Способ измерения магнитных полей с использованием ямр

Союз Советских Соцналнстнческнх РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оп 742839(22) Заявлено 11.04.7,8 21) 2605065/18-25 с присоединением заявки Нов Государственный номитет С С С Р. по делам изобретений и открытий(71) Заявитель Научно-производственное объединениеГеофизика54) 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 црецессии, которая прямо пропорциональна напряженность измеряемого магнитного поля.В данном случае необходимо использовать специальное химически нестойкое рабочее веществоцостаточно мощный рациочастотный генератор с частотой 50-60 МГц.Известен также способ измерения магнитных полей с использованием ЯМР 2), в котором поляризацию осуществляют постоянным магнитиьхк 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 прецессииНедостатком 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 Ю между осью поляризуахцей катушки вектором поляризующего поля) и вектором измеряемого поля почти всегда отличен от 90 о а иногда и значительно.Целью изобретения является повышеиие точности измерений,Поставленная цель достигаетсятем, что постоянное магнитное полевключают ациабатически.Изобретение поясняется чертежом,На фиг, 1 показано движение вектора намагниченности при включенииполяриэующего магнитного поля; нафиг. 2 - вид поля поляризации; нафиг, 3 - диаграммы направленностипроекций векторов ядерной намагниченности на ось поляризукщей катушки. Учитывая, что ось поляризующей катушки в основном расположена под углом Ч, не равном 90, к вектору измеряемого поля, то вектор продольной намагниченности М повернется вдоль вектора поляризующего поля Нр и в случае адиабатического включения поляризующего поля поляризация рабочего вещества начнется не с нулевого значения., а с величины продольной намагниченности М (см. фиг. 1), т.е. для последующего цикла измерения, используется продольЙая намагниченноСть предыдущего цикла..В тех редких случаях, когда ось поляризующей катушки располагается ,ортогонально к вектору измеряемого поля, в предлагаемом способе поля;:риэация будет осуществлятся аналогично, 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). Дальнейшеенарастание, полн до сотен эрстед может осуществляться например, как и в известном, способе, взятом за 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 1 представляет собой зависимость проекций вйктора ядерной намагниченнос,ти на ось поляризующей катушки от угла между векторами измеряемого и поляризующего полей, для прототипа, 5 О ЬО Способ измерения магнитных полей сиспользованием ЯИР,основанный наполяризации рабочего вещества периодическим воздействием на него постоянным полем и измерении частотыпрецессии в промежутках между поляризацией, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности измерений, постоянное магнитноеПоле включают адиабатически.Источники информации,.принятые во внимание при экспертизе1. 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,-Я: Наука, 1972, с, 117-1183, Бородин П.И. и др, Ядерный магнитный резонанс в земном поле, -Л:ЛГУ, 1967, с .15 (прототип) .Ф а кривая (1 - ту же зависимость для предлагаемого способа.Иэ фиг. 3 видно, что кривая 11 проходит выше, чем кривая 1, а при угле равном 0 и 90 эти кривые совпадарт, Ири углах 30 и 45 интенсивность полезного сигнала в предлагаемом способе возрастает в 2 раза по сравнению с прототипом, при-в 1,5 раза, прив 1,23 раза, прив 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:- 2 О -7,-у(й 41 РОМ )"Ю О,где 4 Щ ОИ- радиационное затухание;25 коэффициент заполненияк атушки;- гиромагнитное отношение;О - добротность катушки;В случае отрицательного значенияИ, т.е. когда угол % между векторомизмеряемого и поляриэующего полейбольше 90 О радиационное затуханиеимеет отрицательный знак, и затухание сигнала уменьшается.При углеменьшем 90 полярностьополяриэующего тока необходимо изменить на обратную, что приведет также к увеличению сигнала за счет 4 Оуменьшения затуханияФормула изобретенияПодписн 40 Тираж 1019 ИПИ Государственного комитета по делам иэобретений и открыт 35, Москва, Ж, Раушская на 5у Патентф, г. ужгород, ул, Прое илнал