УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Полезная модель предназначена для использования в радиоспектрометрах магнитного резонанса, в частности в радиоспектрометрах электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), ядерного магнитного резонанса (ЯМР), магнито-резонансных томографах (МРТ).
Известно устройство стабилизации магнитного поля (А.С N327461), в котором для повышения стабильности тока и стабильности магнитного поля, последовательно с основным электромагнитом включен вспомогательный электромагнит, в зазоре которого помещен датчик ЯМР, соединенный со схемой управления. Такое решение позволяет обеспечить долговременную стабильность магнитного поля в заданной точке. Однако данное устройство не позволяет обеспечить развертку магнитного поля в широком диапазоне, а также для стабилизации тока в широких пределах требуется набор сменных датчиков ЯМР. Для упрощения устройства в зазор вспомогательного электромагнита вместо датчика ЯМР вводят датчик Холла [Bruker report., 1976 N2, р/13]. Такое решение позволяет стабилизировать магнитное поле в широком диапазоне однако конструктивно рассматриваемое устройство является сложным.
Известно устройство стабилизации поля электромагнита (А.С. №830208, МПК G01N 24/02), которое содержит стабилизатор напряжения питания электромагнита, соединенный с регулирующим элементом системы стабилизации тока, который соединен с обмоткой электромагнита, последовательно с которой включено эталонное сопротивление, напряжение с которого подается на вход, усилителя системы стабилизации тока, выход которого соединен со входом регулирующего элемента системы стабилизации тока. Ток электромагнита создает падение напряжения на эталонном сопротивлении, пропорциональное величине тока электромагнита. Сигнал ошибки, представляющий собой разность напряжений, снимаемых с эталонного сопротивления и величины управляющего напряжения, воздействуют на регулирующий элемент системы стабилизации тока, так, что ток электромагнита изменяется таким образом, что сигнал ошибки уменьшается до величины, не превышающей заданной точности поддержания величины заданного значения тока электромагнита, величина которого пропорциональна величине магнитного поля. Достоинством устройства является кратковременная и долговременная стабильность заданного значения тока электромагнита. Недостатком является присутствие ошибки в значении поля, причиной которой являются гистерезисные явления магнитной системы. Эта ошибка приводит к усложнению процесса исследования изменения параметров спектров магнитного резонанса, сравнения двух последовательных записей.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является устройство стабилизации магнитного поля (Electromagnet & Exciting power Supply. Instruction manual, p.2), которое содержит стабилизатор напряжения питания электромагнита, соединенный с регулирующим элементом системы стабилизации тока электромагнита и соединенным с его обмоткой, в зазоре электромагнита установлен датчик Холла, помещенный в термостат, который соединен с блоком термостатирования, а датчик Холла соединен с источником питания датчика, а также с усилителем ЭДС Холла, соединенным со входом регулирующего элементом системы стабилизации тока электромагнита.
Известное устройство стабилизирует поле электромагнита, и при этом в нем минимизировано влияние гистерезисных явлений магнитной системы. Но конструктивно известное устройство является сложным, поскольку в устройстве предусмотрено минимизация шумов самого датчика Холла и его температурного дрейфа, которые оказывают влияние на кратковременную и долговременную стабильность поля. Для достижения приемлемой стабильности предусматривается термостатирование датчика и выбор такой частоты источника питания датчика, на которой шумы имеют приемлемое значение. Обычно эта частота должна быть не ниже 10 кГц. Это существенно усложняет схемотехническое решение и делает его не пригодным для использования в малогабаритных магниторезонансных спектрометрах.
Технической задачей, решаемой полезной моделью является упрощение устройства стабилизации магнитного поля.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемое устройство, также как и известное, содержит стабилизатор напряжения питания электромагнита, соединенный с регулирующим элементом системы стабилизации тока электромагнита, в зазоре которого установлен датчик Холла, соединенный с источником питания датчика, и с усилителем ЭДС Холла, отличающееся тем, что обмотка электромагнита соединена с эталонным сопротивлением, и дополнительно введены два сумматора, входы первого из которых соединены с выходом усилителя ЭДС Холла и источником управляющего напряжения соответственно, а входы второго соединены с выходом первого сумматора и с эталонным сопротивлением, а выход второго сумматора соединен со входом регулирующего элемента системы стабилизации тока.
Достигаемый технический результат - упрощение устройства стабилизации магнитного поля, которое достигается за счет того, что его схемное решение позволяет отказаться от термостатирования датчика Холла. Дополнительным техническим результатом является возможность использования источника постоянного напряжения для питания датчика Холла.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема стабилизации магнитного поля.
Предлагаемое устройство стабилизации содержит стабилизатор напряжения 1 электромагнита, соединенный с регулирующим элементом системы стабилизации тока 2 электромагнита 3, обмотка которого соединена с эталонным сопротивлением 4. В зазоре электромагнита установлен датчик 5 Холла, питание к которому подается от источника 6 напряжения, а ЭДС Холла подается на вход усилителя 7 Холла, выход которого соединен со входом первого сумматора 8, на второй вход которого подается управляющее напряжение. Напряжение с первого сумматора подается на один их входов второго сумматора 9, на второй вход которого подается опорное напряжение с эталонного сопротивления 4. С выхода второго сумматора разность этих напряжений подается на вход регулирующего элемента 2 системы стабилизации тока.
После включения устройства ток электромагнита создает на эталонном сопротивлении 4 падение напряжения пропорциональное величине тока электромагнита. Сигнал ошибки, представляющий собой разность напряжений, снимаемых с эталонного сопротивления 4 и сумматора 9 воздействует на управляющий элемент 2 так, что ток электромагнита изменяется таким образом, что сигнал ошибки уменьшается до величины, не превышающей заданной точности поддержания величины магнитного поля.
С другой стороны величина ЭДС Холла пропорциональна величине магнитной индукции В поля электромагнита. При гистерезисном изменении величины В меняется ЭДС Холла, величина которого определяет величину сигнала на выходе сумматора 8, поступающего на вход сумматора 9, где формируется сигнал, пропорциональный разнице этого сигнала и напряжения на эталонном сопротивлении, который поступает на вход регулирующего элемента 2.
Описание устройства и его работы свидетельствуют о достижении технического результата - упрощение устройства за счет того, что схема не требует использования термостатирования датчика Холла. Также устройство позволяет использовать для питания датчика Холла постоянное напряжение.