступает с фазового детектора на регулируемый источник питания 13 электромагнита, с помощью которого корректируется величина тока в обмотке 14 электромагнита 1 до тех пор, пока прежнее значение магнитной индукции не восстанавливается, Однако для поддержания стабильного магнитного поля в зазоре электромагнита авторегулирования тока электромагнита еще недостаточно, так как нестабильность поля может возникать из -за флюктуаций частоты автодина. Для устранения этого недостатка введена дополнительная петля авторегулирования, с помощью которой поддерживается постоянная стабильная резонансная частота автодина. С выхода автодина высокочастотные колебания поступают на вход цифрового измерителя 3 частоты, с помощью которого определяется значение частоты колебаний и вычисляется значение магнитной индукции по формуле (2), Через устройство 6 со1831534 пряжения измеритель 3 выдает информацию о значении магнитной индукции на узел

8 индикации.

В приборе выбран динамический способ индикации (более экономичный, чем 5 статический). По одному каналу передается номер индикатора. а по другому — двоичнодесятичный код этого разряда результата, причем передача информации осуществляется последовательно на все разряды инди- 10 катара, а непрерывность восприятия обеспечивается инерцией глаза и послесвечением индикатора.

Таким образом. оператор контролирует значение магнитной индукции. Для обеспе- 15 чения стабильности измеренного магнитного поля оператор с помощью пульта 10 должен выбрать для работы "Режим стабилизации". Далее в соответствии с алгоритмом работы дополнительной петли 20 авторегулирования, представленным на фиг. 2, оператор с клавишного пульта 10 заносит в систему заданное значение стабилизируемой магнитной индукции Вз, Работа клавишного пульта, представля- 25 ющего собой матрицу, на пересечении строк и столбцов которой расположены клавиши, организована следующим образом, Для определения кода нажатой клавиши измеритель 3 через блок б сопряжения 30 выдает на строки матрицы сканирующий сигнал и принимает сигналы со столбцов матрицы. Низкий логический уровень сигнала с соответствующей строки поступает на одну из линий столбцов, если клавиша на их 35 пересечении замкнута, что и позволяет однозначно определить код нажатой клавиши.

Таким образом, заданное значение магнитной индукции Вз и соответствующее ему значение резонансной частоты fg запомина- 40 ется в ОЗУ, входящем в состав измерителя 3.

Далее в процессе работы измеритель 3 не только выдает фактическое значение магнитной индукции на индикацию, но и при каждом измерении вычисляет разность 45 между заданным fa и фактическим 1факт. значениями частоты. Величина отклонения частотыЛ f в виде цифрового 12 — разрядного кода поступает через блок 6 на ЦАП 9, аналоговый сигнал с выхода которого передает-, 50 ся на управляемый (исполнительный) элемент автодина, роль которого может выполнять, например, варикап. Коррекция частоты автодина производится с заданной точностью до тех пор, пока частота автодина не станет равной заданному стабилизируемому значению.

Формула изобретения

Стабилизатор магнитного поля, содержащий электромагнит, преобразователь ядерного магнитного резонанса, расположенный в поле электромагнита, источник тока модуляции, один выход которого соединен с входом преобразователя ядерного магнитного резонанса, выход которого подключен к первому входу автодина, первый выход которого соединен с входом амплитудного детектора, цифроаналоговый пре- . образователь, фазовый детектор и регулируемый источник питания, выход которого соединен с обмотками электромагнита, отличающийся тем, что. с целью повышения стабильности магнитного поля путем исключения влияния дестабилизирующих факторов на частоту автодина, в него введены цифровой измеритель частоты, блок сопряжения, узел индикации, клавишный пульт, усилитель низкой частоты, причем выход амплитудного детектора через усилитель низкой частоты подключен к одному входу фазового детектора, другой вход которого соединен с другим выходом источника тока модуляции, а выход фазового детектора подключен к управляющему входу регулируемого источника питания, при этом второй выход автодина соединен с входом измерителя частоты, выходные выводы которого подключены к соответствующим входам блока сопряжения, выходные выводы которого соединены с входами узла индикации, цифроаналогового преобразователя и клавишного пульта соответственно, выход цифроаналогового преобразователя подклю чен к второму входу автодина, а выход клавишного пульта соединен с соответствующим входом блока сопряжения, при этом цифровой измеритель частоты, блок сопряжения, цифроаналоговый преобразователь, узел индикации и клавишный пульт образуют петлю авторегулирования, функции которой определены алгоритмом, изображенном на фиг. 2.

1631534

Составитель С. Чернышева

Редактор Л. Пчолинская Техред М.Моргентал Корректор М. Демчик

Заказ 546 Тираж 457 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патейт", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101