SU907479A1 - Способ измерени модул вектора посто нного магнитного пол и устройство дл осуществлени этого способа - Google Patents

Description

Изобретение относится к магнитным 'измерениям иможет быть использовано для измерения модуля вектора постоянного магнитного поля.

Известен способ измерения модуля вектора постоянного магнитного поля, основанный на возбуждении системы магнитных диполей импульсом поперечного магнитного поля, выделений сигнала поперечной индукции резонансной частоты, усилении этого сигнала, формировании на его основе поля обратной связи и регистрации частоты установившихся колебаний, которая связана с модулем вектора измеряемого постоянного магнитного поля линейной зависимостью [11 .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения модуля вектора постоянного магнитного поля, содержащее парамагнитный сердечник со свободно прецессирующими в измеряемом магнитном поле? ядерными магнитными моментами, измерительную катушку, надетую на сердечник и ориентированную перпендикулярно вектору измеряемого поля, усилитель, вход которого соединен с измерительной катушкой, частотомер и фазовращатель, подключенные к выходу усилителя, катушку обратной связи, надетую на сердечник, ориентированную перпендикулярно измерительной катушке и соединенную с фазовращателем [2] .

Однако как самому устройству, так и способу измерения, реализованному данным устройством, свойственна невысокая точность измерения, обусловленная самовозбуждением устройства на частоте, не связанной с измеряемым полем, вследствие проникновения энергии поля обратной связи в измерительную цепь мимо сердечника.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения моду ля вектора постоянного магнитного поля, основанному на возбуждении системы магнитных диполей путем выделения сигнала поперечной индукции резонансной частоты, усилении этого сигнала, формировании на его основе поля обратной связи и регистрации частоты установившихся колебаний, усиленный сигнал удваивают по частоте, а поле обратной связи удвоенной , частоты налагают на систему магнитных диполей в продольном направлении.

Устройство для осуществления способа, содержащее парамагнитный сердечник со свободно прецессирующими в измеряемом магнитном поле ядерными магнитными моментами, надетую на сердечник измерительную катушку, ось которой перпендикулярна вектору измеряемого поля, усилитель, входом соединенный с измерительной катушкой, а выходом с частотомером, фазовращатель, выходом подключенный к надетой на сердечник катушке обратной связи, *. ось которой перпендикулярна оси измерительной катушки, снабжено удвоителем частоты и фильтром верхних частот, соединенными последовательно и включенными между выходом усилителя , и входом фазовращателя, причем ось катушки обратной связи параллельна вектору магнитного поля.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Способ измерения модуля вектора ² постоянного магнитного поля реализуется в устройствах, использующих в качестве сердечника макроскопический магнитный диполь, или систему микроскопических магнитных диполей, например парамагнитное вещество со свободно прецессирующими в измеряемом магнитном поле электронами, ядрами и атомами.

Устройство содержит парамагнитный * сердечник 1, измерительную катушку 2, усилитель 3, удвоитель 4 частоты, фильтр 5 верхних частот, фазовращатель 6, катушку 7 обратной связи и частотомер 8, при этом измерительная катушка 2 надета на сердечник 1 и ориентирована перпендикулярно вектору измеряемого постоянного поля совпадающему с осью Z, вход усилителя 3 соединен с клеммами измерительной катушки 2, а выход - с удвоителем 4 частоты и частотомером 8, выход удвоителя частоты последов,этельно соединен с фильтром 5 верхних частот , фазовращателем 6 и катушкой 7 обратной связи, катушка 7, надетая на сердечник 1, ориентирована перпен5 дикулярно катушке 2 и направлению вектора измеряемого постоянного магнитного поля 5о.

Устройство работает следующим образом.

В составе шумового тока катушки 7 обратной связи всегда присутствует составляющая, частота которой равна частоте свободной прецесии ядерных магнитных моментов ω₀ в измеряемом поле. Эта составляющая тока, а следовательно и поля, синфазирует ядерные магнитные моменты, возбуждая в измерительной катушке 2 ЭДС частоты ц,. Сигнал частоты усиливается усилителем 3, удваивается по частоте удвоителем 4 частоты и затем, пройдя фильтр 5 верхних частот и фазовращатель 6, поступает в виде переменного тока частоты 2 ω₀ определенной фазы в катушку 7 обратной связи. В результате введения обратной связи (создания поля 5<^₀) компенсируются потери в сердечнике, и в системе в целом возникают нарастающие колебания частоты ω₀ и 2 .

Благодаря нелинейности усилителя 3 эти колебания устанавливаются и частота uj₀ регистрируется частотомером.

Данное устройство обеспечивает высокую точность измерения модуля вектора постоянного магнитного поля. Поскольку частота поля обратной связи, создаваемого катушкой 7, в два раза выше частоты полезного сигнала, воспринимаемого измерительной катушкой 2, то прямое (т.е. не через парамагнитный сердечник) проникновение энергии поля обратной связи в катушку 2 не может привести к самовозбуждению всей системы как это имеет место в известном устройстве.Если в кольцо обратной связи включен сердечник с характерной для каждого вещества частотой свободной прецессии ядерных магнитных моментов зависящей от значения измеряемого постоянного магнитного поля, происходит самовозбуждение устройства, обеспечивая непрерывность и высокую точность измерения значений 1?р!.

По сравнению с приборами М-32, ПМ-1 и другими, основанными на использовании свободной прецессии ядер (протонов) в земном поле, предлагав5 мое устройство обеспечивает в высшую точность измерений.

3-5 раз

Claims (2)

1. Кзобретение относитс  к магнитным измерени м иможет быть использовано дл  измерени  модул  вектора посто н ного магнитного пол . Известен способ измерени  модул  вектора посто нного магнитного пол , основанный на возбуждении системы магнитных диполей импульсом поперечного магнитного пол , выделений си1- нала поперечной индукции резонансной частоты, усилении этого сигнала, фор мировании на его основе пол  обратной св зи и регистрации частоты уста новившихс  колебаний, котора  св зана с модулем вектора измер емого пос то нного магнитного пол  линейной зависимостью П. Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  устройство дл  измерени  модул  век тора посто нного магнитного пол , со держащее парамагнитный сердечник со свободно премессирующими в измер емо магнитном попе  дерными магнитными моментами, измерительную катушку, надетую на сердечник и ориентированную перпендикул рно вектору измер емого пол , усилитель, вход которого соединен с измерительной катушкой, частотомер и фазовращатель, подключенные к выходу усилител , катушку обратной св зи, надетую на сердечник, ориентированную перпендикул рно измерительной катушке и соединенную с фазовращателем 2 . Однако как самому устройству, так и способу измерени , реализованному данным устройством, свойственна невысока  точность измерени , обусловленна  самовозбуждением устройства на частоте, не св занной с измер емым полем, вследствие проникновени  энергии пол  обратной св зи в измерительную цепь мимо сердечника. Цель изобретени  - повышение точности измерений. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу измерени  моду390 л  вектора посто нного магнитного пол , основанному на возбуждении сис темы магнитных диполей путем выделени  сигнала поперечной индукции резонансной частоты, усилении этого сигнала, формировании на его основе пол  обратной св зи и регистрации частоты установившихс  колебаний, усиленный сигнал удваивают по частоте , а поле обратной св зи удвоенной частоты налагают на систему магнитных диполей в продольном направлении . Устройство дл  осуществлени  способа , содержащее парамагнитный сердечник со свободно прецессирующими в измер емом магнитном поле  дерными магнитными моментами, надетую на сер дечник измерительную катушку, ось которой перпендикул рна вектору измер емого пол , усилитель, входом соединенный с измерительной катушкой а выходом с частотомером, фазовращатель , выходом подключенный к надетой на сердечник катушке обратной св зи, ось которой перпендикул рна оси измерительной катушки, снабжено удвоителем частоты и фильтром верхних час тот, соединенными последовательно и включенными между выходом усилител  и входом фазовращател , причем ось катушки обратной св зи параллельна вектору магнитного пол . На чертеже представлена функциональна  схема устройства. Способ измерени  модул  вектора посто нного магнитного пол  реализуетс  в устройствах, использующих в качестве сердечника макроскопический магнитный диполь, или систему микроскопических магнитных диполей, например парамагнитное вещество со свободно прецессирующими в измер емом магнитном поле электронами,  драми и атомами. Устройство содержит парамагнитный сердечник 1, измерительную катушку 2 . усилитель 3, удвоитель t частоты, фильтр 5 верхних частот, фазовращвтелъ 6, катушку 7 обратной св зи и частотомер 8, при этом измерительна  катушка 2 надета на сердечник 1 и ориентирована перпендикул рно вектору измер емого посто нного пол  В, совпадающему с осью Z, вход усилите л  3 соединен с клеммами измерительной катушки 2, а выход - с удвоителем k частоты и частотомером 8, выход удвоител  ) частоты последовател но соединен с фильтром 5 верхних частот , фазовращателем 6 и катушкой 7 обратной св зи, катушка 7, надета  на сердечник 1, ориентирована перпендикул рно катушке 2 и направлению вектора измер емого посто нного магнитного пол  5о. Устройство работает следующим образом. В составе шумового тока катушки 7 обратной св зи всегда присутствует составл юща , частота которой равна частоте свободной прецесии  дерных магнитных моментов оо в измер емом поле. Эта составл юща  тока, а следовательно и пол , синфазирует  дерные магнитные моменты, возбужда  в измерительной катушке 2 ЭДС частоты Ыр. Сигнал частоты усиливаетс  усилителем 3, удваиваетс  по частоте удвоителем k частоты и затем, пройд  фильтр 5 верхних частот и фазовращатель 6, поступает в виде переменного тока частоты 2 оОд определенной фазы в катушку 7 обратной св зи . В результате введени  обратной св зи (создани  пол  ) компенсируютс  потери в сердечнике, и в системе в целом возникают нарастающие колебани  частоты UOQ и 2 иар . Благодар  нелинейности усилител  3 эти колебани  устанавливаютс  и частота ujo регистрируетс  частотомером. Данное устройство обеспечивает высокую точность измерени  модул  вектора посто нного магнитного пол . Поскольку частота пол  обратной св зи , создаваемого катушкой 7. в два раза выше частоты полезного сигнала, воспринимаемого измерительной катушкой 2, то пр мое (т.е. не через парамагнитный сердечник) проникновение энергии пол  обратной св зи в катушку 2 не может привести к самовозбуждению всей системы как это имеет место в известном устройстве.Если в кольцо обратной св зи включен сердечник с характерной дл  каждого вещества частотой свободной прецессии  дерных магнитных моментов , завис щей от значени  .измер емого посто нного магнитного пол , происходит самовозбуждение устройства, обеспечива  непрерывность и высокую точность измерени  значений ifpl. По сравнению с приборами M-32i DM-1 и другими, основанными на использовании свободной прецессии  дер (протонов) в земном поле, предлагаемое устройство обеспечивает в р  высшую точность измерений. Формула изобретени  1. Способ измерени  модул  вектора посто нного магнитного пол , основанный на возбуждении системы магнитных диполей путем выделени  сигнала поперечной индукции резонансной частоты, усилении этого сигнала, формировании на его основе пол  обра ной св зи и реги,ртрации частоты уста нЬвившихс  колебаний, отличаю щ и и с   тем, что, с целью повышени  точности измерений, усиленный сигнал удваивают по частоте, а поле обратной св зи удвоенной частоты налагают на систему магнитных диполей в продольном направлении. 2. Устройство дл  осуществлени  способа по п. 1, содержащее парамагнитный сердечник со свободно прецессирующими в измер емом магнитном поле  дерными магнитными моментами, на уэ детую на сердечник измерительную катушку , ось которой перпендикул рна вектору изсмер емого пол , усилитель, входом соединенный с измерительной катушкой, а выходом - с частотомером, фазовращатель, выходом подключенный к надетой на сердечник, катушке обратной св зи, ось которой перпендикул рна оси измерительной катушки, отличающеес  тем, что оно снабжено удвоителем частоты и фильтром верхних частот, соединенными последовательно и включенными между выходом усилител  и входом фазовращател , причем ось катушки обратной св зи параллельна вектору магнитного пол . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Померанцев Н.М., Рыжиков Г.В., Строцкий Г,В. Физические основы квантовой -магнитометрии. М., Наука, 1972, с. 202-222.
2. 2. Schnulzor ch.Zectures on Theory and Desing of an Alternating Crad. Proton Cynchroton - . 19$3.