Устройство стабилизации и развертки магнитногополя
Сокзз Советскии
Социапистическни
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iii830208 (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву —(22) Заявлено 19.07. 79 (21) 2800269/18-25 (5t)NL. Кл.
G 01 N 24/02 с присоединением заявки У&в
1Ьаудиротиелинй конитет
СССР дв делан изобретений и открытий (23) П риорнтет (53) УДК 538.11. .3(088.8) Опубликовано 15.05.81 Бюллетень М 18
Дата опубликования описания 17.05 ° 81
Д.П. Волнягин, В.З. Драпкин, В.В. Заяц,. Ю.А. Макаров и А.С. Сердюк (72) Авторы изобретения СЕС .,.. „„-»;„,:. б г хн%3ЩДжй инсти
° Хйй ": g <чм ,«,- » Й»Ц-„,-гг,. „
Ленинградский ордена Ленина элек им. В.И. Ульянова (Ле (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ И РАЗВЕРТКИ
МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Йзобретение предназначено для использования в радиоспектрометрах магнитного резонанса, в частности в малогабаритных специализированных спектрометрах электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР) широких пиний.
Известно устройство, где раз Ф вертка спектров магнитного резонанса (МР) осуществляется путем медленного сканирования ноля электромагнита (ЭМ) радиоспектрометра (РС), При этом в каждой точке диапазона сканирования значение величины индукции магнитного поля должно поддерживаться с точностью, обеспечивающей требуемые аналитические возможности PC. Для серийных РС часо" вая.стабильность магнитного поля имеет величину, лежащую в диапазоне
-6
5 10 -10, в зависимости от класса
РС; Стабилизацию магнитного поля обычно осуществляют, используя принцип отрицательной обратной связи в сочетании с датчиками, чувствительными либо к величине магнитного поля (датчики Холла, датчики ЯМР и др.) либо к току катушек ЭМ. Для малогаба5 ритных специализированных PC достаточно иметь стабильность магнитного поля порядка 10, что наиболее просто достигается применением системы
ФО стабилизации тока ЭМ так как разме"
Э щение датчиков Холла или ЯМР в зазоре ЭМ требует увеличения зазора и, следовательно, увеличения габаритов, массы и потребляемой мощ15 ности ЭМ. Система стабилизации магнитного поля кроме требуемой стабильности магнитного поля должна обеспечивать возможность сканирования ЭМ для развертки спектров МР.
Устройство работает следующим образом. Ток ЭМ создает на опорном .сопротивлении Коп падение напряже ния, которое сравнивается на схеме сравнения (СС) с напряжением источ83020
55
3 ника эталонного напряжения (ИЭН) ° изменением величины которого дости-! гается изменение величины магнитного поля. Разность этих напряжений, называемая сигналом ошибки усилиЭ
5 вается усилителем постоянного то(УПТ) и воздействует на управляющий элемент (УЭ), включенный последовательно с ЭИ по отношению к источнику 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 эталон15 ного напряжения позволяет осуществлять развертку спектров MP. Это достигается вращением движка потенциометра, которым регулируется величина эталонного напряжения. Время, 20 затрачиваемое на проведение измерений спектров МР, в значительной мере зависит от того, обеспечивается ли точная фиксация значения величины индукции магнитного поля, соответствующая середине диапазона, при изменении величины диапазона и сохраняется ли калибровка диапазонов при изменении среднего значения поля jlj.
Однако в рассматриваемом случае эти условия не выполняются и поэтому при изменении условий регистрации спектров ЭПР (изменение средней величины магнитного поля или величины диапазонов сканирования)необходимо время на проведение коррекции этих-параметров регистрации либо путем применения в системе стабилизации и развертки магнитного поля соответствующих органов регулировки, либо путем проведения калибровки диапазона развертки, осуществляя запись подходящего эталонного образца, обладающего рядом линий сверх тонкой структуры с известными расстояниями между линиями.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство стабилизации и развертки магнитного поля, содержащее последовательно соединенные ЭМ, УЭ, ИП, ИЭН, УПТ, соединенный с УЭ и СС, два делителя (Д), генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН) и опорное сопротивление (R ). Два делителя (Д„ и Д ) соединены последовательно и подключены ко второму входу
СС, первый вход которого соединен с точкой соединения ЭМ и R00. Дес
8 4 лители своими входами соединены с
ИЭН и ГЛИН, соответственно. Сигнал ошибки, представляющий собой разность напряжений, действующих на входе СС, поступает на УПТ, вход которого соединен с выходом СС. К выходу УПТ подключен УЭ, включенный между ИП и ЭИ. Таким образом, УЭ изменяет ток ЭМ так, что сигнал ошибки 6 уменьшается до требуемой величины о, т.е. o=, где л 1Ъ
К
К вЂ” коэффициент стабилизации системы. Процесс развертки магнитного поля происходит при изменении напряжения ГЛИН. Один из делителей служит для установки величины среднего значения поля, а другой для регулировки величины диапазонов развертки Г23, 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, управляющий 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 линейно5 83 изменяющегося напряжения соединены с землей.
На чертеже представлена блоксхема устройства стабилизации и развертки магнитного оля.
Устройство содержит ИП 1, УЭ 2, ЭМ 3,. УПТ 4, ИЭН 5, СС б, Д„ 7 и
Д 8, ГЛИН 9, суммирующий усйлитель (СУ) 10, состоящий из операционного усилителя (ОУ) и сопротивления Й и опорное сопротивление.
Точка соединения R Д 1 и Д соединена с общей точкой схемы, а их выходы через масштабирующие резисторы R„ H R поключены к инвертирующему входу ОУ, неинвертирующий вход которого соединен с общей точкой схемы, а выход со вторым входом СС б. Устройство работает следующим образом. После включения устройства ток ЭМ 3 создает на R впадение напряжения, пропорциональное величине тока ЭМ. Сигнал ошибки, представляющий собой разность напряжений, снимаеВ мых с К >яи выхода СУ, усиливается УПТ и воздействует на УЭ так, что ток ЭМ изменяется таким образом, что сигнал ошибки уменьшается до величины, не превышающей заданной точности поддержания величины магнитного поля. Включение ОУ по схеме СУ (как показано на чертеже) позволяет считать, что напряжение на выходе СУ U определяется следующим выражением: где 1 р 2) U s — напр. .жение, снимаемое с Д„; Up — напряжение, снимаемое с Д 1 К -Я - масштабный коэффициент „-Ж Р для 0з1 К вЂ . — — — масштабный коэффициент ОС. R для U Таким образом, напряжение на выходе СУ равно сумме входных напряжений, умноженных на соответствующий масштабный коэффициент, а. входные точкй каждого из источников этих напряжений не зависят друг от друга. Объясняется это тем, что для совре0208 6 иенных ОУ характерны достаточно большие коэффициенты усиления (от десятков тысяч до нескольких миллионов) и мапые входные токи (от долей мик5 роампер до нескольких наноампер). При таких параметрах ОУ можно считать, что напряжение между инвертирующим и неинвертирующим входами ОУ стремится к нулю и, следовагельно, в случае заземления неинвертирующего входа инвертирующий вход можно рассматривать как точку "кажущейся земФФ ли, т.е. При этом оказывается, что. oc R.„+ R -a т. е. ток, попадающии в суммирующую щ точку (" кажущаяся земля") из входных цепей, равен току, протекающему в цепи обратной связи. Тем calm достигается суммирование входных напряжений на выходе СУ и практически 2s 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 ис-. пользовании малогабаритных специализированных радиоспектрометров как в научных и полевых лабораториях при проведении серийных измерений с целью повышения интенсификации научных исследований, так и в промышленных условиях для контроля и управления технологическими процессами. Формула изобретения Устройство стабилизации и развертки магнитного поля, содержащее последовательно соединенные электро55 магнит управляющий элемент и источ ник питания, усилитель постоянного тока, соединенный с управляющим эле" ментом и схемой сравнения, два делителя, каждый из которых. соеди83020 )О Составитель В, Покатилов Техред Н,Келушак Корректор В. Бутяга Ре актор Т. Веселова Заказ .2791/26 Тираж 907 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва )К-35 Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4.нен соответственно с источником эта" . лонного напряжения и генератором линейно-изменяющегося напряжения, и опорное сопротивление, соединенное с электромагнитом, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения времени настройки и измерения, обработки результатов измерений спектров магнитного резонанса, в него 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 8 8 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. Иарон Р.С. и др. Аппаратура для исследования электронного парамагнитного резонанса. "Энергия", 1969, ). с. 64-70. 2. Slangen Н. ) М. 0etermination of the spin concentration by electron spin resonanse. J. of Phys. E.Scient. Anstr., 1970, v. 3, р. 775-778.
