Способ измерения магнитных полей с использованием ямр

 

Союз Советских

Соцналнстнческнх

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

r > 742839 (5!)М. Кл.2

G 0I R 33/08

С 01 V 3/14 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 11.04.7.8 (21) 2605065/18-25 с присоединением заявки №вЂ”

Государственный номнтет

С С С Р. по делам изобретений н открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 250680. Бюллетень ¹23

Дата опубликования описания 2 506.80 (53) УДК 550.838. .08 (088.8) М.А. Глускина и А.Я. Ротштейн (72) Авторы изобретения (71) Заявитель Научно-производственное объединение Геофизика (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЯМР

Изобретение относится к области геомагнитометрии и может быть использовано в аэромагнитометрах .

Известен способ измерения магнитных полей с использованием динамйческой поляризации (эффекта Оверхаузера) (1), в котором поляризацию осуществляют радиочастотньи полем вдоль вектора измеряемого поля. Для обеспечения прецессии вектора ядер,ной намагниченности вокруг вектора измеряемого поля, его специальным импульсом-поворачивают на угол 90 .

Затем измеряется частота, затухающего сигнала прецессии, которая прямо пропорциональна напряженность измеряемого магнитного поля.

В данном случае необходимо использовать специальное химически нестойкое рабочее вещество, достаточно мощный радиочастотный генератор с частотой

50-60 мГц.

Известен также способ измерения магнитных полей с использованием ЯМР (2), в котором поляризацию осуществляют постоянным магнитньхк полем, вдоль вектора измеряемого поля. для обеспечения прецессии вектора ядерной намагниченности вокруг вектора измеряемого поля, его специальнын импульсом поворачивают на угол 90. о

Затем измеряется частота сигнала прецессии.

Недостатком описанных выше способов является их сложность, связанная с необходимостью использования поворачивающего импульса.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому способу является способ измерения магнитных полей по методу Пакарда и Вариана (3) .

В способе Пакарда и Вариана поляризация рабочего вещества осуществляется постоянным полем, которое прикладывается ортогонально к измеряемому полю. После выключения поляризации, измеряется частота прецессии.

Недостатком такого способа является малая интенсивность сигнала, что приводит к уменьшению отношения сигнал-шум и, соответственно, снижению точности производимых измерений. Связано это с тем, что при полете на носителе угол ч между осью поляризуахцей катушки (вектором поляризующего поля) и вектором измеряемого поля почти всегда отличен от

90о а иногда и значительно.

742839

Целью изобретения является повышеиие точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что постоянное магнитное поле включают ациабатически.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 показано движение вектора намагниченности при включении поляриэующего магнитного поля; на фиг. 2 — вид поля поляризации; на фиг. 3 — диаграммы направленности проекций векторов ядерной намагниченности на ось поляризующей катушки.

Учитывая, что ось поляризующей катушки в основном расположена под углом Я, не равном 90, к вектору измеряемого поля, то вектор продольной намагниченности lAz повернется вдоль вектора поляризующего. поля Hp и в случае адиабатического включения поляризующего поля поляризация рабочего вещества начнется не с нулевого значения., à с величины продольной намагниченности М (см. фиг . 1), т. е. для последующего цикла измерения, используется продольная намагниченноСть предыдущего цикла. .В тех редких случаях, когда ось поляризующей катушки располагается . ортогонально к вектору измеряемого

:::поля, в предлаг аемом способе поля;:риз ация будет осуществлятс я ан алогич но, способу Пакарда и Вариана, т.е. ухудшения результатов, получаемых с

-помощью известного способа, не произойдет.

Поляриэующее поле необходимо включить адиабатически в пределах нескольких эрстед (фиг.2), так как уже при таких значениях будет осуществлен поворот вектора суммарного поля вдоль оси поляризующей катушки (вектора поляриэующего поля). Дальнейшее нарастание, поля до сотен эрстед может осуществляться например, как и в известном, способе, взятом эа прототип. Увеличением времени на поляризацию за счет адиабатического включения можно пренебречь, так как на это пойдет приблизительно 1-2 м сек, вследствие того, что для осуществления условий адиабатичности, вполне достаточно обеспечить угловую скорость вращения суммарного поля на порядок меньше, чем частота прецессии, Диаграммы направленности для проекций вектора ядерной намагниченности на ось поляризующей катушки для известного способа и предлагаемого показаны на фиг. 3, где кривая I представляет собой зависимость проекций вйктора ядерной намагниченнос,ти на olb поляризующей катушки от угла между векторами измеряемого и поляризующего полей, для прототипа, а кривая tf — ту же зависимость для предлагаемого способа.

Иэ фиг. 3 видно, что кривая II проходит выше, чем кривая 1, а при уг- ле равном 0 и 90 эти кривые совпадавт. При углах 30 и 45 интенсивность полезного сигнала в предлагаемом способе возрастает в 2 раза по сравнению с прототипом, при-60-в 1, 5 раза, при-75 в 1,23 раза, при-15 в

3,12 раза.

Дальнейшего повышения амплитуды полезного сигнала можно также достичь эа счет переключения полярности тока поляриэующей катушки. Происходит это вследствие того, что настроенный контур датчика протонного магнитометра вносит радиационное затухание в сигнал ядерной прецессии. Известно, что уравнение для свободной прецессии имеет вид:=

Формула изобретения

Способ и эмерени я магнитных полей с использованием ЯИР, основанный на поляризации рабочего вещества периодическим воздействием на него постоянным полем и измерении частоты прецессии в промежутках между поляризацией, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, постоянное магнитное

Поле включают адиабатически.

Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе

1. Скроцкий Г.В. и др. Применение динамической поляризации для увеличения, чувствительности и быстродействия ядерных прецессионных магнитометров. Геофизич. аппаратура, 1970, вып.42, с.16-57.

2. Померанцев Н.И. и др. Физические основы квантовой магнитометрии.

-N: Наука, 1972, с . 1 17-1 18

3. Бородин П.N. и др. Ядерный магнитнь1й резонанс в земном поле . -Л:

ЛГУ, 1967, с .15 (прототип) .

ЬО где 4<У9(радиационное затуханиее;

25 коэффициент заполнения к ат ушки; гиромагнитное отношение;

О " добротность катушки;

В случае отрицательного значения

И7, т.е. когда угол Ж между вектором измеряемого и поляриэующего полей больше 90О радиационное затухание имеет отрицательный знак, и затухание сигнала уменьшается.

При угле меньшем 90 полярность о поляриэующего тока необходимо изменить на обратную, что приведет также к увеличению сигнала за счет

4О уменьшения затухания

742839

ФАЗ

Составитель В.Майоршин

Редактор Н.Катаманина Техред М.Петко

Корректор М. Пожо

Закаэ 3455/40 Тираж 1019

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал IIIIII Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4