AT222749B - Einrichtung zum messen schwacher magnetischer Felder - Google Patents

Einrichtung zum messen schwacher magnetischer Felder

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AT222749B
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AT
Austria
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coil
field
frequency
auxiliary
liquid sample
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AT925059A
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Georges Bonnet
Antoine Salvi
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Commissariat Energie Atomique
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01N24/08Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance

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Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  . Einrichtung zum Messen schwacher magnetischer Felder 
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Messen schwacher magnetischer Felder unter Ausnutzung der Kerninduktion. Die absolute Messung eines magnetischen Feldes, die mit höchster Präzision durchgeführt werden muss, erfolgt im allgemeinen unter Anwendung der Me-   thoden   der Kernresonanz oder der Kerninduktion. 



   Die zuletzt erwähnte Technik, die von der Kerninduktion Gebrauch macht, wurde erstmalig von Bloch (Physical Revue 70, S. 460,1946) angegeben. Sie besteht im wesentlichen darin, dass man die Frequenz der freien Präzession einer Gesamtheit von Kernen misst, die in ein permanentes Magnetfeld gebracht wurden und ein kinetisches Moment (Spin) sowie ein magnetisches Moment haben, die beide nicht Null sind.

   Um ein Signal mit merkbarer Amplitude auch bei schwachen Feldern zu erhalten, ist   mangenötigt,   einerseits Wasserstoffkerne   (Protonen) in Wasser, u. zw. mit einer Messmenge relativ gro-   ssen Volumens   (1   Liter oder mehr) zu verwenden und anderseits sich eines Kunstgriffes zu bedienen, der von Packard und Varian (Physical Revue 9, S. 941,1954) angegeben wurde und den Zweck verfolgt, die Polarisation der Kerne zu erhöhen. Man kann hiezu auch Waters und Francis (Revue Qf Scientific Instruments 35, S. 88,1958) zitieren. 



   Es ist bekannt, dass beim Einbringen einer Anzahl von mit Spin behafteten Kernen in ein Magnetfeld H das thermische Gleichgewicht, das sich zwischen den Spins und dem Milieu der Umgebung ausbildet, eine geringe Magnetisierung M herbeiführt, die parallel zu dem Feld H gerichtet und durch das resultierende magnetische Moment : 
 EMI1.1 
 
HMagnetfeld H (beispielsweise das Erdfeld) gebracht und ausserdem einem permanenten Feld H'ausgesetzt wird, das senkrecht zum ersten Feld und grösser als dieses Feld ist, nimmt die flüssige Masse nach Ablauf einer gewissen Zeitspanne (die von   der"Relaxationszeit"abhängt)   im Gleichgewichtszustand eine makroskopische Magnetisierung an, die praktisch parallel zu H'ist und durch die Formel   (1)   gegeben wird. 



   Wenn man das Feld   H'plötzlich   aufhebt, so dass nur noch das zu messende Feld   it übrig   bleibt, führt die resultierende Magnetisierung M auf Grund der gyromagnetischen Eigenschaften der Kerne, auf die diese zurückzuführen ist, eine Präzessionsbewegung um die Richtung des Feldes Haus, bis ihre neue Gleichgewichts-Orientierung erreicht ist. 



   Das mit der Präzession   der resultierenden Magnetisierungs-Vektors N sich   drehende Feld induziert ih einer das Messmaterial umgebenden Spule, die in geeigneter Weise orientiert ist, eine Wechsel-EMK, deren Frequenz f mit der Amplitude H des Feldes H durch die Formel von Larmor :   2'IT. f=yH    verknüpft ist, in der y eine charakteristische physikalische Konstante des betreffenden Kernes ist. Die 

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 EMI2.1 
 
 EMI2.2 
 



   Die Verwendung des Hilfsfeldes H'entspricht einem doppelten Zweck ; man erzielt eine Vergrösserung der resultierenden Magnetisierung der Substanz und kann daher ein ausreichend starkes Signal aufnehmen und weiterhin wird eine Präzession dieser Magnetisierung herbeigeführt. 



   Die Phänomene der gyromagnetischen Resonanz haben zahlreiche Anwendungen gefunden, die die Messung schwacher magnetischer Felder betreffen, insbesondere jenes des terrestrischen Magnetfeldes und in der chemischen Analyse. 



   Ein Apparat, bei dem die Anwendung dieser Phänomene erfolgt und der zur Messung des magnetischen Erdfeldes dient, ist beispielsweise in der USA-Patentschrift Nr. 2, 856, 579 beschrieben. Dieser Apparat, der dazu bestimmt ist, die Messungen rasch und periodisch vorzunehmen, besteht aus zwei Magnetometern, in welchen man eine bestimmte Wassermenge einem magnetischen Polarisationsfeld aussetzt, das im wesentlichen senkrecht zum Erdfeld steht, wobei das erste Feld periodisch unterdrückt wird. In der Flüssigkeit erscheint demnach ein magnetisches Feld infolge der Präzession der Kerne, deren Frequenz durch die Formel von Larmor definiert ist. Die Funktion der beiden Magnetometer ist derart synchronisiert, dass die Polarisationsphase des einen der Geräte   der Messphase   des andern entspricht und umgekehrt. 



   Geräte, die zur chemischen Analyse dienen, enthalten Mittel, um die zu untersuchende Probe einem sehr homogenen Hauptmagnetfeld und einem Hochfrequenzfeld mit senkrechter Richtung darauf auszu- setzen. Wenn das zweite Feld eine passende Frequenz aufweist, treten die Kerne der Probe in die gyroma- gnetische Resonanz ein und erzeugen ein magnetisches Feld, das man nur zu messen braucht, um das Vor- handensein des Probekörpers als auch seine Konzentration anzuzeigen. 



   Die USA-Patentschrift Nr. 2, 858, 504 bezieht sich auf ein Gerät dieser Art, bei welchem man sich bemüht, die   Unregelmässigkeiten   das Polarisationsfeldes auszuschalten. 



   Die Verwendung eines starken Polarisationsfeldes der Grösse von   100 - 200   Oersted macht jedoch die
Anwendung dieses Verfahrens, das an sich im Prinzip einfach ist, schwierig. Es ist nämlich notwendig, dass das polarisierende Feld in einer   äusserst   kurzen Zeitspanne - in weniger als   30 pus   bei der Verwendung eines Magnetometers zur Messung des Erdfeldes - zum Verschwinden gebracht wird, denn das Spektrum der Abnahme des Magnetfeldes bei seiner Beseitigung muss eine spektrale Energiedichte bei der   Larmorl   sehen Kernfrequenz aufweisen, die genügend gross ist, um Transitionen zu erzielen.

   In Anbetracht der relativ grossen Energie, die in der Spule gespeichert ist, wenn ein relativ grosses Feld erzeugt werden muss, ergibt sich aus dieser Bedingung ein Abschaltproblem, das sehr schwierig zu lösen ist. 



   Ausserdem bedingt die Leistung, die zur Erzeugung des polarisierenden Feldes notwendig ist, einen erheblichen apparativen Aufwand für die Durchführung dieses Verfahrens. 



   Schliesslich wird die Dauer des Phänomens der freien Präzession stark durch Inhomogenität des gemessenen Magnetfeldes beeinflusst, was den Hauptgrund für Messungenauigkeiten darstellt, wenn man die Schwierigkeiten berücksichtigt, die in dem Aufrechterhalten einer hohen Homogenität in einem so gro- ssen Volumen liegen, wie es im vorliegenden Falle benutzt werden muss. 



   Es ist indessen möglich, den Verbrauch an elektrischer Energie zu verringern und damit die Aufgabe der Abschaltung zu vereinfachen, indem man bereits bekannte Massnahmen anwendet. Diese Massnahmen bestehen darin, ein weniger starkes polarisierendes Feld zu benutzen und die Menge der Flüssigkeit erheblich zu verringern ; beide Massnahmen sind aber nachteilig für die Genauigkeit der Messung, da sie auf jeden Fall das Verhältnis zwischen dem zu messenden Signal und dem Störpegel verkleinern. 



   Es gibt noch ein weiteres Mittel, um künstlich die Kernpolarisation zu erhöhen ; dieses Mittel besteht darin, als flüssiges Medium, in dem die Messung durchgeführt wird, ein gewisses Volumen Wasser (oder einer andern, Wasserstoff enthaltenden Flüssigkeit) zu verwenden, in dem man paramagnetische Stoffe (Verunreinigungen) auflöst, so dass der Mechanismus der Relaxation, der bei den Protonen vorherrscht, ihr Zusammenwirken mit den elektronischen Spins der aufgelösten Substanz (Verunreinigung) ist. 



   Abragam (Physical Revue 98,6, 1955) und Solomon (Physical Revue 99,2, 1955) haben gezeigt, dass die Polarisation der Kernspins ganz wesentlich erhöht wird, wenn man eine der Linien der elektronischen Resonanz der paramagnetischen Verunreinigung dadurch sättigt, dass man senkrecht zu dem zu messenden Feld ein starkes, mit der hohen Frequenz der elektronischen Resonanz oszillierendes Feld anlegt. 



     Abragam.   Solomon und Combrisson (Contes rendues de   l'Academie   des Sciences, 8. Juli 1957) haben diesen Effekt noch verbessert, indem sie eine paramagnetische Substanz als Verunreinigung benutzten, die eine Hyperfeinstruktur zeigt. Das magnetische Moment der Kernspins in der Flüssigkeit, die durch die 

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 elektronischen Spins "relaxiert" werden, errcicht dann unter genau definierten Bedingungen einen beträchtlichen Wert, der in sehr schwachen Feldern (kleiner als ungefähr 10 Gauss) unabhängig von der Grösse des magnetischen Polarisationsfeldes ist. So ist beispielsweise in dem Erdfeld die Polarisation ungefähr 4000-fach stärker als bei Abwesenheit dieses Effektes. 



   Die vorliegende Erfindung hat eine neue Einrichtung zur Messung schwacher magnetischer Felder mittels Kerninduktion zum Gegenstand, welche die Zunahme der Kernpolarisation nach dem Effekt von
Overhauser-Abragam zu verwenden gestattet. 



   Die Einrichtung gemäss der Erfindung verwendet eine flüssige Probe, die in das Hilfsfeld einer ersten
Spule gebracht wird, deren Achse im wesentlichen senkrecht zu dem zu messenden Feld steht, wobei
Mittel vorgesehen sind, um den Strom in dieser ersten Spule wahrend der Messperiode der Kernfrequenz zu unterbrechen und in derselben Periode die vorgenannte Spule mit Mitteln zur Messung dieser Frequenz zu verbinden. Die Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie in Kombination Mittel enthält, um der genannten ersten Spule einen elektrischen Strom solcher Stärke zuzuführen, dass das Hilfsfeld eine Grö- ssenordnung aufweist, die ein wenig höher ist als jene des zu messenden Feldes ; in die flüssige Probe ist eine paramagnetische Verunreinigung eingebracht, die eine gesättigte elektronische Resonanzlinie mit Hyperfeinstruktur aufweist.

   Eine zweite Spule gestattet es, die flüssige Probe einem zweiten Hilfsfeld auszusetzen, wobei die Spulenachse im wesentlichen senkrecht zu jener der ersten Spule und dem zu messenden Felde steht. Schliesslich sind in gleicher Weise Mittel vorgesehen, um der zweiten Spule einen Strom zuzuführen, dessen Frequenz der elektronischen Resonanzlinie der in die flüssige Probe eingebrachten paramagnetischen Verunreinigung entspricht. 



   Die Vorrichtung gemass der Erfindung enthält Mittel zur Unterdrückung des magnetischen Hilfsfeldes der ersten Spule in einer ausreichend kurzen Zeit, damit das Schwundspektrum dieses   magnetischen'Fel-   des bei seinem Verschwinden eine energetische spektrale Dichte aufweist, die der Larmor-Frequenz genügt. Die in die flüssige Probe eingebrachte paramagaetische Verunreinigung besteht vorzugsweise aus
Kaliumnitrosodisulfonat in millimolekularer Konzentration. 



   Unter Bezugnahme auf die schematischen Fig.   1 - 3   der beigefügten Zeichnung soll jetzt ein ledig- lich der Erläuterung der Erfindung dienendes Ausführungsbeispiel beschrieben werden. Die Einzelheiten der Ausführung und der Anordnung, die im Zusammenhang mit diesem Beispiel beschrieben werden, sind als Bestandteile der vorliegenden Erfindung anzusehen, wobei es jedoch klar sein dürfte, dass alle äqui-   valentenMittel   in gleicher Weise benutzt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschrei- ten. 



   In der Zeichnung sind lediglich die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Elemente dargestellt ; einander entsprechende Elemente der Figuren tragen gleiche Bezugszeichen. Es zeigen : Fig. 1 eine sche- maische Darstellung eines Magnetometers, das unter Ausnutzung der Kerninduktion gemäss der vorlie- genden Erfindung arbeitet ; Fig. 2 einen Schnitt durch die Messmenge an Flüssigkeit, in der die Kernspins für die Messung ausgenutzt werden ; dieser Schnitt zeigt auch die Anordnung der Spulen für die Hoch- und die Niederfrequenz ; Fig. 3 eine schematische Darstellung der Umschaltanordnung, die insbesondere zur schnellen Unterdrückung oder Beseitigung des magnetischen Hilfsfeldes dient. 



   Das nach der Erfindung arbeitende Magnetometer, das nun beschrieben werden soll, ist als tragbares   Messgerät   ausgeführt. Die Energiequelle ist demnach eine Akkumulator-Batterie von 12 V (obwohl auch
6V genügen könnten). 



   In der Fig. 1 ist ein Hochfrequenz-Oszillator 1 für die Lieferung der zum Sattigen der elektronischen
Resonanzlinien der sich in der Messflüssigkeit 2 befindenden paramagnetischen Verunreinigung erforder- lichen Energie vorgesehen. Die Resonanzfrequenz hängt von der Art des paramagnetischen Radikals und der gewählten Resonanzlinie ab, sowie von dem Wert des Hilfsmagnetfeldes, das die Polarisation be- wirkt. 



   Für den Fall, dass die verwendete paramagnetische Verunreinigung das Nitrosodisulfonat des Kaliums und das Hilfsfeld 3 Gauss ist, liegt diese Resonanzfrequenz in der Nahe von 60 MHz. Ein Koaxial-Kabel 3 von geeigneter Länge und eine Anpassungs-Anordnung 4 verbinden den Oszillator 1 mit einer gegen die
Flüssigkeit durch ein geeignetes Dielektrikum isolierten Hochfrequenzspule 5, die im Inneren des Behäl- ters 2 angeordnet ist. Der Behälter 2 hat ein Fassungsvermögen von etwa 100   cm3   und enthält Wasser, in dem die Verunreinigung aufgelöst ist. 



   Wie aus der Fig. 2 ersehen werden kann, setzt sich die   HochfrequenzspuÒ6   5 aus einer oder zwei
Windungen eines isolierten Drahtes 6 zusammen, die derart ausgerichtet sind, dass das von ihnen geschaffene Magnetfeld senkrecht zu dem Magnetfeld H liegt, das man messen will und dessen Richtung durch den
Pfeil 7 veranschaulicht ist. 

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   Eine weitere Spule 8, deren Achse senkrecht zu der der ersten Spule 5 sowie auch senkrecht zur Rich- tung des Magnetfeldes H liegt, ist unmittelbar um das Gefäss 2 herumgewickelt. Diese zweite Spule 8 hat eine doppelte Aufgabe :
Sie soll einerseits das magnetische Hilfsfeld schaffen, das die Ausrichtung der Spins ändert und dai durch ihre spätere Präzession bedingt und anderseits auch das durch die Präzession indizierte Signal auf- nehmen. 



   Dieses Signal wird über eine Relais-Schaltung 9 einem Verstärker 10 zugeleitet, der auf die Reso- nanzfrequenz der Protonen in dem gemessenen Feld abgestimmt ist ; das verstärkte Signal wird sodann einem Frequenzmesser 11 zugeleitet, der ein Frequenzmesser der Dekadenzähl-Type ist. 



   Der Hochfrequenz-Oszillator   1,   der Verstärker 10 und der Frequenzmesser 11 sind Geräte bekannter
Bauart und werden infolgedessen nicht in ihren Einzelheiten beschrieben :
Es ist jedoch darauf aufmerksam zu machen, dass der Verstärker und der Frequenzmesser sehr leicht mit Transistoren ausgestattet werden können ; in diesem Falle braucht die Stromversorgungsanordnung 12, die in der schematischen Darstellung durch ein Rechteck versinnbildlicht und aus der Batterie 13 gespeist wird, lediglich die zum Betrieb des Hochfrequenz-Oszillators notwendige hohe Spannung zu liefern,   d. h.   etwa eine Leistung von 15 Watt, wenn der Spule 5 eine Hochfrequenzleistung von ungefähr 5 Watt zuge- führt werden muss. 



   Bei dem Betrieb oder der Benutzung des neuen Gerätes sind zwei zeitlich aufeinanderfolgende Vor- gänge zu unterscheiden : a) Man schickt über die Relais-Schaltung 9 einen Gleichstrom in die Niederfrequenzspule 8, um die resultierende Magnetisierung der Protonen rechtwinklig zu dem zu messenden Feld H auszurichten. Die zu dieser Orientierung notwendige Zeit hängt von der Art der paramagnetischen Verunreinigung und ihrer
Konzentration sowie der Art des Lösungsmittels ab. Wenn als paramagnetische Verunreinigung das Nitro- sodisulfonat des Kaliums in millimolekularer Konzentration in Wasser aufgelöst ist, bedingt dieser Ver- fahrensschritt nur einen Zeitaufwand von ungefähr 2 Sekunden. Das orientierende Magnetfeld hat die
Grössenordnung von 3 Gauss.

   Während dieser Zeitspanne ist der Verstärker 10 kurzgeschlossen und der
Zähler des Frequenzmesser 11 auf Null eingestellt. b) Mit Hilfe einer einfachen Programmschaltung wird sodann über die Relaisschaltung 9 die plötz- liche Unterbrechung des Hilfsfeldes ausgelöst und die Niederfrequenzspule 8 an die Eingangsklemmen des
Verstärkers 10 angelegt, um die Präzessionsfrequenz zu ermitteln. 



   Die Dauer der Frequenzzählung liegt in der gleichen Grössenordnung wie die des vorangegangenen
Verfahrensschrittes. 



   Es ist darauf hinzuweisen, dass man ohne weiteres den Hochfrequenz-Oszillator 1 während der Zähl- periode stillsetzen kann, wodurch der mittlere Stromverbrauch verringert wird. Die durch den Overhau- ser-Effekt induzierte Polarisation   verläuft-wie   auch die freie   Präzession - nach einem   mit der Zeit ab- nehmenden Gesetz, das durch die Relaxationszeit gegeben ist. 



   Die Umschaltvorrichtung, die in der Relaisschaltung 9 enthalten ist, wurde in Fig. 3 ausführlicher dargestellt. 



   Um eine Störung des Feldes am Ort der Messung zu vermeiden, wird diese Anordnung im Abstand von einem oder zwei Metern von der Niederfrequenzspule 8 aufgestellt und mit dieser Spule über ein
Koaxial-Kabel 14 verbunden, dessen Kapazität   Go   nicht vernachlässigbar ist. 



   Es liegt daher eine parasitäre Kapazität   Go   von 100 oder 200 pF an den Klemmen der Induktivität Lo der Niederfrequenzspule 8. 



   Wenn man plötzlich den Magnetisierungsstrom unterbricht, der durch Lo hindurchfliesst, stellt sich ein Ausgleichsvorgang in dem   L-C-Stromkreis   ein, der oszillatorisch oder   gedämpft verlaufen   kann. 



   Aus. Gründen des Stromverbrauches ist es günstiger, mit einem oszillatorischen Ausgleichsvorgang zu arbeiten, vorausgesetzt, dass die Eigenfrequenz weit grösser ist als die Larmor-Frequenz bei der   Kernprä-   zession. Die Niederfrequenzspule 8 hat bei dem Beispiel 4000 Windungen, die in vier Scheiben aufgeteilt sind ; der Draht hat einen Durchmesser von 4/10 Millimeter und ist mit Seide isoliert. Die Eigenfrequenz dieser Anordnung ist bei einer Leitungskapazität   Go   von 150 pF etwa gleich   F 0   = 15 kHz. Um ein Hilfsfeld von 3 Gauss zu schaffen, kommt man mit einem Strom von 10 mA aus, was einem ohmschen Spannungsabfall V von 1 Volt entspricht. 



   Es ist bekannt, dass bei einem Überspannungsverhälmis Q des Stromkreises   L.-C.   der oszillierende Spannungsverlauf bei der Abschaltung eine grösste Amplitude   Q.   V hat und seine Hüllkurve mit einer Zeitkonstante von   Q/r F (j   abnimmt. Man hat ein Interesse daran, diese Überspannung zu verkleinern. Hiezu dient der Widerstand 15, dessen Ohmwert in der   Grössenordnung   von   500000 0 liegt ;   der Wert Q 

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 liegt dann in der Nahe von 10 und die Oszillation hat eine Dauer von einigen Millisekunden mit einer maximalen Spannung in der Grössenordnung von 10 Volt. Es gibt dabei praktisch kein Abschalt- oder Um- schaltproblem mehr. 



   Wenngleich man auch unter diesen Bedingungen ohne weiteres ein mechanisches Relais verwenden könnte, ist jedoch die Benutzung eines elektronischen Relais vorzuziehen, weil die Unterbrechung durch ein derartiges Relais sehr schnell erfolgt und auch nicht von dem Zustand metallischer Kontakte abhängt. 



   Infolgedessen sind die Messwerte ohne weiteres zu wiederholen bzw. zu reproduzieren. 



   Da ausserdem der innere Widerstand R eines elektronischen Relais nicht Null ist, so wird dadurch wei- terhin eine Zeitkonstante in den Stromkreis der das Feld erzeugenden Spule 8 eingeführt. In dem gewähl- ten Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis Lo/R in der Grössenordnung von 500   pee   und die Ausrichtung oder Orientierung der Kernspins erfolgt in dem magnetischen Hilfsfeld ohne irgendeine Präzession. 



   Das Relais 16 empfängt ein Betätigungssignal S, sein sich schliessender Kontakt 17 leitet über den
Widerstand 18 von ungefähr 500   fi   eine genügend hohe Polarisationsspannung, die die Gitter der Röhre 19 (Type 12 AU7) positiv   machr.   Gleichzeitig bewirkt das Schliessen des Kontaktes 20 des Relais 16 die Er- regung des Relais 21. Das Schliessen des Kontaktes 22 dieses Relais verbindet die Batterie, die mit ihrem negativen Pol an der Klemme 23 liegt, über die Röhre 19, deren innerer Widerstand durch das Potentio- meter 24 (zur Einstellung   der"Hilfszeit")   geregelt wird, mit der Spule 8. Das Relais 21 verbindet durch seinen zweiten Kontakt 25 das Kabel 26, das zum Eingang des Verstärkers 10 führt, mit der Masse. 



   Am Ende   der"Orientierungsperiods"wird   die Erregung des Relais 16 unterbrochen. Der Kontakt 17 öffnet sich, infolge der Wirkung der Zusatzbatterie 27 (von ungefähr 10 V) werden die Gitter der Röhre 19 stark negativ, wodurch die Röhre 19 gesperrt wird. Die Dauer der Unterbrechung des elektronischen Relais ist durch den Widerstand 28 und die Kapazität zwischen Gitter und Masse bestimmt. Mit einem Wider- stand 28 von 100 000   5) liegt   diese Dauer in der Grössenordnung einer Mikrosekunde. 



   Das Öffnen des Kontaktes 20 hebt die Erregung des Relais 21 auf, aber der Kondensator 30 an den
Klemmen dieses Relais verzögert sein Abschalten. Infolgedessen bleibt auch während der Dauer des Ab- schalt-Ausgleichsvorganges in der Spule 8 der Dämpfungswiderstand 15 eingeschaltet sowie der Verstär- ker 11 kurzgeschlossen. Sobald das Relais 21 ausschaltet, wird der Widerstand 15 abgeschaltet und die
Spule 8 wird über den Kontakt 31 mit dem Verstärker 11 verbunden, so dass nun eine Messung der Prä- zessionsfrequenz erfolgen kann. In Anbetracht der geringen Spannungserhöhung bei dem Ausgleichsvorgang ist es möglich, die Röhre 19 durch einen Transistor zu ersetzen.

   Dies muss jedoch ein Hochfrequenz-
Transistor sein, damit er eine schnelle Abschaltung oder Trennung durchführen kann ; er muss ungefähr
100 mW (bei Speisung mit 6 Volt) als Verlust abführen können und eine Gegenspannung in der Richtung Emitter-Basis von 20 V zulassen. 



   Man erkennt,   dass'während   der Periode der Präzessionsfrequenzmessung die Relais nicht gespeist werden, um   daj   Magnetfeld nicht zu stören, das gerade dann gemessen wird. Aus dem gleichen Grunde werden gegebenenfalls Kleinrelais (Miniatur-Relais) für Fernbetätigung verwendet, deren Volumen an   fetro-   magnetischem Material sehr gering ist. 



   Es wurde bereits oben gesagt, dass die Menge der Messflüssigkeit höchstens 100 cms sein soll, was eine Erleichterung hinsichtlich der Forderung nach Homogenität des Feldes ergibt. Obgleich das soeben beschriebene Gerät tragbar ist und nur einen geringen Stromverbrauch aufweist, liegt die Genauigkeit der Messung in der gleichen Grössenordnung wie bei den viel grösseren bekannten   Geräten, die   eine Messung der freien Präzession durchführen. Wenn man sich mit einer Genauigkeit von   10-5 Oersted   begnügt, kann man das Flüssigkeitsvolumen auf 10 cms verringern und nur ein Watt Hochfrequenzleistung aufwenden. 



   Anderseits kann man bei Beibehaltung eines grösseren Flüssigkeitsvolumens die sehr grosse Polarisation ausnutzen, die auf den   Overhauser-Abragam-Effekt   zurückzuführen ist, um einen nicht abgestimmten Verstärker benutzen zu können, wodurch man eine sofortige Messung eines Magnetfeldes erhält, ohne irgendeine vorherige Kenntnis seiner Grössenordnung. 

**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Einrichtung zum Messen schwacher magnetischer Felder mittels Kerninduktion, bei welcher eine flüssige Probe in ein schwaches Hilfsfeld einer ersten. Spule gebracht wird, deren Achse im wesentlichen senkrecht zu dem zu messenden Feld steht und Mittel vorgesehen sind, um einen in einer Richtung konstanten Strom in dieser ersten Spule während der Messperiode der Kernfrequenz zu unterbrechen und in derselben Periode die vorgenannte Spule mit Mitteln zur Messung dieser Frequenz zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung, in Kombination, Mittel enthält, um der genannten ersten Spule (8) <Desc/Clms Page number 6> einen elektrischen Strom solcher Stärke zuzuführen, dass das Hilfsfeld eine Grössenordnung aufweist, die ein wenig höher ist als jene des zu messenden Feldes, dass in der flüssigen Probe (2)
    eine paramagnetische Verunreinigung gelöst ist, die eine gesättigte elektronische Resonanzlinie mit Hyperfeinstruktur aufweist und eine zweite Spule (5) vorgesehen ist, um die flüssige Probe (2) einem zweitenHilfsfeld auszusetzen, wobei die Spulenachse im wesentlichen senkrecht zu jener der ersten Spule (8) und zu dem zu messenden Feld steht, und dass Mittel vorgesehen sind, um der zweiten Spule (5) einen Strom zuzuführen, dessen Frequenz der elektronischen Resonanzlinie der in der flüssigen Probe gelösten paramagnetischen Verunreinigung entspricht.
    2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Probe aus Wasser besteht, das in millimolekularer Konzentration Kaliumnitrosodisulfonat enthält.
    3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um das von der ersten Spule (8) stammende Hilfsfeld in einer ausreichend kurzen Zeit zu unterdrücken, damitdas Spektrum der Abnahme des genannten Magnetfeldes bei seiner Beseitigung eine ausreichende spektrale Energiedichte bei der Larmor'schen Kernfrequenz aufweist.
    4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spule (5) aus einigen Windungen besteht, die in an sich bekannter Weise aus einem Generator (1) gespeist sind und von der Probe (2) durch ein Dielektrikum mit geringen Verlusten isoliert sind.
    5. Einrichtung nach den Ansprüchen i und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die rasche Unterbrechung des Orientierungsfeldes der ersten Spule (8) durch negative Polarisation beider Gitter einer Doppeltriode (19) bekannter Bauart ausgelöst wird, deren Anodenstrom die Stromstärke in der das Orientierungsfeld erzeugenden Spule (8) bestimmt, und dass diese Spule (8) nach der Unterbrechung erst dann mit dem Frequenzmesser (11) verbunden wird, bis die durch die Beseitigung des magnetischen Hilfsfeldes hervorgerufenen elektrischen Schwingungen aufgehört haben.
AT925059A 1958-12-23 1959-12-21 Einrichtung zum messen schwacher magnetischer Felder AT222749B (de)

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