Hejsan,
Håller på att experimentera med protonresonans, nmr, för magnetfältsmätning.
Det är fashinerande att få radiokontakt med en flaska vatten!
Det slår mig att man borde kunna använda metoden för att kalibrera Amperemetrar,
eftersom magnetfältet i en spole är proportionell mot strömmen och
proportionalitetskonstanten går att beräkna noga.
Innan jag går vidare undrar jag om någon känner till mer om detta.
Finns det fundamentala problem med metoden?
Hur kalibreras mätinstrument vanligtvis?
Finns det nmr-baserad kalibreringsutrustning att köpa?
Finns det intresse eller marknad för sådan utrustning?
Hur får man på bästa sätt fram en noggrann spänning om man känner en ström?
Precisionsresistor går självklart, men är det bästa sättet?
Kalibrering av Amperemätare med NMR
Re: Kalibrering av Amperemätare med nmr
Lågfrekventa H-fält brukar kalibreras med en https://en.wikipedia.org/wiki/Helmholtz_coil.
Fältet blir mycket homogent och deterministiskt.
Sedan är det bara att mäta strömmen igenom spolen och räkna lite, så har du H-fältet.
För högre frekvenser är det mer besvärligt.
Fältet blir mycket homogent och deterministiskt.
Sedan är det bara att mäta strömmen igenom spolen och räkna lite, så har du H-fältet.
För högre frekvenser är det mer besvärligt.
Re: Kalibrering av Amperemätare med nmr
Jo, jag äter morötter var dag 
Helmholtz' arrangemang tänkte jag använda som skimsar för att korrigera
gradientfält och andra störande fält.
Funderar på vad som är bäst vad gäller huvudspolen.
Är inne på en långspole med ändkorrigering som tar bort derivator till sjätte ordningen.
Fördelen med långspolen är att fältet endast beror på lindningstätheten och inte på diametern.
Lindningstätheten bör gå att precisionsbestämma med en laserinterferometer.
Högre frekvenser är inte aktuella, men väl tidstabiliteten.
Kanske krävs en kontinuerlig uppmätning av lindningstätheten.
Ett nmrsvep (fid) tar ett par sekunder. Normalt tar man några hundra svep.
Men vad jag särskilt undrar över är om det finns problem med nmrmetoden.
Om metoden används rutinmässigt idag för att kalibrera Amperemetrar.
Om inte varför inte?
Och som sagt hur man kommer vidare till en spänning med beräkningsbar
precision med den kända strömmen som referens.
Helmholtz' arrangemang tänkte jag använda som skimsar för att korrigera
gradientfält och andra störande fält.
Funderar på vad som är bäst vad gäller huvudspolen.
Är inne på en långspole med ändkorrigering som tar bort derivator till sjätte ordningen.
Fördelen med långspolen är att fältet endast beror på lindningstätheten och inte på diametern.
Lindningstätheten bör gå att precisionsbestämma med en laserinterferometer.
Högre frekvenser är inte aktuella, men väl tidstabiliteten.
Kanske krävs en kontinuerlig uppmätning av lindningstätheten.
Ett nmrsvep (fid) tar ett par sekunder. Normalt tar man några hundra svep.
Men vad jag särskilt undrar över är om det finns problem med nmrmetoden.
Om metoden används rutinmässigt idag för att kalibrera Amperemetrar.
Om inte varför inte?
Och som sagt hur man kommer vidare till en spänning med beräkningsbar
precision med den kända strömmen som referens.
Re: Kalibrering av Amperemätare med nmr
Nu tänker jag högt...
Nu vet jag inte tillräckligt mycket om det du försöker göra, men det kanske kan vara enklare att ha en HH spole istället för en långspole då de fysiska toleranserna borde vara lättare att försumma om man håller sig i mitten av det homogena fältet?
För HH, istället för att mäta fysiskt med stor noggranhet skulle man kunna flytta runt och mäta upp var man har Hmax och kanske ett par ytterpunkter, sedan borde man kunna räkna ut resten?..
I normalfallet ser man till att HH spolen är så pass stor att man kan försumma resten, men det kanske inte går i ditt fall?
Vilken fältstyrka (A/m), noggranhet och hur stort område har du tänkte dig?
Nu vet jag inte tillräckligt mycket om det du försöker göra, men det kanske kan vara enklare att ha en HH spole istället för en långspole då de fysiska toleranserna borde vara lättare att försumma om man håller sig i mitten av det homogena fältet?
För HH, istället för att mäta fysiskt med stor noggranhet skulle man kunna flytta runt och mäta upp var man har Hmax och kanske ett par ytterpunkter, sedan borde man kunna räkna ut resten?..
I normalfallet ser man till att HH spolen är så pass stor att man kan försumma resten, men det kanske inte går i ditt fall?
Vilken fältstyrka (A/m), noggranhet och hur stort område har du tänkte dig?
Re: Kalibrering av Amperemätare med nmr
Min nuvarande försöksuppställning är byggd av järn och permanentmagneter.
Vattenflaskans diameter, provvolymen, är 20 mm.
Fältet är Bz = 14.5438 millitesla. Homogeniteten är ca 200 ppm,
vilket är lite för dåligt.
I nästa uppställning utan järn vill jag ha något större volym,
kanske 3 cm med en homogenitet på ett fåtal ppm. Helst 1 ppm.
Fältet Bz bör vara så starkt som möjligt, gärna uppåt 50-100 mT.
Inom 'riktig' nmrspektrometri används supraledande magneter på 22 Tesla!!
Men dito ligger utanför min budget
Vattenflaskans diameter, provvolymen, är 20 mm.
Fältet är Bz = 14.5438 millitesla. Homogeniteten är ca 200 ppm,
vilket är lite för dåligt.
I nästa uppställning utan järn vill jag ha något större volym,
kanske 3 cm med en homogenitet på ett fåtal ppm. Helst 1 ppm.
Fältet Bz bör vara så starkt som möjligt, gärna uppåt 50-100 mT.
Inom 'riktig' nmrspektrometri används supraledande magneter på 22 Tesla!!
Men dito ligger utanför min budget
Re: Kalibrering av Amperemätare med nmr
Låter väldigt intressant. Du har inga länkar till papers mm som ger lite mer inblick?
Re: Kalibrering av Amperemätare med nmr
Kom att tänka MRI direkt efter att ha läst två rader i första inlägget. Ett foto på uppställningen skulle vara väldigt intressant.
Fast hur vet du styrkan på magnetfältet?
Fast hur vet du styrkan på magnetfältet?
Re: Kalibrering av Amperemätare med nmr
På denna sidan finns en lättläst och instruktiv broschyr (pdf):
http://www.teachspin.com/instruments/earths_field_NMR/
I mitt försök mäter jag inte jorden magnetfält dock, även om det
finns med som ett störande fält.
MRI är en viktig tillämpning av nmr.
Men då handlar det om många miljoner för utrustningen.
Min utrustning är nästan gratis bortsett från permanentmagneterna
(FeNeB) som kostar en del.
Förutom datorn (PC) och ARM_F4 kortet för datainsamling.
Jag skall se om jag kan ta några bilder och lägga ut.
Tar någon dag, kanske.
Styrkan på magnetfältet vet jag med stor noggrannhet,
det ges av protonens gyromagnetiska faktor som är
γp = (42.577 480±0.000 002) MHz/T.
Man mäter alltså frekvensen. Ca 600 kHz i mitt fall.
http://www.teachspin.com/instruments/earths_field_NMR/
I mitt försök mäter jag inte jorden magnetfält dock, även om det
finns med som ett störande fält.
MRI är en viktig tillämpning av nmr.
Men då handlar det om många miljoner för utrustningen.
Min utrustning är nästan gratis bortsett från permanentmagneterna
(FeNeB) som kostar en del.
Förutom datorn (PC) och ARM_F4 kortet för datainsamling.
Jag skall se om jag kan ta några bilder och lägga ut.
Tar någon dag, kanske.
Styrkan på magnetfältet vet jag med stor noggrannhet,
det ges av protonens gyromagnetiska faktor som är
γp = (42.577 480±0.000 002) MHz/T.
Man mäter alltså frekvensen. Ca 600 kHz i mitt fall.
Re: Kalibrering av Amperemätare med nmr
Så magnetfältet från en ström i en ledare får atomerna i ett prov att vibrera med en specifik frekvens som sedan mäts med en spole?
Re: Kalibrering av Amperemätare med nmr
Nästan exakt så. Fast inte atomerna utan kärnorna. Men för att kärnorna skall svänga i takt
måste fältet vara stabilt och homogent. Om så är fallet blir resonansen är otroligt skarp.
Bättre än 1 Hz på en signal som kan vara många MHz.
För svaga fält som det jordmagnetiska blir frekvensen ca 2Khz,
men f kan ändå mätas med en viss noggrannhet.
Signalen blir svag dock, bara strax över termiska bruset. Men med större prov kan signalen bli bättre.
Vattnet måste i det fallet polariseras då jordens magnetfält inte räcker till.
Då har man en extra polarisationsspole som under några sekunder ger ca 0.1 Tesla.
(Kan vara samma som mätspolen)
I mitt försök har jag ingen extra polarisationsspole, bara en 'flipspole' som är avsevärt mindre.
I nästa försöksuppställning blir det nog en. Då blir signalen starkare.
måste fältet vara stabilt och homogent. Om så är fallet blir resonansen är otroligt skarp.
Bättre än 1 Hz på en signal som kan vara många MHz.
För svaga fält som det jordmagnetiska blir frekvensen ca 2Khz,
men f kan ändå mätas med en viss noggrannhet.
Signalen blir svag dock, bara strax över termiska bruset. Men med större prov kan signalen bli bättre.
Vattnet måste i det fallet polariseras då jordens magnetfält inte räcker till.
Då har man en extra polarisationsspole som under några sekunder ger ca 0.1 Tesla.
(Kan vara samma som mätspolen)
I mitt försök har jag ingen extra polarisationsspole, bara en 'flipspole' som är avsevärt mindre.
I nästa försöksuppställning blir det nog en. Då blir signalen starkare.
Re: Kalibrering av Amperemätare med nmr
Hur skapar man ett stabilt och homogent fält?
En vidare fundering är om jordens magnetfält är stabilt över tid på marknivå? och om det finns magnetiska störningar i övrigt?
Kan du skissa hur din rigg är kopplad och uppbyggd?
En vidare fundering är om jordens magnetfält är stabilt över tid på marknivå? och om det finns magnetiska störningar i övrigt?
Kan du skissa hur din rigg är kopplad och uppbyggd?
Re: Kalibrering av Amperemätare med NMR
Det är nog här svårigheten ligger! Här kan jag behöva goda tips.
Det går säkert att i viss mån korrigera för störande fält,
men det får inte bli alltför komplicerat!
Det finns protonmagnetometrar för att mäta jordens magnetfält,
men de lär inte fungera så bra inomhus pga störande fält.
Utomhus tror jag de fungerar bättre.
Min nuvarande rigg består av två järnskivor ca 15 cm i diameter.
Ett dussintal permanentmagneter utanför skivorna genererar fältet.
I mitten sitter vattenflaskan, ca 2 cm, omgiven av en flipspole
med 20 varv och en resonansspole med 200 varv. Bilder kommer.
Resten är radioteknik.
ARM_F4 kortet genererar ca 80k 12-bit samples per sekund som jag
sedan analyserar i datorn. Fourertransformering och presentation.
Man får typiskt ett spektrum per sekund, där toppens höjd är 10-20 ggr
brusnivån. Om man accumulerar några hundra registreringar (fid's) blir
toppen mycket tydlig.
Den metoden upptäcktes av Rickard Ernst 1966. (Nobelpris 1991)
Störningarna tenderar att försvinna via medelvärdesbildning,
medan signalen accumuleras.
Det går säkert att i viss mån korrigera för störande fält,
men det får inte bli alltför komplicerat!
Det finns protonmagnetometrar för att mäta jordens magnetfält,
men de lär inte fungera så bra inomhus pga störande fält.
Utomhus tror jag de fungerar bättre.
Min nuvarande rigg består av två järnskivor ca 15 cm i diameter.
Ett dussintal permanentmagneter utanför skivorna genererar fältet.
I mitten sitter vattenflaskan, ca 2 cm, omgiven av en flipspole
med 20 varv och en resonansspole med 200 varv. Bilder kommer.
Resten är radioteknik.
ARM_F4 kortet genererar ca 80k 12-bit samples per sekund som jag
sedan analyserar i datorn. Fourertransformering och presentation.
Man får typiskt ett spektrum per sekund, där toppens höjd är 10-20 ggr
brusnivån. Om man accumulerar några hundra registreringar (fid's) blir
toppen mycket tydlig.
Den metoden upptäcktes av Rickard Ernst 1966. (Nobelpris 1991)
Störningarna tenderar att försvinna via medelvärdesbildning,
medan signalen accumuleras.
Re: Kalibrering av Amperemätare med NMR
Mätning utomhus eller i något tält kan nog vara användbart. Men marken kan ju innehålla allt från järnrik lera till magnetisk berggrund som dessutom kan vara svagstrålande.
Vilken form har vattenflaskan?
Hur är en flipspole utformad? och resonansspole?
Sitter spolarna innanför järnskivorna på d=15cm eller utanför?
(varför behövs skivorna förresten?)
Hur länge varar FID:n ..? (antar att det är för H2O då)
Min gissning hur apparaten fungerar: Flipspolen skapar ett intensivt fält som sedan kopplas bort varvid man mäter resonansspolens utspänning med A/D omvandlaren. Som fourirtransformeras och medelvärdesbildas.
Dock om resonansfrekvensen är på 600 kHz hur kan denna koppling fånga in detta med en mätningshastighet på 80 ksps?
Om magnetfältet är konstant som t.ex jordens fält eller det från en permanentmagnet. Oscillerar atomkärnan konstant isåfall? och flera fält som påverkar samma atomkärna. Delas de upp beroende på vektorriktning och skickas ut som överlagrade sinus?
Ett enkelt tips för att undvika störningar är att linda in apparaturen i Mu-metall. Men det är iställt riktigt dyrt.
För referens: enwp: Nuclear magnetic resonance
Vilken form har vattenflaskan?
Hur är en flipspole utformad? och resonansspole?
Sitter spolarna innanför järnskivorna på d=15cm eller utanför?
(varför behövs skivorna förresten?)
Hur länge varar FID:n ..? (antar att det är för H2O då)
Min gissning hur apparaten fungerar: Flipspolen skapar ett intensivt fält som sedan kopplas bort varvid man mäter resonansspolens utspänning med A/D omvandlaren. Som fourirtransformeras och medelvärdesbildas.
Dock om resonansfrekvensen är på 600 kHz hur kan denna koppling fånga in detta med en mätningshastighet på 80 ksps?
Om magnetfältet är konstant som t.ex jordens fält eller det från en permanentmagnet. Oscillerar atomkärnan konstant isåfall? och flera fält som påverkar samma atomkärna. Delas de upp beroende på vektorriktning och skickas ut som överlagrade sinus?
Ett enkelt tips för att undvika störningar är att linda in apparaturen i Mu-metall. Men det är iställt riktigt dyrt.
För referens: enwp: Nuclear magnetic resonance
Re: Kalibrering av Amperemätare med NMR
Tält, nja, så här års vill man vara inne
Flaskans form är cylindrisk, men det har inte någon betydelse.
Spolarna sitter innanför järnskivorna som är där bara för att
jämna ut fältet.
Vid nästa försöksuppställning ska järnet bort. Behöver bara köpa
lite mer koppartråd och det kostar skjortan nu för tiden.
Fid'en varar i mitt fall 5-10 ms, men har man ett bra magnetfält
så ska den kunna bli över en sekund. Att den är nu är så kort beror på
att protonerna defokuserar, dvs kommer i otakt.
Din 'gissning' om hur apparaten fungerar är helt korrekt.
Flipspolen stäng av vid mätning. Strömmen i flipspolen är
annars bortåt en miljon gånger mätströmmen!
Hur 600 kHz kan mätas med mätningshastighet på 80 ksps?
Glömde nämna att det finns en blandare. I mitt fall ligger
blandarens basfrekvens några kHz under nmr-frekvensen.
Blandarens basfrekvensen är samma som flipspolens frekvens.
Den skapas av en timer i ARM-processorn. Timern måste vara
kritallstyrd, annars går det inte.
Resonansspolens bandbredd är 15 kHz.
Har man flera fält som påverkar vektoradderas de och kärnan
precesserar kring vektorsumman. Fältets belopp avgör frekvensen.
Mu-metall är som sagt inte gratis. Dessutom kan det påverka mätresultatet
på ett sätt som är svårt att kontrollera.
Jag tror mer på korrektionsspolar, där man registrerar strömmen
och därmed kan räkna bort deras inverkan.
Flaskans form är cylindrisk, men det har inte någon betydelse.
Spolarna sitter innanför järnskivorna som är där bara för att
jämna ut fältet.
Vid nästa försöksuppställning ska järnet bort. Behöver bara köpa
lite mer koppartråd och det kostar skjortan nu för tiden.
Fid'en varar i mitt fall 5-10 ms, men har man ett bra magnetfält
så ska den kunna bli över en sekund. Att den är nu är så kort beror på
att protonerna defokuserar, dvs kommer i otakt.
Din 'gissning' om hur apparaten fungerar är helt korrekt.
Flipspolen stäng av vid mätning. Strömmen i flipspolen är
annars bortåt en miljon gånger mätströmmen!
Hur 600 kHz kan mätas med mätningshastighet på 80 ksps?
Glömde nämna att det finns en blandare. I mitt fall ligger
blandarens basfrekvens några kHz under nmr-frekvensen.
Blandarens basfrekvensen är samma som flipspolens frekvens.
Den skapas av en timer i ARM-processorn. Timern måste vara
kritallstyrd, annars går det inte.
Resonansspolens bandbredd är 15 kHz.
Har man flera fält som påverkar vektoradderas de och kärnan
precesserar kring vektorsumman. Fältets belopp avgör frekvensen.
Mu-metall är som sagt inte gratis. Dessutom kan det påverka mätresultatet
på ett sätt som är svårt att kontrollera.
Jag tror mer på korrektionsspolar, där man registrerar strömmen
och därmed kan räkna bort deras inverkan.
Re: Kalibrering av Amperemätare med NMR
Hur kan resonansspolen mäta en frekvens på 600 kHz om dess bandbredd är 15 kHz?
Ändrar sig frekvensen när atomkärnan klingar av under de där 5-10 ms?
Måste flipperspolen matas med växelspänning?
Funderar nu om man kan åstadkomma ett magnetfält med en exakt styrka så att man får en känd svängningsfrekvens utan att ta hjälp av t.ex en kristall då precisionen isåfall blir beroende av kristallens precision.
Apropå utomhus och tält så får man ju numera bygga friggebodar som är 20 m² stora så man kan ju bygga en sådan. Kanske med plastspik?, vattenvärme och plastradiatorer samt gullfiberisolering osv. För att unvika alla magnetfält.
En möjlighet är också att isolera med myggnät av metall för att dämpa elektromagnetiska störningar..
Ändrar sig frekvensen när atomkärnan klingar av under de där 5-10 ms?
Måste flipperspolen matas med växelspänning?
Funderar nu om man kan åstadkomma ett magnetfält med en exakt styrka så att man får en känd svängningsfrekvens utan att ta hjälp av t.ex en kristall då precisionen isåfall blir beroende av kristallens precision.
Apropå utomhus och tält så får man ju numera bygga friggebodar som är 20 m² stora så man kan ju bygga en sådan. Kanske med plastspik?, vattenvärme och plastradiatorer samt gullfiberisolering osv. För att unvika alla magnetfält.
En möjlighet är också att isolera med myggnät av metall för att dämpa elektromagnetiska störningar..
