(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТА о мальна величина шага не должна превышать Г1СГ Т. Уменьшение шага в известном устройстве возможно лишь при снижении частоты колебаний опорного напр жени на фазовом детекторе петли авторегулировани частоты автогенератора . Однако при снижении частоты опорного напр жени возрастает инерционность системы авторегулировани частоты автогенератора, что приводит к снижению скорости изменени пол электромагнита и ухудшению кратковременной стабильности мапштного пол ; отсутствие отсчета магнитного пол в значени х магнитной индукции, что затрудн ет, например, оперативную обработку спектров магнитного резонанса; низкое отношение сигнала к шуму в петле стабилизации магнитного пол , обусловленное применением метода быстрого прохождени через дерный магнитный резонанс с использованием магнитной модул щш большой амплитуды . (Получаемые при этом узкие импульсы сигнала ЯМР требуют широкой полосы пропускани усилительной части датчика ЯМР). Следствием низкого отношени сигнала к шуму вл етс низка точность управлени магнитным полем. Цель изобретени - осуществление автоматической шаговой развертки пол электромагнита, увеличение быстродействи при любой величине, малости шага ускорение обработки данных магнитНЫУ; измерений путем получени отсчета пол в единицах магнитной индзлкции. Автоматическа шагова развертка пол электр магнита и увехшчение быстродействи при любой величине малости шага установки и развертки пол достигаютс тем, что в известное устройство, содержащее регулируемый источник питани электромагнита с аналоговым сумматором на входе, датчик ЯМР с модул ционными катушками, цифро-аналоговьш преобразователь, блок обработки сигнала ЯМР, генератор модул ции, делитель частоты с переменным коэффициентом делени , переключатель установки частоты, фазовый детектор и источник напр жени стабильной частоты, дополнительно введены программный генератор импульсов шаговой развертки и счетчик, причем переключатель установки частоты подключен к установочным входам счетчика, кодовые выходы старших разр дов счетчика соединены с установочными входами делител частоты с переменным коэффициентом делени , кодовые выходы младших разр дов счетчика подключены к цифровым входам цифро-аналогового преобразовател , аналоговый выход которого соединен с модутмционными катушками датчика ЯМР, выход программного генератора импульсов шаговой развертки подключен к счетным входам счетчика. Повьпиение точности управлени полем достигаетс применением в датчике ЯМР метода малой магнитной модул ции с вьщелением в качестве управл ющего сигнала первой производной линии поглощени ЯМР, в св зи с чем блок обработки сигнала ЯМР полностью изменен: к выходу амплитудного детектора датчика ЯМР подключены первый и второй фильтры, вьщел юшие соответственно сигналы дерного магнитного резонанса с первой йчвторой гармонцками частоты магнитной модул ции .Выход первогЬ-Лильтра подключен к синхронномудетектору , опорный вход которого соединен с генера ром мoдyл ции Выход второго фильтра подключен к амплитудному детектору. Выходы синхронного и амплитудного детекторов соединены со входами генератора напр жени автопоиска, выход которого и выход синхронного детектора подключены ко входам аналогового сумматора регулируемого ист(чника питани электромагнита. Ускорение обработки данных магнитных измерений путем (получени отсчета пол в единицах магнитной инд)лкции достигаетс тем, что частота колебаний опорного напр жени фазового детектора выбираетс , исход из услови : fa. -A-10% -гиромагнитное отношение дер ЯМР где 7 вещества, п целое положительное или отрицательное число, а также нуль, определ ющее величину шага перестройки, частоты автогенератора датчика ЯМР. На чертеже представлена блок-схема устройства управлени полем электромагнита. Устройство управлени полем электромагнит содержит датчик ЯМР 1, делитель 2 частоты с переменным коэффициентом делени , фазовый детектор 3, источник напр жени стабильной частоты 4, счетчик 5, программный генератор 6 импульсов шаговой развертки, переключатель установки частоты 7, цифро-аналоговый преобразователь 8, блок 9 обработки сигнала ЯМР, аналоговый сумматор 10, регулируемый источник питани электромагнита 11, генератор модул ции 12. Автогенератор 13 датчика ЯМР 1 соединен с измерительной катушкой индуктивности 14, содержащей ЯМР вещество и помещаемой в поле электромагнита 15. Модул ционные катушки 16 подключены к генератору модул ции 12. Вход амплитудного детектора 17 соединен с автогенератором 13. Управл ющий элемент 18 подключен к выходу фазового детектора 3 и к автогенератору 13. Программный генератор импульсов шаговой развертки 6 содержит последовательно включенные генератор периодической последовательности, импульсов 19, ключ 20, делитель частоты 21 и переключатель скорости развертки 22, а также селектор 23 импульсов с переключателем 24 шага развертки , коммутирующие ключи 25 и выключатель развертки 26. Входы селектора 23 импульсов подключены к делителю частоты 21 и к ключу 20, а выход - к коммутирующим ключам 25, управл ющие входы которых соединены с переключателем шага развертки 24. Выходы коммутирующих ключей подключены к счетным входам счетчика 5, а выключатель развертки 16 соединен с зттравл ющим входом ключа 20. Блок 9 . содержит фильтр первой гармоники частоты модул ции 27, фильтр второй гармоники частоты модул ции 28, синхронный детектор 29, амплитудный детектор 30 и генератор напр жени автопоиска 31. Выход фильтра 27 подключен ко входу синхронного детектора 29, выход которого соединен с генератором 31 и с аналоговым сумматором 10. Выход фильтра второй гармоники частоты модул ции 28 подключен ко входу амплитудного детектора 30, выход которого соединен сгенератором 31, подключенного также к аналоговому сумматору 10. Входы фильтров 27 и 28 соединены с выходом амплитудного детектора 17 датчика ЯМР 1. Опорный вход синхронного детектора 29 соединен с генератором модул ции 12. Выход регулируемого источника питани электромагнита 11 подключен к питающим обмоткам 32 электромагнита 15. Переключатель установки частоты 7 соединен с установочными входами счетчика 5. Кодовые вьиоды младших разр дов счетчика 5 подключены к установочным входам щфро-аналогового преобразовател 8, аналоговый выход которого соединен с модул вдонными катушками 16. Кодовые выходы старших разр дов счетчика 5 подключены к установочным входам делител 2 частоты с переменным коэффициентом делени , счетный вход которого соединен с автогенератором 13, а c4ehibiH ьыход - со входом фазового детектора 3. Опорньш вход фазового детектора 3 подключен к выходу источника напр жени стабильной частоты 4. С помощью переключател скорости развертки 22 производитс изменение коэффициента делени делител частоты 21. Переключатель шага развертки 24 коммутирует цепи селектора 23 импульсов и счетные входы счетчика 5, подключаемые через ключи 25 к выходу селектора импульсов 23. Переключателем установки частоты 7 производитс начальна установка счетчика 5 и, следовательно , начальна установка коэффициента делени N делител 2 частоты с переменным коэффициентом делени , Под действием петли авторегулировани , включающей в себ делитель 2 частоты с переменным коэффициентом делени фазовый детектор 3 и управл юш11Й элемент 18, частода колебаний f р автогенератора 3 устанавливаетс равной , П) где ton - частота.колебаний источника 4 напр жени Стабильной.. частоты. Состо ние мен ших разр дов счетчика 5 определ ет величину тока через модул ционные катущки1 задаваемого цифро-аналоговым преобразователем 8. Ток, протекаюпдий через модул ционные катушки 16, создает в месте расположени измерительной катушки индуктивности 14 с ЯМР вешеством дополнительную индукцию Вдоп магнитного пол . После того, как частота fo автогейератора 13 и дополнительна индукци Вдоп установлены, включаетс генератор напр жени азтопоискаЗ, который воздействует через аналоговый сумматор 10 на вход регулируемого источника питани электромагнита 11. Регулируемый источник питани электромагнита 11 устанавливает ток в обмотка 32 электромагнита 15 такой величины, при которой вьшолн етс чусловие дерного магнитного резонадса в месте р арположени измерительной катушки индуктивности,4 с ЯМР веществом: |-В+1Вдоп1- у 1с где БОГ суммарна величина индукции магнитного пол . При вьшочнении услови (2) обусловленный ЯМР сигнал на выводе амплитудного детектора 30 вьжлючает генератор 31. При наличии ЯМР сигнала начинает функционировать петл авторегулировани магнитного пол , включающа в себ датчик ЯМР 1, фильтр 27, синхронный детектор 29, аналоговый сумматор 10, регулируемый источник питани электромагнита 11, обмотки 32 электромагнита и электромагнит 15. В процессе регулировани поддерживаетс режим .стабилизации пол электромагнита 15. Условие (2) с учетом (1) может быть записано в следующем виде. ,„ . (3) Малые шаги установки индукции В реализуютс посредством изменени Вдоп. большие - за счет изменени N. При изменении Вдоп врем на перестройку частоты автогенератора 13 не затрачиваетс , что повышает быстродействие устройства в целом. При шагах установки пол , превышающих полосу захвата петли авторегулировани пол , включаетс генератор напр жени автопоиска 31, который регулирует ток в обмотках 32 электромагнита 15 описанным выше образом. Развертка магнитного пол во времени от предварительно установленного значени индукции начинаетс после открывани ключа 20 выключателем 26. При малых шагах развертки выход селектора 23 импульсов с помощью переключател шага развертки 24 подключаетс к счетным входам младших декад счетчика 5, при больших шагах - к счетным входам старших декад счетчика 5. Требуемый множитель шага развертки обеспечиваетс селектором 23 импульсов, формирующим необходимое количество импульсов в пачках, следзтощих с частотой , задаваемой переключателем скорости развертки 22. Число импульсов в пачке устанавливаетс переключателем 24 щага развертки. Из зътраженк (3) следует, что, выбрав , где п - целое положительное или отрицательное число, а также нуль, и обеспечив равенство; , +K210 +..., где KI, Кг... - целые положительные числа от О до 9, получаем отсчет пол в единицах магнитной индукции и в дес тичной системе. Дл управлени полем электромагнита в области малых значений магнитной индукции (менее(54) DEVICE FOR CONTROLLING THE FIELD OF ELECTROMAGNET The minimum step size should not exceed G1SG T. The step reduction in the known device is possible only when the frequency of the reference voltage oscillates on the phase generator of the self-oscillator. However, when the frequency of the reference voltage decreases, the inertia of the auto-oscillator frequency autoregulation system increases, which leads to a decrease in the rate of change of the electromagnet's floor and the deterioration of the short-term stability of the map floor; the absence of a magnetic field reading in the values of magnetic induction, which makes it difficult, for example, to efficiently process the magnetic resonance spectra; low signal-to-noise ratio in the stabilization loop of the magnetic field, due to the use of the method of fast passage through nuclear magnetic resonance using a large-amplitude magnetic module. (The resulting narrow pulses of the NMR signal require a wide bandwidth of the amplifying part of the NMR sensor). The consequence of the low signal-to-noise ratio is the low accuracy of the magnetic field control. The purpose of the invention is the implementation of an automatic step sweep of the field of an electromagnet, an increase in speed at any value, with a small step, acceleration of data processing magnetic; measurements by obtaining a field reference in units of magnetic induction. An automatic step-by-step sweep of the electric magnet field and speed increase at any smallness of the installation step and the field sweep are achieved in that a known device containing an adjustable electromagnet power source with an analog adder, an NMR sensor with modulation coils, a digital-to-analog converter, a block NMR signal processing, modulation generator, variable frequency division frequency divider, frequency setting switch, phase detector and voltage source stable frequency, additional step sweep pulse generator and a counter are entered, the frequency setting switch is connected to the meter setup inputs, the code bits of the high bits of the meter are connected to the variable split frequency divider inputs, the code bits of the meter low bits are connected to digital digital inputs -Analog converter, the analog output of which is connected to the modulation coils of the NMR sensor, the output of the software step-wave generator Vertkov connected to the count input of the counter. Acceleration of field control accuracy is achieved by applying a small magnetic modulation method in the NMR sensor with actuation as the control signal of the first derivative of the NMR absorption line, and therefore the NMR signal processing unit is completely changed: the first and second filters are connected to the output of the amplitude detector of the NMR sensor There are, respectively, nuclear magnetic resonance signals with the first second harmonics of the magnetic modulation frequency. The first-Liltr output is connected to a synchronous detector, the reference input of which is connected to rum modyl tion generates second filter output is connected to the amplitude detector. The outputs of the synchronous and amplitude detectors are connected to the inputs of the auto voltage search generator, the output of which and the output of the synchronous detector are connected to the inputs of an adjustable adder analog combiner (electromagnet power supply. Acceleration of the magnetic measurement data processing (by reading the field in units of magnetic ind)) is achieved by that the oscillation frequency of the reference voltage of the phase detector is chosen, based on the condition: fa. -A-10% is the hygromagnetic ratio of NMR where 7 substances, n is positive or Note: a knitting number, as well as zero, which determines the size of the tuning step, the frequency of the oscillator of the NMR sensor.The drawing shows a block diagram of an electromagnet field control device.The field control device of an electromagnet contains a NMR sensor 1, a divider 2 frequencies with a variable division factor, a phase detector 3, voltage source of stable frequency 4, counter 5, software generator 6 pulses of step sweep, switch setting frequency 7, digital-analog converter 8, block 9 of NMR signal processing, analog A new adder 10, an adjustable power supply for the electromagnet 11, a modulation generator 12. The autogenerator 13 of the NMR sensor 1 is connected to an inductance measuring coil 14 containing an NMR substance and an electromagnet placed in the field 15. The modulation coils 16 are connected to the modulation generator 12. Amplitude input the detector 17 is connected to the oscillator 13. The control element 18 is connected to the output of the phase detector 3 and to the oscillator 13. The programmed step sweep pulse generator 6 has a series-connected oscillator sequence, pulses 19, key 20, frequency divider 21 and sweep speed switch 22, as well as pulse selector 23 with switch 24, sweep steps 24, switching keys 25 and switch sweep 26. Pulse selector 23 inputs are connected to frequency divider 21 and key 20 and the output to the switching keys 25, the control inputs of which are connected to the sweep step switch 24. The outputs of the switching keys are connected to the counting inputs of the counter 5, and the sweep switch 16 is connected to the return input of the key 20. Block 9. contains the filter of the first harmonic of the modulation frequency 27, the filter of the second harmonic of the modulation frequency 28, the synchronous detector 29, the amplitude detector 30 and the auto-voltage voltage generator 31. The output of the filter 27 is connected to the input of the synchronous detector 29, the output of which is connected to the generator 31 and to the analog the adder 10. The output of the second harmonic filter of the modulation frequency 28 is connected to the input of the amplitude detector 30, the output of which is connected to the generator 31, also connected to the analog adder 10. The inputs of the filters 27 and 28 are connected to the output of the ampl The detector 17 of the NMR sensor 1. The reference input of the synchronous detector 29 is connected to the modulation generator 12. The output of the controlled power supply of the electromagnet 11 is connected to the supply windings 32 of the electromagnet 15. The frequency setting switch 7 is connected to the installation inputs of the counter 5. The low-resolution code codes 5 are connected to the installation inputs of an analog-to-digital converter 8, the analog output of which is connected to the module by the void coils 16. The code outputs of the higher bits of the counter 5 are connected to the installation Divider 2 frequency inputs with variable division ratio, the counting input of which is connected to the oscillator 13, and c4ehibiH output to the input of the phase detector 3. The reference input of the phase detector 3 is connected to the output of the voltage source of the stable frequency 4. Using the speed switch 22, changing the division ratio of the frequency divider 21. The switch of the sweep step 24 switches the pulse selector circuit 23 and the counting inputs of the counter 5 connected via keys 25 to the output of the pulse selector 23. The switch y Frequency 7 is set to the initial setting of the counter 5 and, consequently, the initial setting of the division factor N of the divider 2 frequency with a variable division factor. Under the action of an auto-tuning loop that includes a divider 2 frequencies with a variable division factor phase detector 3 and control element 18 of the frequency the oscillations f p of the oscillator 3 is set equal to, P) where ton is the frequency of the oscillations of the source 4 voltage Stable .. frequency. The state of the changing bits of the counter 5 determines the amount of current through the modulation coils 1 as specified by the digital-analog converter 8. The current flow through the modulation coils 16 creates an additional induction of the magnetic field at the location of the measuring coil of inductance 14 with NMR space. After the frequency of fo autoheater 13 and additional indentation are set, a voltage search generator is switched on, which acts through an analog adder 10 to the input of the electromagnet 11 regulated power supply 11. The regulated electromagnet 11 power supply sets a current to the winding 32 of the electromagnet 15 of this size, where the nuclear magnetic resonance condition is located at the location of the measuring coil inductance, 4 with NMR substance: | -B + 1Bdd1- 1c where GOD is the total value of inductances and magnetic field. When the condition (2) is impacted, the NMR signal at the output of the amplitude detector 30 switches on the generator 31. With the presence of the NMR signal, an auto-adjusting magnetic field loop, including the NMR sensor 1, filter 27, synchronous detector 29, analog adder 10, adjustable power source the electromagnet 11, the windings 32 of the electromagnet and the electromagnet 15. In the control process, the stabilization mode of the electromagnet floor 15 is maintained. Condition (2) with regard to (1) can be written as follows. , „. (3) The small steps of the installation of induction B are realized by changing the DR. large ones due to a change in N. With a change in Vd, the time for tuning the frequency of the oscillator 13 is not expended, which increases the speed of the device as a whole. In the installation steps of a floor exceeding the self-adjusting loop of the auto-adjusting field, an auto-search voltage generator 31 is activated, which regulates the current in the windings 32 of the electromagnet 15 in the manner described above. The sweep of the magnetic field in time from the preset induction value starts after the key 20 is opened with the switch 26. At small sweep steps, the output of the pulse selector 23 is connected to the counting inputs of the lower decades of the counter 5 using the switch sweep step 24, and at large steps to the counting inputs of the higher decades. counter 5. The required sweep step multiplier is provided with a selector 23 pulses, forming the required number of pulses in the bursts, which follow the frequency set by the speed switch Sweep spans 22. The number of pulses per packet is set by switch 24 of a scan sweep. It is clear from conjecture (3) that by choosing where n is a positive or negative integer and zero, and ensuring equality; , + K210 + ..., where KI, Kr ... are positive integers from O to 9, we get the field reading in units of magnetic induction and in the decimal system. To control the field of the electromagnet in the region of small magnetic induction values (less than
0.05 Т) аналогачное описанному устройство может использоватьс с датчиком электронного гарамагнитного резонанса.0.05 T) Analogous to the device described can be used with an electronic magnetic resonance sensor.
Данное устройство управлени полем электромагнита вьп-одао отличаетс от известных устройств высокой точностью управлени магнитным полем , возможностью осуществлени автоматической шаговой развертки пол , высоким быстродействием при любой величине малости шага установки и развертки пол . Отмеченные преимущества позвол ют достичь высокой долговременной стабильности магнитного пол , высокой воспроизводимости магнитных разверток и снижени времени, затрачиваемого на реализацию заданного числа разверток с малым шагом, что представл ет особую практическую ценность, например, дл магнитной радиоспектроскопии высокого разрешени как стационарной , так и с Фурье - преобразованием в сочетании с ЭВМ дл накоплени . и обработки спектров. Кроме того при использовании устройства в упом нутой области ускор етс и упрощаетс обработка спектров магнитного резонанса благодар наличию возможности отсчета пол непосредственно в единицах магнитной индукции.This device for controlling the field of the electromagnet is different from the known devices by the high accuracy of the control of the magnetic field, the possibility of performing automatic step sweep of the field, high speed at any value of small installation step and field sweep. The noted advantages allow to achieve high long-term stability of the magnetic field, high reproducibility of magnetic sweeps and reduction of time spent on the implementation of a given number of sweeps with a small step, which is of particular practical value, for example, for magnetic radiospectroscopy of both stationary and Fourier translations. - transformation in combination with computers for accumulation. and spectra processing. In addition, when using the device in the said area, the processing of the magnetic resonance spectra is simplified due to the possibility of counting the field directly in units of magnetic induction.