Способ измерения магнитных полей ядерными прецессионными магнитометрами

 

I66 507

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Кл. 42с, 43

21g, 3004

Заявлено 06Х11,1962 (№ 785477/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 19.XI.1964. Бюллетень № 22

МПК G 01с

Н 05с1

Государственный комитет ло делам изобретений и открытий СССР

УДК

Дата опубликования описания 25.1.1965

Авторы изобретения

А. П. Степанов, А. И. филатов и В. М. Стоцкий

Заявитель

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕИ

ЯДЕРНЫМИ ПРЕЦЕССИОННЫМИ МАГНИТОМЕТРАМИ

Подписная группа № 149

Известные способы измерения магнитных полей ядерными прецессионными магнитометрами, при которых процессы поляризации ядер водорода рабочего вещества датчика и измерение сигнала свободной прецессии производятся последовательно во времени, не позволяют производить более двух измерений в секунду.

Предлагаемый способ отличается тем, что процесс поляризации ядер водорода рабочего вещества датчика совмещают во времени с процессом измерения путем создания неравновесной намагниченности в плоскости, перпендикулярной измеряемому полю с помощью поворачивающих импульсов малой длительности вспомогательного магнитного поля. В результате увеличиваются скорость и точность измерений, улучшается отношение сигнал шум.

Циклический характер работы магнитометра по предложенному способу графически представлен на фиг. 1 и 2.

Каждый рабочий цикл Тр=Т„+Т„+Т„где

҄— время измерения и поляризации, в течение которого происходит динамическая поляризация ядер водорода рабочего вещества датчика и одновременно производится измерение сигнала свободной прецессии;

Т„ — время поворота, в течение которого происходит создание неравновесной намагниченности h(t) в плоскости, перпендикулярной

-. )» измеряемому полю Н0, путем поворота на угол — составляющей М, и одновременное

5 2

«разрушение» неуспевшей затухнуть до нуля прецессирующей составляющей М

Т вЂ” время, в течение которого происходит неадиа 6атическое выключение вспомогатель10 ного поворачивающего импульса магнитного поля h(t) и затухает нестационарный процесс, вызванный этим выключением.

Для несинхронного режима работы магнитометра форма поворачивающего импульса

15 вспомогательного магнитного поля h(t), как показано на фиг. 1, может быть выбрана близкой к треугольной так, чтобы за время поворота Т„ вектора ядерной намагниченности М, на угол в характер изменения результирую20 2

-+- -- »щего поля Н(/) =Hp+h(t) был адиабатическим, а за время выключения поворачивающего поля Т, неадиабатическим. В этом случае ядерная намагниченность М, непрерывно сле25

)» дует за результирующим полем H(t), не «отрываясь» от него, а прецессирующая компонента М, оставаясь в плоскости, перпенди— )»

30 кулярной результирующему полю H(t), вслед166507 ствие сильной неоднородности последнего (в пределах образца) быстро расходится в веер и в дальнейших процессах не участвует, При выключении поля h(t) повернутая на угол — ядерная намагниченность М «отры2 г

-эвается» от результирующего поля НЯ и переходит в неравновесную намагниченность

М, которая начинает прецессировать вокруг

-3 поля Но. Поле h(t) за время выключения Т, практически падает до нуля.

С выключением поворачивающего поля

Ь(/) одновременно начинаются два процесса:

1) прецессия М вокруг измеряемого поля

Оо; 2) появление новой компоненты М, в результате динамической поляризации ядер в высокочастотном поле.

К моменту прихода следующего поворачивающего импульса амплитуда М, уменьшается до минимума (М,),„, а составляющая М, возрастает до максимума (М,)

Очередной поворачивающий импульс снова создает начальную неравновесную намагниченность (М„),» и «разрушает» (М „)

Далее все процессы повторяются.

Для синхронного режима магнитометра форма поворачивающих импульсов h(t) может быть выбрана близкой к прямоугольной (неадиабатическое включение и выключение).

Амплитуда их hm » не менее, чем в 10 раз превышает величину измеряемого поля Н„а длительность Т„равна четверти периода свободной прецессии в результирующем поле

Н, =- У Н -,+h"-, =h„„, За время действия поворачивающего импульса с такими пара-3 -+= метрами составляющие (Мг) па» и (М»у) та» одновременно поворачиваются вокруг оси У, совпадающей с направлением h(t), на

-эугол —, в результате чего (М,),„ перехо2

-+- -М- -+дитв (М ),„а (М ), в (М,)

-3»

Совпадение (М, ),„с направлением измеряемого переменного поля Но (при положительной динамической поляризации) после каждого поворота достигается тем, что блок синхронизации магнитометра обеспечивает подачу каждого очередного импульса h(t) строго в тот момент времени, когда прецесси—: " рующая ядерная намагниченность М направлена по оси ОХ, перпендикулярной Но и

20 h(i) (см. фиг. 2).

Предложенный способ измерения магнитных полей осуществляется с помощью ядерного прецессионного магнитометра с совмещенными процессами поляризации ядер водорода и

25 измерения во времени.

Предмет изобретения

Способ измерения магнитных полей ядерными прецессионными магнитометрами, от30 личаюи1ийся тем, что, с целью увеличения скорости и точности измерений, совмещают процессы поляризации ядер водорода рабочего вещества датчика магнитометра и измерения во времени путем создания неравно35 весной намагниченности в плоскости, перпендикулярной измеряемому полю, с помощью поворачивающих импульсов малой длительности вспомогательного магнитного поля, 166507 ! !

Составитель И. А. Рощина

Редактор И. Г. Карпас Техред Т. П. Курилко Корректор Ю. М. Федулова

Заказ 3548/9 Тираж 575 Формат бум. 60 90 / Объем 0,24 изд. л. Цена 5 коп.

ЦНИИПИ Государсзвенного комитета по делам изобретений и открытий СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, д. 2