Способ измерения вращения

) Заявлено 01,06,70(21) 1444524 И 6-2 М. Кл,С. 01 п 27/7 присоединением за иосудврственныи ионитетСовете Министров СССРоо делон изобретенийи открытий 23) Приоритет 43) Опубликовано 5.74 Бюллетень1 К 538,1(71) Заявитель Ленинградский ордена Ленина электротехнический инстиим. В. И, Ульянова Щецина) 54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРАШЕ 2 к области ис магнитного р Изобретение относитсзования явления ядерногпанса (ЯМР) в гироскопреализовано в системахгации. Ядерные гидротахнованные на явлении ядерезонанса (ЯМР) обладаюют расчеты, предельной-6 -8равной 10 - 10 се ии и может быть автономной навиометры (ЯГ), осрного магнитного к показыва чувствительностью, -1к . В этих устройО льном пространстгистрации изме- гнала ЯМР или пости радиочастотозбуждающего выствах объекты в инерциа ве фиксируются путем ре пений дисперсионного си глощаемой ядрами мошно ного магнитного поля, в нужденную ядерную прецТрудность примерения что изменение напряжещ поля на величину ВН пр изменению поглощаемой ссию.ЯГ состои том,юсти магнитноиводит к такому ядрами мошйос персии ЯМР), вления поля с гоже 2(изменению си вращение во нала дис уг напра Я ои скоростью Ф-,ЗН , (1)где- гиромагнитное отношение ядер, 1 И Известные способы уменьшении влияния нестабильности внешнего постоянного матнитного поля на работу ЯГ заключаются в суперстабилизации поля и (или) в представлении малых вариаций поля неизвестным эквивалентом угловой скорости и исключении этой составляющей из выходного сигнала ЯГ техническими средствами (электронными или электромеханическими), что зна.чительно усложняет аппаратуру.Для уменьшения влияния малых вариаций внешнего магнитного поля на работу ЯГ и повышения чувствительности измерьний предлагается способ, по которому в качестве рабочего вещества применяют пара- магнитный образец, содержащий рабочие ядра; динамически поляризуют рабочие ядра, насьпцая электронные переходы на частоте, отличной от резонансной для выбранного значения напряженности магнитно го поля, а напряженность магнитного поля, выбирают соответствующей середине образовавшегося квазиплоского участка результирующего сигнала поглощения или дисперсии ядерного магнитного резонанса.20 Используется физический эффект искажения сигнала поглощения ЯМР при эффекте Оверхаузера и сдвига при некоторыхусловиях максимума этого сигнапа илиискажения сигнала дисперсии, вследствиечего упомянутая эквивалентность (1 ) вращения и изменения магнитного поля нарушается,На чертеже даны диаграммы, иллюстрирующие описываемый способ (с использованием сигнала абсорбции),На чертеже обозначено;Н - напряженность магнитного поля;(Н) - форм-функция сигнала, абсорбции "обычного" (без эффекта Оверхаузера)ЯМР;К (Н) - форма коэффициента усилениясигнала ЯМР за счет эффекта Оверхаузвра (фуцкции (Н) и К (Н) на чертежепоказаны отнесенными к их максимальнымзначениям);Ф =(Н) К (Н) - форма сигнала абсорбции ЯМР при эффекте Оверхаузера в зависимости от магнитного поля;Н :и - значение магнитного поля,оппри котором в отсутствие вращения наблюдается максимум сигнала абсорбции"обычного" ЯМР при постоянной частотеШ возбуждения ядерных переходов;ПеНОЕ=- значение магнитного поля,1 епри котором наблюдается максимум сигнала абсорбции электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) (максимум коэффициента усиления К (Н) при постоянной частоте ОО накачки электронных переходов;- электронное гидромагнитное отноше-ние;"де иАН=Н - Ное оп Уйрабочая точка ЯГ, выбираемаяцри значении магнитного поля, соответствующем максимуму кривой(Н) К (Н);Я1 Н=- изменение магнитного попля для "обычного ЯМР, эквивалентноеврагцецию системы с угловой скоростью5 вокруг направления поля Н,Известно, что форма сигнала абсорбции ЯМР при эффекте Оверхаузера определяется произведением функции(Н),описывающей форму сигнала абсорбции"обычного "ЯМР, и коэффициента усиленияК (Н), совпадаюгцего по форме с насыщенной линией ЭПРили,если частота накачки; ЭПР це равна резонансной частоте электронных спицов в магнитном поле Н , воп, которолл няблюдается максиллул 1 сигнала25 30 35 40 45 50 абсорбции "обычного" ЯМР, то максимумкоэффициента усиления наблюдается в полеН, отличающемся от значения поля Ноеопопца величинудН -61 е п форма получаемого таким образом сигналя абсорбции ЯМР при эффекте Оверхаузера, определяемая произведением (Н) К (Н ), в зависимости от магнитного поля искажается по сравнению с формой сигнала (11) "обычного ЯМР; максимум сигнала(11) К (Н) смещается в сторону поля Н, аое вблизи максимума возможно образование"квазиплоского" участка. Очевидно, что описываемые эффекты наиболее заметны в тех случаях, когда функции (Н) и К(Н), измеренные в единицах иагнитного поля сравнимы между собой по ширине.На чертеже форма наблюдаемого сигнала абсорбции ЯМР при эффекте Оверхаузера изображена только для случая, когдапН ) Н (ое)ен =е )При ое оп е оп - е уН ( Н и одинаковых Й Н возможные ое опэффекты искажения по сравнению с рассмотренными вьгше будут силметричныл 1 и относительно значения поля НопПри отсутствии вращения системы ( 1 г = О, диаграмма а) рабочее поле Нр ЯГ устанавливают соответствующим максимуму функции Ф (максимуму искаженного описанным способом сигнала абсорбции) ЯМР при эффекте Оверхаузера) или, если имеется заметный "квазиплоский" участок, соответствующим середине "квазиплоского участка. При таком выборе рабочего поля крутизна (т. е. первая производная) сигнала абсорбции ЯМР при эффекте Оверхаузера к изменениям магнитного поля равна нулю, так что малые вариации поля в окрестности Н не приводят к изменению поглощаемой ядрами высокочастотной мощности, определяемой произведением (Н )р К(Н ), следовательно, ЯГ становится нечувРтвительным к малым нестабильностям рабочего магнитного поля.Вращение объекта, несущего ЯГ, в рассматриваемом случае не является эквивалентом вариации магнитного поля и может быть измерено с высокой точностью, Дей ствительно, . еслиЯ ) 0 (, - едицичный орт вдоль направления поля Н ),р то частота поляризованной по кругу компоненты В 1-ноля, индуцирующей ядерные переходы, становится равной Я + Ы и , и 15максимум сигнала абсорбции обычного фЯМР смещается в сторону большего знаЯчения поля на величину4 Н=пкак это качественно изображено на чертже (диаграмма 8 ), Положение коэффициента усиления К(Н) на оси магнитного поля при этом практически не изменяется,так как эквивалентное вращению изменение магнитного поля 6 Н : -для линииЯе- УеЭПР пренебрежимо мало, посколькуЗ(обычно )/ й 10), Следователь 3е Пно, сигнал абсорбции ЯМР при эффектеОверхаузера в случае Я0 определяется функцией (Н -Н) К(Н ) и возр ррастает по сравнению со случаем покояФсистемы2 = О,Подобным образом можно показать, чтоприЯ(0 сигнал абсорбции ЯМР приэффекте Оверхаузера уменьшается (диаграмма 3 ) и определяется произведением(Н + 6 Н) К(Н ). В первом случаер р(2) О ) поглощаемая ядерной спин-системой из катушки спин-детектора ЯМРвысокочастотная мощность увеличиваетсяпо сравнению со случаемЯ. = О, вовтором (фЯ с О) - уменьшается. Другими словами, крутизна сигнала абсорбцииЯМР к угловым скоростям вращения приэффекте Оверхаузера и указанном выше выборе рабочего поля не равна нулю.Величина и знак изменения поглощаемой ядрами мощности, обусловленноговращением, жестко связаны с величиной ии знаком скорости вращения объекта винерциальном пространстве, что и используется в рассматриваемых ЯГ для регистрации указанной скорости,Аналогичные рассуждения справедливы ипри использовании сигнала дисперсии, вэтом случае рабочая точка выбираетсяпосредине более протяженного "квазипло 1ского" участка кривой сигнала ЯМР,Теоретическое исследование предлага емого способа показывают, что при ис.пользовании, например, в качестве рабочего образца жидкого раствора натрияв аммиаке чувствительность абсорбционного ЯГ к малым нестабильностям магнитного поля примерно в 50-100 раз меньше, чем к эквивалентным им согласно соотношению (1) угловым скоростям врашещ ния. Если вращение объекта лежит вблизипорога чувствительности ЯГ, то влияниеэквивалентной в "обычном ЯМР вариации)поля практически полностью исключается.Предлагаемый способ позволяет не 15 только решить задачу исключения влияниянестабильностей магнитного поля на работу ЯГ, но и значительно повышает егочувствительность за счет усиления ядерной поляризации,20Предмет изобретенияСпособ измерения вращения, основанный на явлении ядерного магнитного резонанса, заключающийся в регистрации пропорционального скорости вращения ухода частоты прецессии магнитных моментов атомных ядер рабочего вещества во внешнем магнитном поле, о т л и ч а ю ш и й 3 с я тем, что, с целью уменьшения влияния малых вариаций внешнего магнитного поля и повышения чувствительности измерений, в качестве рабочего вещества применяют парамагнитный образец, оодержащий рабочие ядра; динамически поляризуют рабочие ядра, насьпцая электродные переходы на частоте, отличной от резонансной для выбранного значения напряженности магнитного поля, а напряженность магнитного поля выбирают соответствующей середине образовавшегося "квазиплоского участка результирующего 45 сигнала поглощения или дисперсии ядерного магнитного резонанса,428268 Но и Нр Ю ЗаказЯ Предприятие сПатент, Москва, Г 59, Бережковская наб., 24 Изд Щ , ТиРажПодписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССРпо делам изобретений и открытийМосква, 113035, Раушская наб., 4