<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
EMI1.2
<Desc/Clms Page number 2>
Erfindung betrifft Weiterbildungen des Verfahrens undmagnetischen Substanz ein Hilfsfeld benutzt wurde, dessen Stärke gleich dem Hundertfachen des zu messenden Feldes war, oder mehr).
Das Verfahren und die Vorrichtung nach dem Stammpatent sind wesentlich dadurch gekennzeichnet, dass entgegen der früheren Praxis, bei welcher die Anlegungsdauer des Hilfsmagnetfeldes wenigstens etwa 2 Sekunden betrug, das Hilfsfeld nur während einer erheblich kürzerendauer angelegt wird, welche in der Grössenordnung derLarmorperiode (d. h. des Kehrwertes derLarmorfrequenz) liegt, wobei diese Periode etwa 0. 5 msec in dem Erdfeld für Wasserstoffkeme (Protonen) beträgt, wobei diese Anlegung im'besonderen während einer Dauer erfolgt, welche etwas oder merklich grösser als ein Viertel dieser Periode ist.
Dank der Verkürzung der Anlegungsperiode des Hilfsfeldes auf einen Bruchteil einer msec (und nicht mehr auf eine Grösse in der Grössenordnung einer sec) gelingt es dem Stammpatent, die Dauer einer jeden Messung des Magnetfeldes zu verringern, d. h. die Wiederholungsfrequenz der Messungen zu vergrössern, derart, dass diese Frequenz fast vérdoppelt wird (die Periode der freien Präzession, während welcher die Präzessionsfrequenz bestimmt wird, betrug in der früheren Technik grössenordnungsmässig 2-3 sec).
Ferner wird in dem Stammpatent die Frequenz der freien Präzession mittels eines Frequenzmessers gemessen, welcher Einrichtungen zur Erzeugung eines Rechtecksignals, dessen Dauer gleich einer vorbestimmten ganzen Zahl vonLarmorperioden ist, und einen Zähler enthält, welcher (mit gleicher Wiederholungsfrequenz ausgesandte) Zeitimpulse während derDauer dieses Signals zählt, wobei die Zahl dieser Impulse zu der Stärke des zu messenden Magnetfeldes umgekehrt proportional ist.
Schliesslich beschreibt das Stammpatent eine vollständig elektronische Ausführungsform der Umschalt- vorrichtung, welche die die Probe umgebende Spule abwechselnd mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines nur in einer Richtung verlaufenden Stroms zur Erzeugung des Hilfsfeldes und mit dem mit dem Frequenzmesser verbundenen Verstärker zur Bestimmung der freien Präzessionsfrequenz verbindet, d. h. eine ultraschnelle Umschaltvorrichtung, welche die Wiederholungsfrequenz der Messungen vergrössert.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, die Wiederholungsfrequenz der Messungen durch Verringerung der Periode der freien Präzession noch weiter zu steigern, insbesondere des Zeitraums zwischen dem Ende der Periode der Bestimmung der freienPräzessionsfrequenz und dem Beginn der Anlegungsperiode des Hilfsfeldes für die nächste Magnetfeldmessung.
Bisher musste nämlich abgewartet werden, bis sich die eine freie Präzessionsbewegung ausführenden magnetischen Momente praktisch auf das zu messende Magnetfeld unter derEinwirkungderDämpfungdieserPräzessionausgerichtethaben, bevor das Hilfsfeld angelegt wird, wenn man (in der die Probe umgebenden Spule) mit Gewissheit eine genügend starke elektromotorische Kraft durch die freie Präzession der magnetischen Momente mit Atomkernen mit einem magnetischen Moment und einem kinetischen Moment, welche von null verschieden sind, erzeugen wollte, da die Amplitude dieser elektromotorischen Kraft, wenn im Augenblick der Anlegung des Hilfsfeldes die magnetischen Momente keine Zeit gehabthatten, sich auf das zu messende Feld auszurichten, von der Lage dieser Momente auf demPräzessionskegel abhängt,
wobei-die Amplitude in dem Verhältnis 1 : 2 schwanken konnte. was für eine genaue empfindliche Messung unzulässigst. Man musste daher mehrere sec (z. B. 2-3 sec) vor der neuen Anlegung des Hilfsfeldes warten. Trotz der Verbesserungen des Stammpatents dauerte so schliesslich jede Messung 2-3 sec, obwohl die Anlegungsperiode des Hilfsfeldes auf etwa eine msec herabgesetzt war.
Demgegenüber besteht das erfindungsgemässe Verfahren darin, dass systematisch die Anlegung des Hilfsmagnetfeldes für jeden Vorgang zur Messung des Magnetfeldes nach der Bestimmung der Frequenz des Präzessionssignals des vorhergehenden Messvorgangs begonnen wird, wenn die magnetischen Momente der Atomkerne der Probe mit einem von null verschiedenen magnetischen Moment und kinetischen Moment vor ihrer Ausrichtung auf das zu messende Magnetfeld eine genau bestimmte und konstante Lage auf dem Präzessionskegel einnehmen, d. h. für einen gewissen Phasenwinkel der durch die Präzession dieser ma- gnetischen Momente induzierten elektromotorischen Kraft, wobei diese Lage und der Winkel etwa der grössten Amplitude des Präzessionssignals entsprechen.
Ferner enthält erfindungsgemäss die Einrichtung zur Ausübung des obigen Verfahrens Einrichtungen, welche aus dem in demFrequenzmesser erzeugtenRechtecksignal, dessenDauer gleich einer vorbestimmten ganzen Zahl von Larmorperioden ist, einen Impuls ableiten, welcher zu einer Stirn (der vorderen oder vorzugsweise der hinteren Stirn) des Signals, d. h. zu dem Beginn oder vorzugsweise zu dem Ende dieses Signals, synchron ist, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, welche diesen Impuls um eine konstante, aber einstellbare Dauer verzögern (welche gegebenenfalls kleiner als eineLarmorperiode ist), wobei ferner Ein- richtungen vorgesehen sind, welche durch den verzögerten Impuls den in einer Richtung verlaufenden Strom auslösen, welcher in der die Probe umgebenden Spule das Hilfsmagnetfeld erzeugt.
Die Vorrichtung kann insbesondereeineDifferentiierschaltung, welche aus dem Ende desRechtecksi - gnals einen Impuls ableitet, und eine Verzögerungsschaltung enthalten, welche vorzugsweise durch einen
<Desc/Clms Page number 3>
monostabilen Multivibrator mit einstellbarer Verzögerung gebildet wird. welcher den Impuls um eine kon- stante, aber einstellbareDauer verzögert, wobei der verzögerte Impuls an die erwähnte Umschaltvorrichtung angelegt wird, um die Spule an die Vorrichtung zur Erzeugung des nur in einer Richtung verlaufenden Stroms anzuschliessen.
Die Erfindung betrifft im besonderen eine Anwendung der Erfindung auf Magnetometer zur Messung des magnetischen Erdfeldes und seiner Änderungen, z. B. zur Bodenerforschung.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Messung schwacher Magnetfelder durch Kerninduktion.
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Einrichtungen, welche aus dem in dem Frequenzmesser erzeugten Rechtecksignal den die Umschaltvorrichtung steuernden Impuls ableiten. wobei Fig. 2 im einzelnen eine Ausführungsform der in Fig. l durch ein gestricheltes Rechteck eingerahmten Unteranordnung zeigt.
Fig. 3 zeigt die in den verschiedenen Einheiten der Fig. l und 2 auftretenden Wellenformen und Impulse.
Fig. 4 zeigt die Wellenformen und Impulse einer Vorrichtung zur Messung von Magnetfeldern nach dem Stammpatent, wenn man vor Beginn eines jeden neuen Messvorgangs die magnetischen Felder sich auf das zu messende Feld ausrichten lässt.
Fig. 5 zeigt die Wellenformen und Impulse bei einer Vorrichtung zur Messung von Magnetfeldern nach dem Stammpatent, wenn man die magnetischen Momente sich nicht auf das zu messende Feld ausrichten lässt, d. h. wenn der neue Messvorgang begonnen wird, wenn diese magnetischen Momente eine beliebige Stellung auf dem Präzessionskegel haben.
Fig. 6 zeigt die Wellenformen und Impulse einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Messung von Ma- gnetfeldern, bei welcher man die magnetischen Momente sich nicht auf das zu messende Feld ausrichten
EMI3.1
lung, u. zw. stets die gleiche, auf dem Präzessionskegel einnehmen.
Fig. l zeigt ein Blockschaltbild eines mit Kerninduktion arbeitenden und erfindungsgemäss verbesserten Magnetometers nach dem Stammpatent, an dessen Aufbau zunächst erinnert sei.
Das Magnetometer enthält : - einen Behälter l, welcher eine Probe oder Lösung 2 enthält, welche durch ein Lösungsmittel (insbesondere Wasser) gebildet wird, welches Atomkerne (insbesondere Protonen) mit einem magnetischen Moment und einem kinetischen Moment enthält, welche von null verschieden sind, sowie durch eine paramagnetische Substanz mit Hyperfeinstruktur des festen oder gebundenen Typus, welche in einem Magnet-
EMI3.2
- eine Spule 3 mit einer sehr kleinen Windungszahl (z.
B. eine oder zwei Windungen), welche in die Probe 2 eintaucht und mit einer Hochfrequenzspannung mit der Elektronenresonanzfrequenz -der paramagnetischen Substanz in dem zu messenden Feld (insbesondere etwa 55 MHz in dem Fall einer in das magnetische Erdfeld gebrachten wässerigen Lösung von Kaliumnitrosodisulfonat) durch einen Hochfrequenzgenerator 4 gespeist wird, welcher mit dieser Frequenz arbeitet (insbesondere 55 MHz), einen Drehkondensator 5 zur Einstellung der Abstimmfrequenz desResonanzkreises 3-5 auf die Hochfrequenz der Elektronenresonanz ; - eine Spule 6 mit einer grossen Windungszahl (z.
B. etwa tausend Windungen), welche den Behälter 1 umgibt und so angeordnet ist, dass ihre Achse mit der Achse der Spule 3 und der Richtung des zu messenden Magnetfeldes ein Triedermit etwa drei rechten Winkeln bildet ; - eine Umschaltvorrichtung 7, welche gestattet, dass an die Klemmen der Spule 6 angeschlossene Koaxialkabel 8 abwechselnd mit dem Leiter 9, welcher durch einen Generator 10 mit einer in einer Richtung verlaufendenspannung gespeist wird (welche mittels der Spule 6 das etwa zu der Richtung deszu messenden Magnetfeldes senkrechte Hilfsfeld erzeugen kann), und mit dem Koaxialkabel 11 zu verbinden, welches gestattet,
einer Vorverstärker-und Verstärkeranordnung 12 die elektromotorische Kraft mit der Kernresonanzfrequenz (oder der zu der Stärke des zu messenden Magnetfeldes genau proportionalen Larmorfrequenz) zuzuführen, welche in der Spule 6 durch die freie Präzession der Atomkerne nach der plötzlichen Aufhebung des Hilfsfeldes erzeugt wird (unter plötzlicher Aufhebung ist eine Aufhebung verstanden, welche in einem Zeitraum erfolgt, welcher kleiner als die Dauer der Larmorperiode in dem zu messenden Feld ist, d. h. etwa 0, 5 msec bei Messung eines magnetischen Erdfeldes mit Protonen als Atomkernen) ;
- einen Frequenzmesser 13. welchem über einen Leiter 14 die in der Anordnung 12 verstärkte elektro-
<Desc/Clms Page number 4>
motorische Kraft zugeführt wird, und welcher ein"Vorzählsignal"genanntes Rechtecksignal liefern kann, dessen Dauer gleich einer vorbestimmten ganzen Zahl von Larmorperioden ist (wobei diese Zahl übrigens bei gewissen Magnetometern mit mehreren Genauigkeitsbereichen einstellbar sein kann, da die Genauigkeit mit dieser Zahl zunimmt), und einen Zähler zur Zählung der Zahl von mit einer konstanten Frequenz von einem (in den Zähler eingebauten) Zeitgeber ausgesandten Zeitimpulsen während der Dauer des Vorzählsignals, wobei die Zahl der gezählten Zeitgeberimpulse zu der Dauer des Vorzählsignals proportional. d. h. umgekehrt proportional zu der Larmorfrequenz und somit der Stärke des zu messenden Magnetfeldes ist ;
- und Einrichtungen zur Programmierung der Umschaltung des Umschalters 7.
Bei den in dem Stammpatent beschriebenen Ausführungsformen wurde die Umschaltvorrichtung so betätigt, dass sie während einer vorbestimmten Dauer (in der Grössenordnung einer msec) den Leiter 9 mit dem Koaxialkabel 8 und hierauf während einer ebenfalls konstanten Dauer in der Grössenordnung von 2- 3 sec oder mehr das Koaxialkabel 8 mit dem Koaxialkabel 11 verbindet, wobei diese letztere Dauer so
EMI4.1
gnetfeld sicherzustellen.
Erfindungsgemäss wird nun das Verfahren so abgeändert. dass systematisch die Anlegung des Hilfsmagnetfeldes (d, h. die Speisung der Spule 6 durch Anschaltung an den Generator 10) für jeden Vorgang zur Messung desMagnetfeldesnachBestimmung der Frequenz desPräzessionssignals (durch den Frequenzmesser 13) des vorhergehenden Messvorgangs begonnen wird, wenn die magnetischen Momente der Atomkerne der Flüssigkeit 2 vor der Ausrichtung auf das zu messende Magnetfeld eine genau bestimmte und konstante Stel - lung auf dem Präzessionskegel einnehmen, d. h. für einen bestimmten Phasenwinkel der in der Spule 6 durch die Präzession dieser magnetischen Momente induzierten elektromotorischen Kraft, wobei diese Stellung und dieser Winkel etwa der grössten Amplitude des Präzessionssignals entsprechen.
Hiefür enthält die erfindungsgemässe Vorrichtung eine Unteranordnung B (für welche eine bevorzugte Ausführungsform im einzelnen in Fig. 2 dargestellt ist) mit Einrichtungen 15, 16, welche aus'dem in dem Frequenzmesser 13 erzeugten rechteckigen Vorzählsignal a mit einer Dauer, welche gleich einer vorbestimmten ganzenzahl vonlarmorperioden ist, einenlmpuls b ableiten, welcher zu dem Beginn oder vorzugsweise zu dem Ende dieses Vorzählsignais a synchron ist, wobei Einrichtungen 17 vorgesehen sind, wel- che diesen Impuls b um eine geringe konstante, aber einstellbare Dauer (welche kleiner als die Dauer einer Larmorperiode sein kann) verzögern, sowie Einrichtungen 18, 19, welche durch Betätigung der Umschaltvorrichtung 7 (durch einen Impuls g)
durch den verzögerten Impuls c den nur in einer Richtung verlaufenden Strom auslösen, welcher in der den Behälter 1 umgebenden Spule 6 das Hilfsmagnetfeld erzeugt. Ferner werden zweckmässig Einrichtungen 20 zur Inbetriebnahme vorgesehen, d. h. zur ersten Anlegung des nur in einer Richtung verlaufenden Stroms zur Erzeugung des Hilfsmagnetfeldes mittels der Spule 6.
Die Unteranordnung B kann insbesondere eine Trennstufe in Kathodenfolgeschaltung oder Emitterfolgeschaltung 15 enthalten, welche das Signal a in ein Signal f genau bestimmter Polarität, Form und Amplitude umwandelt, sowie eineDifferentiierschaltung 16 (z. B. mit Kondensator und Widerstand), welche aus dem Ende des Signals a nach seiner Umwandlung in f in derTrennstufe 15 einenImpuls b ableitet. und eine Verzögerungsschaltung 17, welche zweckmässig als monostabiler Multivibrator ausgebildet ist. welcher zum Übergang aus seinem ersten stabilen Zustand in seinen zweiten labilen Zustand durch einen von der Differentiierschaltung 16 kommenden Impuls b oder durch einen Impuls d ausgelöst wird, welcher in den Einrichtungen 20 zu Beginn des Vorgangs willkürlich erzeugt wird.
wobei der Multivibrator in seinem zweiten Zustand während einer geringen konstanten, aber einstellbaren Dauer bleibt, bevor er in seinen ersten stabilen Zustand zurückkehrt, so dass die Verzögerungsschaltung 17 einen verzögerten Spannungssprung oder Impuls c erzeugt, welcher nach Umkehrung der Polarität in einer Schaltung 18 als Sprung oder Impuls e an einen Eingangsumschaltkreis 19 angelegt wird, welcher durch den Impuls g die Umschaltvorrichtung 7 zur Anschaltung der Spule 6 an den Generator 10 steuert.
Ein bevorzugtes, keine Beschränkung darstellendes Ausführungsbeispiel der Unteranordnung B ist in Fig. 2 dargestellt.
Das rechteckige Vorzählsignal a, welches z. B. einnegatives Rechtecksignal von-7 V ist, dessen Breite durch die'gewünschte Zähldauer der Zeitgeberimpulse festgelegt ist, beaufschlagt die Basis 21 eines Transistors 22 (z. B. des Typs SFT 228), welcher in Emitterfolgeschaltung geschaltet ist (diese Schaltung für Transistoren ist der KathodenfolgeschalÌt1ng bei Trioden gleichwertig). Der Kollektor 23 des Transistors 22 wird auf-12 V gehalten, während der Emitter24über einen Widerstand 25 (von 820 Ohm) mit dem Körper verbunden ist.
Man erhält so an dem Emitter 24 ein Signal, welches nach Durchgang durch die Diode 26 in der Schaltung 16 mit dem Kondensator 27 (von 0, 22 Mikrofarad) und dem Widerstand 28 (von 1. 2 Kiloohm) differentiert wird.
<Desc/Clms Page number 5>
Der dem Ende des Vorzählsignals a entsprechende positive Impuls (b in Fig. l) beaufschlagt den Kollektor 29 eines Transistors 30 (welcher mit dem Transistor 31 zu einem monostabilen Multivibrator zusammengeschaltet ist). Dieser Transistor 30 (welcher z. B. ein Transistor des Typs OC 170 ist) kippt aus seinem gesperrten Zustand in seinen gesättigten Zustand. Dieses Kippen bewirkt die Sperrung des identischen Transistors 31. Nach einer übrigens sehr kurzen Dauer, welche grössenordnungsmässig einen Bruchteil einer msec betragen kann und durch den eingestellten Wert des veränderlichen Widerstands 32 (Höchstwert 22 Kiloohm) in Reihe mit dem festen Widerstand 33 (ebenfalls 22 Kiloohm) sowie durch den Wert des festen Kondensators 34 (von 0, 5 Mikrofarad) bestimmt wird, kippt der Transistor 31 von neuem in den gesättigten Zustand.
Gleichzeitig kehrt der Transistor 30 in seinen Ursprungszustand zurück, d. h. in den Sperrzustand.
Der Kollektor 29 des Transistors 30 ist mit einer Klemme von-24 V über den Widerstand 28 (von 1, 2 Kiloohm) verbunden, während der Kollektor des Transistors 31 an diese Klemme - 24 V über einen Widerstand 35 (von 1 Kiloohm) angeschlossen ist. Die beiden Emitter 36 und 37 der Transistoren 30 und 31 werden durch einen Transistor 38 gespeist, welcher die Wirkung und den Zweck hat, die Kippgeschwindigkeit der Transistoren 30 und 31 zu beschleunigen.
Der monostabile Multivibrator 17 liefert ein negatives, zwischen-24 V und-18 V liegendes Rechtecksignal (c in Fig. 1). welches die Basis 39 eines Transistors 40 über einen Widerstand 61 (von 10 Kiloohm) beaufschlagt. Der Transistor 40 kehrt das von dem monostabilen Multivibrator ausgesandte Signal um und erzeugt so ein positives Signal (Signal e der Fig. l).
Der Kollektor 41 des Transistors 40 ist mit einer Klemme mit-20 oder-24 V über zwei in Reihe geschaltete Widerstände 42 und 43 (von 2, 2 bzw. 2, 7 Kiloohm) verbunden. -Ein zwischen -10 Vund 0 V lie- gendes Rechtecksignal ist bei 44 zwischen den Widerständen 42 und 43 verfügbar (dies ist das Signal e der Fig. l).
Dieses positive Signal wird an den Eingang der Umschaltanordnung 19 angelegt, insbesondere zur Bestimmung des Beginns der Anlegung der nur in einer Richtung verlaufenden Spannung, welche in der Spule 6 das Hilfsfeld erzeugt. Tatsächlich kann das an demPunkt 44 verfügbare Rechtecksignal für zwei Funktionen benutzt werden, indem man es an zwei nicht dargestellte monostabile Multivibratoren anlegt.
Ein dem Beginn diesesRechtecksignals entsprechender positiver Impuls wird über einen Kondensator 45 und eine Di - ode46 an einen ersten monostabilen Multivibrator angelegt, welcher ein Relais in der Umschaltvorrichtung 7 steuert, während ein demEnde diesesRechtecksignals entsprechender negativer Impuls über den Konden- sator 47 an einen zweiten monostabilen Multivibrator angelegt wird, welcher den Impuls g (Fig. 1) erzeugt, welcher den Hilfsfeldimpuls h (welcher weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert ist) steuert.
Schliesslich enthält eine handbetätigte Vorrichtung 20 einen Kondensator 48 (von 0. 1 Mikrofarad). dessen eine Belegung mit der Basis 49 des Transistors 30 verbunden ist, während seine andere, normalerweise über einen Widerstand 50 an den Körper gelegte Belegung durch die Schliessung des Schalter 51 von Hand auf ein Potential von -17 V gebracht werden kann, welches an dem Punkt 52 verfügbar ist, welcher durch zwei gleiche Widerstände 53 (von je 10 Kiloohm) einerseits mit dem Körper und anderseits mit einer Klemme von-34 V verbunden ist. Bei Schliessung des Schalter 51 gelangt ein negativer Impuls d an die Basis 49 des Transistors 30, welcher gesättigt wird und das gleiche Arbeitsspiel wie bei der selbsttätigen Betätigung mittels des Rechtecksignals a erzeugt.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäss Fig. l und 2 wird durch Fig. 3 verdeutlicht, in welcher einige der in der Vorrichtung verwendeten Signale dargestellt sind (die Polaritäten der Signale oder Impulse sind im allgemeinen in Fig. l. und 2 einerseits und 3 anderseits verschieden).
Die an dem Ausgang der Vorverstärker- und Verstärkeranordnung 12 verfügbare Wechselspannung mit derLarmorfrequenz hat einen gedämpften Verlauf. Wie in dem Stammpatent angegeben. muss das Ende der ersten Übergangsperiode (Schwingungen s) vor Beginn der Zählung abgewartet werden.
Das Vorzählsignal a beginntdahererstetwas nach dem Ende h der nur in einer Richtung verlaufenden Spannung zur Erzeugung des Hilfsfeldes.
EMI5.1
welche auf die Schwingungen s am Ausgang der Vorverstärker- und Verstärkeranordnung 12 folgen, beginnt das Vorzählsignal a. wenneineschwingung s durch null geht, und hört eine gewisse Zahl von Perioden spä- ter auf, d. h. ebentalls, wenn eine Schwingung s durch null geht (d. h. wenn die magnetischen Momente der Atomkerne in dem Behälter 1 zu der Achse der Spule 6 parallel sind).
Das Ende des Vorzählsignals a erzeugt den Impuls b, welcher seinerseits den Impuls g erzeugt, wel- cherumr inbezugaufbverzögert ist, wobei r einstellbar ist. Der Impuls g erzeugt den Beginn des Impulses der nur in einer Richtung verlaufenden Spannung zur Erzeugung des Hilfsfeldes in der Spule 6, worauf sich ein neuer Messvorgang ergibt.
<Desc/Clms Page number 6>
Nachstehend sind nun unter Bezugnahme auf Fig. 4-6 die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens und der erfindungsgemässen Vorrichtung gegenüber dem Verfahren und der Vorrichtung gemäss dem Stammpatent beschrieben, wobei die Bezugszeichen der Fig. 3 auch in Fig. 4-6 verwendet sind.
Fig. 4 entspricht dem Fall einer Vorrichtung gemäss demStammpatent, bei welcher man sich die magnetischen Momente auf das zu messende Magnetfeld am Ende eines jeden Messvorgangs ausrichten lässt, bevor das Hilfsmagnetfeld von neuem angelegt wird. Es werden dann am Ende h des Impulses der nur in einer Richtung verlaufenden Spannung zur Erzeugung des Hilfsfeldes am Ausgang der Vorverstärker- und Verstärkeranordnung 12, wenn die Umschaltvorrichtung 7 die Spule 6 mit dieser Vorverstärker- und Verstärkeranordnung verbindet, zunächst Schwingungen s und hierauf während der Dauer des Vorzählsignals a Schwingungen s erzeugt, wobei das Signal a eine Dauer hat, welche gleich einer konstanten Zahl derartiger Schwingungen s ist.
Nach dem Ende des Vorzählsignals a wird gewartet. bis die nächsten Schwingungen s soweit gedämpft sind. dass sich die magnetischen Momente der Atomkerne wieder auf das zu messende Magnetfeld ausgerichtet haben, bevor eine neue nur in einer Richtung verlaufende Spannung zur Erzeugung des Hilfsfeldes angelegt wird. Es werden Schwingungen s mit einer von einer Messung zur andern reproduzierbaren Amplitude erhalten, der Zeitraum zwischen zwei Messungen beträgt jedoch 2 - 3
EMI6.1
Staml11patenteinemsec), die zweite Periode der freien Präzession muss jedoch so gross sein, dass sie die Wiederausrichtung der magnetischen Momente auf das zu messende Feld ermöglicht.
Wenn man dagegen versucht, wie bei dem Vorgehen der Fig. 5, das Hilfsfeld vor der vollständigen Ausrichtung der magnetischen Momente auf das Hilfsfeld wieder anzulegen, stellt man fest, dass die Nutzpräzessionssignale s der Amplitude nach bei den aufeinanderfolgenden Messungen ungleich werden, da diese Amplitude von der Stellung abhängt, welche die magnetischen Kernmomente der Probe 2 bei Anlegung des Hilfsfeldes einnehmen. Diese Amplitudenänderung bewirkt eine Abnahme der Genauigkeit, so dass die Betriebsweise gemäss Fig. 5 unzulässig ist, wenn eine gewisse Genauigkeit gewünscht wird.
Demgegenüber geht aus Fig. 6 hervor, dass die erfindungsgemässe Arbeitsweise sehr interessant ist, da sie die Vorteile der Arbeitsweise gemäss Fig. 4 (konstante Amplitude der Signale s während aufeinanderfolgenderMessvorgänge, dadiemanetischeKernmomentederProbe2imAngenblickderAnlegungdesHilfsfeldes stets die gleiche Lage auf dem Präzessionskegel haben, welche durch Einstellung der Verzögerung r gewählt werden kann) mit der Schnelligkeit der Messung der Arbeitsweise der Fig. 5 kombiniert (da die vollständige Wiederausrichtung der magnetischen Momente auf die Richtung des zu messenden Feldes nicht abgewartet zu werden braucht).
Praktisch wird zu Beginn eines jeden Messzyklus durch Verstellung des regelbaren Widerstandes 32 der Fig. 2 die Verzögerung r so eingestellt, dass Signale oder Schwingungen s mit der grössten Amplitude erhalten werden.
Es ist zu bemerken, dass sich an dem Ende des Vorzählsignals a die magnetischen Momente stets in einer genau bestimmten Lage befinden, nämlich der, in welcher sie zu der Achse der Spule 6 parallel sind, so dass nach einer konstanten aber einstellbaren Zeit r diese magnetischen Momente stets die gleiche Stellung auf dem Präzessionskegel einnehmen, welche von r abhängt. Die Einstellung von r gestattet somit, die stets gleiche Lage der magnetischen Kernmomente auf dem Präzessionskegel im Augenblick der An- legung des Hilfsfeldes zu wählen, was der Grund dafür ist, dass man von einem Messvorgang zum andern reproduzierbare Signale der freien Präzession erhält.
Die obige Vorrichtung arbeitet ausgezeichnet mit einem Hilfsfeld mit einer Stärke von 1 Gauss, wenn das magnetische Erdfeld von etwa 0. 5 Gauss gemessen wird, wenn die Anlegungsdauer des Hilfsfeldes 0, 1 msec beträgt, und wenn die Gesamtdauer eines jeden Vorgangs zur Messung des Magnetfeldes 0. 2 sec be- trägt, was eine Messfrequenz von fünf Messungen in der sec ermöglicht.
Die Erfindung bietet gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen zahlreiche Vorteile, insbesondere folgende :
Sie ermöglicht zunächst die Vornahme von Messungen von schwachen Magnetfeldern, insbesondere des magnetischen Erdfeldes, mit einer sehr grossen Genauigkeit.
DieDauer einer jeden Messung kann auf einen Bruchteil einer sec herabgesetzt werden, was die Vornahme mehrerer Messungen je sec gestattet, was besonders interessant ist, wenn es sich um die magnetische Bodenerforschung mittels eines in einFlugzeug eingebauten Magnetometers handelt. da die Geschwindigkeit des Transportflugzeugs (wenn es sich nicht um einen Hubschrauber handelt) nicht unter einen bestimmten Grenzwert verringert werden kann.
Die Empfindlichkeit und die Genauigkeit der Messung des Magnetfeldes sind zeitlich konstant.
Die zur Anlegung des Hilfsfeldes erforderliche Apparatur ist sehr gering, da ein Hilfsmagnetfeld in der
<Desc/Clms Page number 7>
Grössenordnung des Doppelten des zu messenden Magnetfeldes genügt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Messung der Stärke von schwachen Magnetfeldern, insbesondere des magnetischen
Erdfeldes, durch Kerninduktion, wobei für jeden Messvorgang in einem ersten Zeitabschnitt ein Hilfsma- gnetfeld, dessen Stärke nur wenig grösser als die des zu messenden Feldes ist, eine paramagnetische Substanz (bei welcher beiSättigung einer ihrer Elektronenresonanzlinien derOverhauser-Abragam-Effekt auf- tritt), welche in einer Probe mit Atomkernen gelöst ist, welche ein kinetisches Moment und ein magne- tisches Moment haben, welche von null verschieden sind, und ein elektromagnetisches Feld zur Sättigung einer derartigen Elektronenresonanzlinie benutzt werden,
um in einem zweiten Zeitabschnitt die freie
Präzession der Atomkerne um das zu messende Magnetfeld mit einer zu der Stärke des zu messenden Magnetfeldes proportionalen Frequenz zu erzeugen, nach Patent Nr. 230 645, dadurch gekennzeichnet, dass systematisch die Anlegung des Hilfsmagnetfeldes für jeden Vorgang zur Messung des Magnetfeldes nach der
Bestimmung der Frequenz des Präzessionssignals des vorhergehenden Messvorgangs begonnen wird, wenn die magnetischen Momente der Atomkerne der Probe mit einem magnetischen Moment und einem kinetischen
Moment, welche von null verschieden sind, vor ihrer Ausrichtung auf das zu messende Magnetfeld eine genau bestimmte und konstante Stellung auf dem Präzessionskegel einnehmen, d. h.
für einen bestimmten
PhasenwinkelderdurchdiePräzession dieser magnetischen Momente induzierten elektromotorischen Kraft, wobei diese Stellung und der Winkel etwa der grössten Amplitude des Präzessionssignals entsprechen.