5. Измеритель магнитной индукции е11-2

Советская промышленность выпускала измерители на­пряженности магнитного поля типа E11-2, Ш1-1, работа которых основана на принципе ЯМР¹. В данной работе используется измеритель Е11-2, который работает по следующему принципу. Прибор Е11-2 представляет собой мини спектрометр ЯМР выполненный по непрерывной схеме с использованием генератора слабых колебаний (так называемый автодинный метод). Прибор Е11-2 состоит из выносного датчика, генератора слабых колебаний, детектора, усилителя низкой частоты. Датчик представляет собой колебательный контур генератора слабых колебаний. В процессе поиска сигнала ЯМР частота, а соответственно и частота генератора перестраивается в широких пределах. После обнаружения сигнала ЯМР частота генератора измеряется частотомером. Далее следует воспользоваться приведенной выше формулой и определить величину магнитного поля. С выхода УНЧ сигнал поступает на осциллограф. Для наблюдения сигнал требуется сканировать магнитное поле в пределах ширины резонансной линии. Для такой модуляции в датчике ЯМР находится модуляционные катушки питаемые от встроенного звукового генератора. Собственно датчик ЯМР представляет собой колебательный контур. В катушку контура вставлена ампула со слабым водным раствором парамагнитной соли.

Блок схема прибора представлена на рис. 5.

В качестве рабочего вещества в изме­рителе поля Е11-2 используются вода, водный раствор хлористого лития и тяжелая вода. Отметим, что для ядер ⁷Li γ = 1.655 кГц/Г, а для дейтронов γ = 0.6535 кГц/Г. Ампула с рабочим веществом помещена внутрь катушки колебательного контура. При выполнении условия (1) происходит поглощение энергии высокочастотного магнитного поля ядрами рабочего вещества. Та­кое поглощение энергии эквивалентно уменьшению добротности ка­тушки и может быть определено, если катушка составляет часть кон­тура лампового генератора. При режиме, близком к срыву колеба­ний, и уменьшении добротности катушки наблюдается падение эк­вивалентного сопротивления контура генератора, а следовательно, и амплитуды генерируемого напряжения.

Если происходит периодическое изменение напряженности по­ля вблизи резонансного значения, то изменение амплитуды генери­руемых колебаний после детектирования преобразуется в сигнал пе­ременного тока. Отмечая резонансный сигнал и измеряя частоту генератора, находят напряженность поля В, пользуясь формулой (1).

Д атчик магнитного поля помимо ампулы с рабочей жидкостью и высокочастотной контурной катушки содержит также двухсек­ционную катушку модуляции. Переменный ток низкой частоты, про­текающий по этой катушке, соз­дает периодическое изменение по­ля вблизи резонансного значения. Источником тока в модулирую­щей катушке является генератор модуляции. Частота модуляции 45 и 270 Гц. Промодулированный низкой частотой (8), сигнал ЯМР после детектирования (3) преобразуется в сигнал переменного тока низкой частоты (частоты модуляции) и усиливается трехкаскадным уси­лителем низкой частоты (4), после которого сигнал ЯМР можно на­блюдать на осциллографе.

Рис. 5. Блок схема измерителя Е11-2. 1 — датчик магнитного поля, 2 — высокочастотный генератор, 3 — диодный детектор, 4 — усилитель низкой частоты, 5 — син­хронный детектор, 6 — индикатор напряжения генерации и тока модуляции, 7 — стабилизированный выпрямитель, 8 — генератор НЧ модуляции.

Для уверенного выделения слабых сигналов ЯМР используется схема синхронного детектора. При синхронном детектировании сигнал ЯМР, следующий с частотой модуляции, преобразуется в пос­тоянное напряжение. Составляющие других частот, обусловленные шумами, подавляются интегрирующей цепью. На выходе синхрон­ного детектора включен стрелочный индикатор резонанса. Индика­ция напряжения генератора производится по стрелочному при­бору.

Питание основных блоков прибора осуществляется от стабили­зированного выпрямителя. Измерение частоты генератора произво­дится внешним частотомером. Вид сигнал ЯМР в случае высокой однородности поля представлен на рис. 6а, а в случае низкой однородности на 6б.

Пределы частот генератора составляют 1,04—16,5 МГц. Гранич­ные значения частот для каждого датчика и поддиапазона указаны в таблице:

Датчик	Поддиапазон	Граничное значение частот, МГц		Множитель для расчета напряженности А/м
№ датчиков	№ поддиапазонов	Показания на шкале
		"0"	"100"
1	1	1.04	2,57	0,234864
2	2	2,4	6,1	0,234864
3	3	5,9	16,4	0,234864
3	4	5,9	16,4	0,604354
4	5	5,9	16,4	1,52956
5	6	2.4	6,1	0,234864

Вычислить напряженность поля можно по следующим формулам:

Н = 0,234864 f — для поддиапазонов 1, 2, 3 и 6;

Н = 0,604354 f — для поддиапазона 4;

Н = 1,52956 f —для поддиапазона 5,

здесь Н — в А/м, f — в мГц.

Без учета погрешности измерителя частоты при неоднородности магнитного поля не более 0,025% на сантиметр погрешность измери­теля Е11-2 не превышает 0,01%.