BE862537A - Dispositif de detection de resonance magnetique nucleaire - Google Patents

Description

  "Dispositif de détection de résonance magnétique nucléaire" La présente invention concerne la génération et la détection d'une résonance magnétique nucléaire. Plus particulièrement, la présente invention concerne l'application de la résonance magnétique nucléaire à un gyroscope.

  
Dans la technique antérieure, il a été proposé à plusieurs reprises de mettre en oeuvre le principe fondamental d'un gyroscope à résonance magnétique nucléaire. En général, ces propositions utilisent un oscillateur commandé par résonance magnétique nucléaire et tirent une information de rotation des phases des signaux de précession de Larmor d'un moment nucléaire par un circuit convenable de comparaison de phase et de commande du champ magnétique.

  
En général, ces dispositifs présentent des inconvénients importants qui entravent la mise au point d'un instrument utile. Par exemple, ces dispositifs ont été limités par les durées de relaxation relativement courtes des gaz qui ont été utilisées. Egalement, le puissant couplage direct entre ces gaz et la lumière qui est utilisée comme moyen d'alignement ou de détection du moment magnétique, peut limiter à la fois les durées de relaxation et le rapport signal/bruit et, par conséquent, peut aussi limiter l'utilité potentielle de ces instruments.

  
Le présent mémoire décrit un gyroscope à résonance

  
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fonctionne en se basant sur le principe de la mesure d'une vitesse angulaire inertielle ou d'un déplacement angulaire autour d'un axe sensible de l'appareil, sous la forme, respectivement, d'une variation de la fréquence ou de la phase d'une précession de Larmor de un ou plusieurs isotopes qui possèdent des moments magnétiques nucléaires. Ce gyroscope est constitué par un capteur de rotation angulaire et un appareillage électronique associé. Les principaux éléments de ce capteur sont une source de lumière, une cellule à résonance magnétique nucléaire, un détecteur photosensible, une série d'écrans magnétiques et une série d'enroulements engendrant des champs magnétiques.

   Les principaux éléments de l'appareillage électro-nique sont des circuits de traitement des signaux pour extraire les informations concernant la fréquence et la phase de la précession de Larmor, ainsi que des circuits pour produire et commander divers champs magnétiques, aussi bien stationnaires

  
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cessaires à un bon fonctionnement de l'appareil.

  
La cellule à résonance magnétique nucléaire est montée à l'intérieur d'un groupe d'écrans magnétiques pour affaiblir les champs magnétiques extérieurs jusqu'à de bas niveaux acceptables. Des bobines produisant des champs sont utilisées pour appliquer des champs magnétiques très uniformes à la cellule à résonance magnétique nucléaire. Un champ stationnaire et un champ magnétique alternatif à fréquence porteuse sont appliqués suivant l'axe sensible de l'appareil et des champs magnétiques alternatifs de réinjection sont appliqués suivant un des axes orthogonaux ou transversaux. Les champs magnétiques stationnaires appliqués le long de ces deux axes transversaux sont réglés de façon à être pratiquement nuls.

   La cellule à résonance magnétique nucléaire contient une vapeur de métal alcalin, tel que du rubidium, associé à deux isotopes de un ou plusieurs gaz rares tels que le krypton 83 et le xénon 129. La cellule peut aussi contenir un gaz tampon tel que l'hélium.

  
La cellule à résonance magnétique nucléaire peut être éclairée par un faisceau de lumière polarisée circulairement émis par une source telle qu'une lampe au rubidium et qui traverse la cellule sous un angle déterminé par rapport au champ magnétique constant. L'absorption d'une fraction de cette lumière provoque un alignement partiel des moments magnétiques atomiques des atomes de rubidium dans la direction du champ magnétique stationnaire. Cet alignement est transmis en partie aux moments magnétiques nucléaires des gaz. rares 3t ces moments sont amenés à précessionner autour de la direction du champ magnétiques stationnaire, ce qui à son tour crée des champs magnétiques qui tournent à des vitesses correspondant aux fréquences respectives de précession de Larmor des deux gaz rares.

   Ces champs tournants modulent les mouvements de pré-cession des moments magnétiques du rubidium, qui produisent à leur tour des modulations correspondantes de la lumière transmise, donnant ainsi la possibilité de mesurer optiquement les fréquences de précession de Larmor des deux gaz rares.

  
Les modulations de l'intensité de la lumière sont converties en signaux électriques par un détecteur photosensible et ces signaux sont ensuite démodulés et filtrés électroniquement pour produire des signaux aux fréquences de précession de Larmor des deux gaz rares. La différence entre les deux fréquences de précession est utilisée pour régler avec précision le champ magnétique stationnaire de façon qu'il soit constant. Une des fréquences de précession de gaz rare est comparée à une fréquence de référence définie avec précision et la différence des pulsations w(w=2nf) correspondant à l'écart f entre ces deux fréquences est la vitesse angulaire de rotation du gyroscope.

  
Les deux signaux de précession de gaz rare détectés sont aussi utilisés pour produire deux champs magnétiques alternatifs de réinjection aux fréquences de précession de Larmor des gaz rares et ceux-ci sont responsables de l'entretien de la précession des moments magnétiques nucléaires des gaz rares. L'utilisation d'un champ magnétique alternatif à fréquence porteuse facilite la détection optique des moments de précession des gaz rares et fournit également des moyens de commande des champs magnétiques à courant continu suivant les deux axes transversaux du gyroscope.

  
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éléments pour l'alignement simultané des moments magnétiques nucléaires d'au moins deux gaz avec un moment magnétique nucléaire, constituant ainsi un dispositif d'alignement des moments magnétiques nucléaires; des éléments pour réaliser une précession entretenue de ces moments, constituant ainsi un oscillateur à résonance magnétique nucléaire capable d'exécuter des oscillations entretenues ; des éléments pour la détection optique desdits-moments nucléaires qui précessionnent, constituant ainsi un dispositif de détection d'une résonance magné-tique nucléaire ; des éléments pour réguler avec précision

  
le champ magnétique intérieur de l'appareil et des éléments pour la mesure précise de la fréquence ou de la phase des signaux détectés de précession du moment nucléaire d'au moins un des gaz à moment nucléaire pour réaliser une mesure de la vitesse de rotation angulaire ou du déplacement angulaire, respectivement, de l'appareil par rapport à l'espace inertiel, constituant ainsi un gyroscope à résonance magnétique nucléaire.

  
Plus particulièrement, un champ magnétique stationnaire est appliqué à une cellule à résonance magnétique nucléaire qui est à peu près complètement protégée vis-à-vis des autres champs magnétiques stationnaires. La cellule à résonance magnétique nucléaire contient une substance on phase gazeuse qui possède un moment magnétique qui peut être aligné par pompage optique, en même temps qu'un ou plusieurs gaz additionnels dont chacun possède un moment magnétique nucléaire. La cellule à résonance magnétique nucléaire est éclairée par une lumière de pompage optique qui a une composante de direction parallèle à la direction du champ magnétique stationnaire et qui a une longueur d'onde appropriée pour être absorbée par la substance optiquement pompable, et aligner partiellement les moments magnétiques de cette substance.

   Les moments magnétiques des gaz à moment nucléaire sont amenés à s'aligner et

  
à précessionner à leurs fréquences de précession de Larmor respectives autour de la direction du champ magnétique stationnaire. Un champ magnétique alternatif à une fréquence porteuse appropriée est aussi appliqué à la cellule à résonance magnétique nucléaire et cette cellule est éclairée par la lumière soumise à la détection qui a une composante de direction orthogonale à la direction du champ magnétique alternatif à fréquence porteuse et qui a une longueur d'onde à peu près égale à celle du rayonnement de pompage optique. L'intensité de la partie du rayonnement de détection qui est transmise par la cellule est modulée en conformité avec la totalité des champs magnétiques présents dans la cellule, y compris les champs magnétiques qui sont produits par la pré-cession de moments magnétiques nucléaires.

   Ces modulations de l'intensité du rayonnement transmis sont détectées par un détecteur photosensible, et ensuite démodulées électroniquement pour obtenir des signaux aux fréquences de précession de Larmor des gaz à moment nucléaire.

  
Dans un mode d'exécution, l'alignement des moments nucléaires magnétiques de chaque gaz à moment nucléaire est réalisé par des interactions résultant de collisions entre les atomes de la substance servant au pompage optique et les atomes du gaz ou des gaz à moment nucléaire. La précession entretenue des moments magnétiques nucléaires de chaque gaz

  
à moment nucléaire est réalisée par l'application d'un champ magnétique alternatif de réinjection à la fréquence de précession de Larmor du gaz à moment nucléaire, dans une direction qui est orthogonale à celle du champ magnétique stationnaire. Le champ magnétique alternatif à fréquence porteuse est appliqué avec une fréquence à peu près égale à la fréquence de précession de Larmor de la substance utilisée pour le pompage optique et dans une direction qui est à peu près parallèle à celle du champ magnétique stationnaire, ce qui permet de faire fonctionner l'appareil à des valeurs plus élevées de l'intensité du champ magnétique stationnaire et avec des valeurs augmentées en conséquence des fréquences de précession de Larmor pour les gaz à moment nucléaire.

  
Dans la forme de réalisation préférée une substance utilisable pour le pompage optique telle qu'une vapeur de métal alcalin est placée dans une cellule à résonance magnétique nucléaire en même temps que deux gaz rares et les moments nucléaires magnétiques de ces deux gaz sont alignés en même temps par des interactions dues à des collisions entre les atomes du métal alcalin et les atomes des deux gaz rares. Dans cette forme de réalisation préférée de l'invention, le métal alcalin est du rubidium et les gaz rares sont du krypton-83 et du xénon-129.

  
Une autre caractéristique de l'invention fait intervenir l'utilisation d'un gaz tampon en quantités importantes dans la cellule à résonance magnétique nucléaire.

  
Selon une troisième caractéristique de l'invention, l'intensité du champ magnétique stationnaire est maintenue constante par une commande par réinjection de ce.champ de telle manière que la différence entre les fréquences de précession de Larmor des deux gaz rares dans la cellule à résonance magnétique nucléaire est maintenue égale à une valeur constante prédéterminée.

  
Selon une quatrième caractéristique de l'invention, une des fréquences de précession de Larmor est comparée à une fréquence de référence déterminée avec précision et la différence entre ces fréquences est utilisée pour servir de mesure du déplacement angulaire ou de la vitesse angulaire de l'appareil par rapport à la direction du champ magnétique stationnaire.

  
L'invention concerne un gyroscope à résonance magnétique nucléaire en utilisant des gaz à moment nucléaire ayant de longues durées de relaxation, et présentant les caractéristiques ci-après : il comporte un dispositif d'alignement des moments magnétiques nucléaires et de production d'une résonance magnétique nucléaire dans ces gaz ; il comporte un dispositif de mesure des fréquences de précession de Larmor de ces gaz ainsi qu'un dispositif de mesure et de réglage du champ magnétique intérieur faisant partie de l'environnement du gyroscope.

  
Un gyroscope à résonance magnétique nucléaire repose sur le principe suivant : on mesure une vitesse angulaire de rotation sous la forme d'un changement dans la fréquence de précession de Larmor d'une ou plusieurs espèces chimiques qui possèdent des moments magnétiques nucléaires.

  
De nombreux isotopes (en général ceux ayant un nombre de masse atomique impair) ont un moment cinétique propre (spin) associé au noyau. Un moment magnétique parallèle

  
à ce spin nucléaire est toujours associé à ce dernier. Le rapport entre le moment magnétique nucléaire et le spin nucléaire est une constante }{ , dénommée "rapport gyromagnétique" qui a une valeur particulière pour chaque type d'isotope. 

  
Si un atome avec un moment magnétique nucléaire est placé dans un champ magnétique, avec une orientation autre que le parallélisme avec la direction de ce champ, ce moment .magnétique précessionnera' par rapport à la direction de ce champ avec une pulsation, ou fréquence angulaire eu égale à 2TTo, o étant la fréquence de précession de Larmor. On a :

  
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romagnétique et H l'intensité du champ magnétique. Par conséquent chaque isotope a une fréquence de précession de Larmor caractéristique dans un champ magnétique.

  
Si un ensemble contenant des atomes qui ont collectivement un moment magnétique de précession tourne lui-même avec une vitesse angulaire LUI' autour de la direction de H, la vitesse angulaire de précession observée subira un changement

  
 <EMI ID=5.1> 

  
angulaire il) de précession de Larmor observée devient :

  

 <EMI ID=6.1> 


  
Par conséquent, une mesure de la vitesse angulaire

  
 <EMI ID=7.1> 

  
férente, sont mesurées dans le même champ magnétique, on peut alors mesurer la vitesse de rotation sans connaître directement la valeur du champ magnétique. Les équations pour les deux isotopes sont :

  

 <EMI ID=8.1> 


  
 <EMI ID=9.1> 

  
tions de Larmor observées pour les deux isotopes gyromagné-

  
 <EMI ID=10.1> 

  
H ou en w , on obtient les expressions ci-après :

  

 <EMI ID=11.1> 


  
 <EMI ID=12.1>  
 <EMI ID=13.1> 
 qui est indépendante de l'intensité H du champ magnétique.

  
Dans une des formes de réalisation de la présente invention, l'intensité du champ magnétique est rendue constante en agissant sur ce champ de telle manière que la diffé-

  
 <EMI ID=14.1> 

  
cession de Larmor soit toujours égale à une constante. Plus précisément on choisit deux fréquences de référence déterminées avec précision

  

 <EMI ID=15.1> 


  
qui sont obtenues à partir d'une source de fréquence commune

  
 <EMI ID=16.1> 

  
exactement à la relation ci-après :

  

 <EMI ID=17.1> 


  
L'intensité du champ magnétique est commandée par un asservissement de telle manière que la différence mesurée des deux fréquences de précession de Larmor observées soit toujours amenée à être égale à l'écart de fréquence entre les deux fréquences de référence déterminées avec précision à savoir

  

 <EMI ID=18.1> 


  
Les deux conditions imposées définies par les équations (6) et (7) ont pour conséquence que l'intensité du champ magnétique est égale à

  

 <EMI ID=19.1> 


  
 <EMI ID=20.1> 

  
tion est égale à :

  

 <EMI ID=21.1> 
 

  
et peut par conséquent être facilement obtenue en mesurant

  
la différence entre l'une ou l'autre des fréquences de précession de Larmor observées et sa fréquence de référence déterminée avec précision associée.

  
Outre le phénomène fondamental de précession du moment magnétique et la base mathématique de l'automatisation

  
du traitement des signaux qui permet de mesurer la vitesse angulaire de rotation de la manière décrite ci-dessus, il y

  
a plusieurs autres phénomènes physiques intervenant dans la réalisation pratique d'un gyroscope à résonance magnétique nucléaire. On décrira ci-après l'alignement des moments magnétiques nucléaires, la réalisation d'une précession entretenue desdits moments et la mesure optique des moments de précession pour produire un signal à partir duquel on peut déterminer la fréquence de précession de Larmor.

  
L'amplitude d'un moment magnétique nucléaire individuel est très petite et la condition d'équilibre naturel

  
est celle dans laquelle une orientation aléatoire des moments existe dans un ensemble d'atomes. Il faut utiliser des techniques d'orientation d'une fraction importante de ces moments magnétiques dans une direction unique de manière à produire

  
un moment magnétique à l'échelle macroscopique et par conséquent un signal mesurable.

  
La technique utilisée pour aligner les moments magnétiques nucléaires telle qu'elle est concrétisée dans la présente invention, est un procédé en deux stades dénommé "pompage" ci-après. Les deux gaz à moment magnétique nucléaire, qui sont des gaz rares dans la forme de réalisation préférée de l'invention sont mélangés à une vapeur d'un métal alcalin dans une cellule unique optiquement transparente. Cette cellule est éclairée par un faisceau lumineux polarisé circulairement, filtré spectralement, qui est émis par une lampe électrique à décharge à vapeur de métal alcalin. Un champ magnétique stationnaire est appliqué dans une direction belle qu'une composante importante de ce champ est parallèle

  
à la direction de la lumière qui tombe sur la cellule. 

  
Le premier stade du pompage est une opération de pompage optique dans laquelle les atomes d'une vapeur de métal alcalin sont pompés optiquement par absorption d'une portion de la lumière incidente. Ceci a pour conséquence l'alignement d'une fraction importante des moments magnétiques atomiques des atomes de métaux alcalins dans une direction qui est parallèle à celle du champ magnétique stationnaire appliqué.

  
Le second stade de pompage est une opération par échange de spins dans laquelle une partie de l'alignement des moments magnétiques atomiques est transférée aux moments magnétiques nucléaires des atomes de gaz rare par des interactions d'échange des spins au cours de collisions entre les atomes de métaux alcalins et les atomes de gaz rares. Ceci a pour conséquence l'alignement d'une fraction importante des moments

  
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tion qui est parallèle à celle du champ magnétique stationnaire. Cette technique de pompage par échange de spins est une extension des techniques de Bouchiat, Carver et Varnum (Phys. Review Letters 5, page 373, [1960]). En particulier, comme cela est concrétisé dans la présente invention, elle a été étendue de façon à inclure l'alignement simultané des moments magnétiques nucléaires de deux isotopes choisis de gaz rares différents contenus dans la même cellule.

  
Les moments magnétiques alignés de l'ensemble d'atomes de métaux alcalins et des deux ensembles d'atomes de gaz rares sont soumis à des mécanismes de relaxation qui provoquent une décroissance exponentielle avec le temps de leurs taux d'alignement en direction de leur condition d'équilibre naturelle d'orientation aléatoire. Chaque ensemble de moments est caractérisé par une constante de temps de relaxation qui dépend des espèces et des quantités de tous les autres constituants ainsi que de l'environnement global dans la cellule

  
à résonance magnétique nucléaire. Le taux d'alignement en régime stationnaire de chaque ensemble de moments est fonction

  
à la fois de la vitesse de pompage et du temps de relaxation pour cet ensemble, les taux d'alignements les plus élevés, par conséquent les amplitudes les plus grandes de signaux étant atteints quand les temps de relaxation sont longs également. Par conséquent, pour arriver aux temps de relaxation les plus longs, la cellule contient aussi une quantité appropriée d'un gaz tampon tel que l'hélium ou l'azote dans le but de réduire les phénomènes de relaxation dus aux interactions des moments magnétiques avec les parois de la cellule. De plus des isotopes particuliers de gaz rares déterminés ont été spécialement choisis comme gaz à moment magnétique nucléaire à cause de leurs longs temps de relaxation.

  
La précession des deux ensembles de moments magnétiques de gaz rare est déclenchée et entretenue en appliquant deux champs magnétiques alternatifs dans une direction qui est orthogonale à celle du champ magnétique stationnaire appliqué. Ces champs ont des fréquences qui sont égales aux fréquences de précession de Larmor respectives des deux gaz rares et sont dénommés "champs magnétiques alternatifs de réinjection" étant donné qu'ils assurent la fonction de réinjection des signaux qui est nécessaire dans tout oscillateur pour obtenir des oscillations entretenues.

   Ces champs de réinjection éloignent par un couple, de manière cohérente, chaque ensemble individuel de moments magnétiques de gaz rares de sa direction d'alignement initial, qui est parallèle à celle du champ magnétique stationnaire, en direction d'un plan qui est orthogonal à la direction du champ magnétique stationnaire. Les moments magnétiques de chaque ensemble oscillent continûment dans ce plan, créant ainsi deux moments magnétiques à l'échelle macroscopique dans l'ensemble du volume de la cellule à résonance magnétique nucléaire, par conséquent deux champs magnétiques qui tournent dans ce plan aux fréquences de précession de Larmor respectives des deux gaz rares.

   Les phénomènes physiques associés à l'application d'un couple aux corps tournants imposent que les phases des champs de réinjection appliqués soient en quadrature avec les phases respectives des moments magnétiques nucléaires en train de précessionner.

  
Ces moments magnétiques nucléaires qui précesionnent sont mesurés optiquement en utilisant une solution qui dé-

  
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95 [1970]). Cette technique utilisant un magnétomètre repose sur le principe suivant : le taux d'absorption de la lumière, provenant du pompage optique, par les atomes de métal alcalin dans la cellule à résonance magnétique nucléaire dépend de l'orientation des moments magnétiques des atomes isolés de métal alcalin par rapport à la direction de la lumière incidente. Ces deux champs magnétiques tournants, qui sont engendrés par les deux ensembles de moments magnétiques oscillant ou précesionnant des atomes de gaz rares, appliquent individuellement et simultanément des couples aux moments magnétiques des métaux alcalins qui précessionnent, communiquent ainsi des mouvements de nutation à ces derniers moments qui,à leur tour modulent l'intensité de la lumière transmise.

   La description mathématique et les caractéristiques saillantes de ce procédé de mesure optique peuvent être résumés très brièvement comme suit :

  
Comme cela est concrétisé dans la présente inve? -

  
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qui sera dénommé "champ magnétique porteur" (ou "à fréquence porteuse") est appliqué à la cellule à résonance magnétique nuclaire et la direction de ce champ magnétique est utilisée/définir l'axe des z. Un champ magnétique stationnaire est également appliqué à la cellule, sensiblement dans la direction de l'axe des z. Les composantes de tous les champs magnétiques,

  
à l'exclusion du champ magnétique porteur, sont désignées par

  
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be sur la cellule à-résonance magnétique nucléaire dans le plan des x-z et a des composantes 1 et 1 qui produisent des composantes d'aimantation Mx et M des atomes de métaux alcalins.

  
On peut montrer que, si le champ magnétique satisfait aux conditions ci-après : 

  

 <EMI ID=26.1> 


  
où ;est le rapport gyromagnétique pour l'atome de métal alcalin considéré, T est le temps total de relaxation pour le même atome sous l'influence de l'absorption de la lumière et

  
 <EMI ID=27.1> 

  
magnétique porteur et n est un entier, la composante suivant l'axe des x de l'intensité Itx de la lumière transmise est représentée par la relation :

  

 <EMI ID=28.1> 


  
 <EMI ID=29.1> 

  

 <EMI ID=30.1> 


  
 <EMI ID=31.1> 

  
pectivement l'amplitude et la fréquence du champ magnétique porteur.

  
Ci-après, plusieurs caractéristiques de l'équation (11) qui ont rapport à la présente invention :
a) La composante suivant :: de l'intensité de la <EMI ID=32.1>  le champ H pour de petites valeurs de H . c) La réponse en quadrature (sin plot) est liné- <EMI ID=33.1>  d) La composante suivant x de l'intensité de la <EMI ID=34.1>  

  
H seul en choisissant une amplitude particulière pour le

  
 <EMI ID=35.1> 

  
soit égal à zéro.

  
e) La réponse de la composante suivant x de l'intensité de la lumière transmise aux composantes Hx ou H, y du champ magnétique est proportionnelle au produit de la composante suivant x de la lumière incidente par la composante z <EMI ID=36.1> 

  
doit par conséquent avoir des composantes suivant les directions x et z.

  
f) Du fait des conditions imposées aux champs magnétiques telles qu'elles sont définies par l'équation (10) <EMI ID=37.1> 

  
appliqué sensiblement suivant la direction des z et la précession ou oscillation des moments nucléaires doit se produire essentiellement dans le plan des x-y. En particulier, ces moments de précession créent un champ magnétique macroscopique qui tourne à une vitesse angulaire correspondant à la fréquence de précession de Larmor et qui a une intensité qui est proportionnelle aux taux d'alignement des moments magnétiques nucléaires. Ce champ magnétique tournant est à l'origine d'un terme de la composante x de l'intensité de la lumière transmise, qui est liée à la composante suivant l'axe des y de ce champ, à savoir :

  

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relation dans laquelle h est l'amplitude de ce champ magné-

  
 <EMI ID=39.1> 

  
du gaz à moment magnétique nucléaire. C'est ce terme qui est utilisé pour l'extraction des fréquences de précession nucléaire de Larmor dans la présente forme de réalisation de l'invention. L'analyse ci-dessus est valable pour des champs magnétiques stationnaires, ainsi que pour des champs variant lentement, comprenant en particulier le champ magnétique tour-

  
 <EMI ID=40.1> 

  
g) Les effets des composantes du champ magnétique

  
 <EMI ID=41.1>  séparément à partir des modulations de l'intensité de la lumière et cela donne la possibilité de mesurer ou de régler indépendamment ces composantes du champ.

  
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et dans lesquels :
la figure 1 est une coupe schématique représentant
- la disposition physique des composants d'un ensemble capteur de gyroscope à résonance magnétique nucléaire ;

  
les figures 2A et 2B sont des dessins en perspective représentant la configuration des bobines génératrices de champ magnétique qui font partie de l'ensemble représenté sur

  
la figure 1 . la figure 3 est un schéma explicatif représentant les opérations de pompage optique et de modulation de l'intensité de la lumière qui est transmise par la cellule à résonance magnétique nucléaire ; la figure 4 est un schéma synoptique représentant l'automatisation fonctionnelle de l'appareillage électronique d'un gyroscope à résonance magnétique nucléaire ; la figure 5 est un schéma explicatif représentant une variante d'un ensemble capteur pour gyroscope à résonance magnétique nucléaire. Cette figure sert aussi à représenter la disposition d'un appareillage de recherche.

   La figure 1 représente en coupe la disposition physique des composants de l'ensemble d'un gyroscope à résonance magnétique nucléaire ; une lampe 10 à vapeur de rubidium, qui est excitée par une source d'énergie haute fréquence est utilisée pour émettre une lumière contenant les raies du rubidium. Cette lampe est réalisée de manière semblable à celle décrite par Bell, Bloom et Lynch (Rev. Sci. Instr. 32, 688 [1961]). La lampe 10 est logée dans une enceinte 12 qui est utilisée pour la maintenir chaude, à une température convenant pour une émission lumineuse maximale. La lumière passe

  
à travers une lentille 14 en verre jouant le rôle de condensateur et à travers une lentille collimatrice 16 de Fresnel en matière plastique avant de passer à travers un filtre op-tique interférentiel 18. Ce filtre est destiné à transmettre la plus grande partie de la lumière de longueur d'onde 794,7 nm d'une raie du spectre du rubidium, tout en arrêtant la plus grande partie de la lumière de longueur d'onde 780.0 nm d'une raie spectrale voisine. La lumière filtrée traverse une seconde lentille collimatrice de Fresnel 20, est réfléchie par un prisme 22 pour changer sa direction et converge en direction de l'extrémité d'un faisceau 24 de fibres optiques d'entrée.

   Ce faisceau de fibres optiques transmet alors la lumière en direction du centre de l'appareil et fait un coude si bien que la lumière sort de l'extrémité 25 du faisceau 24 en formant un angle moyen d'environ 45[deg.] par rapport à la verticale telle qu'elle est représentée sur la figure. L'axe vertical, tel qu'il est représenté sur cette figure, est dénommé "axe des z". L'axe des x est par définition orienté vers la gauche de la figure. La figure 1 est ainsi une coupe dans un plan x-z. La lumière sortant des fibres passe par un polariseur circulaire 26 et entre dans la cellule à résonance magnétique nucléaire 28.

  
La cellule à résonance magnétique nucléaire 28 est une enceinte cylindrique en verre scellée, optiquement transparente contenant une petite quantité de rubidium métallique enrichi en isotope 87 ; du xénon gazeux sous une pression d'environ 0,5 nm de mercure, enrichi en isotope 129 ; du krypton gazeux sous une pression d'environ 20 nm Hg, enrichi en isotope 83 et un gaz tampon consistant en hélium-4 sous une pression d'environ 400 nm Hg ou en azote sous une pression d'environ 100 nm Hg. Ces gaz sont introduits dans la cellule dans l'ordre indiqué, la cellule étant raccordée à un appareil de remplissage sous pression réduite et ensuite isolée par scellement.

  
La cellule 28 est montée dans une étuve 30 en alumine à température régulée, qui est chauffée et réglée par une résistance chauffante 32 en forme de bande alimentée par une source d'énergie haute fréquence. Cette étuve est maintenue à une température d'environ 65[deg.]C, pour laquelle environ la moitié de la lumière entrant dans la cellule 28 est absorbée. La plus grande partie de la lumière qui n'est pas absorbée dans la cellule 28 pénètre dans un réseau 36 de fibres optiques de sortie et parvient par une lentille 38 à un détecteur photosensible 40 au silicium.

   D'autres composants représentés sur cette figure sont une bobine 34 créant un champ magnétique, qui sera décrit plus en détail ci-après (figures 2A et 2B) un ensemble 42 de plusieurs couches de matière magnétique formant écran et destiné à réduire l'influence des champs magnétiques extérieurs, et une charpente support 44.

  
La bobine 34 comporte une carcasse en un verre usinable ("MACOR" de la firme CORNING, Etats-Unis d'Amérique), sur la surface extérieure de laquelle on a ménagé des rainures et ensuite placé les fils dans celles-ci pour réaliser une bobine engendrant des champs magnétiques.

  
Les figures 2A et 2B représentent en perspective la configuration des bobines 34 qui font partie de l'appareil représenté sur la figure 1. La figure 2A représente la carcasse de bobine 34' et les spires 50 du solénoïde principal qui produisent un champ magnétique parallèle à l'axe du cylindre, qui est désigné comme étant l'axe des z. Des spires additionnelles 52 aux extrémités de la carcasse de la bobine sont utilisées pour améliorer l'uniformité dans l'espace du champ magnétique. Les spires 52 de la bobine sont entremêlées aux spires 50 de celle-ci. L'ensemble des spires 50 et 52 est dénommé ci-après "spires engendrant le champ suivant l'axe

  
 <EMI ID=42.1> 

  
La figure 2B représente la même carcasse 34' de bobine et deux paires additionnelles de spires qui créent des champs magnétiques suivant deux axes qui sont perpendiculaires entre eux et à l'axe du cylindre. La paire de spires 54 produit un champ magnétique suivant l'axe des x et la paire de spires 56,dont une seulement est visible sur la figure,produit un champ magnétique suivant l'axe des y. La figure 3 est un schéma explicatif représentant pour chacun des gaz rares les phénomènes de pompage optique

  
et de modulation de l'intensité de la lumière qui est transmise par la cellule à résonance magnétique nucléaire. Etant donné que ces phénomènes sont très semblables pour les deux gaz rares, ils sont expliqués et décrits pour un seul des deux

  
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a le même sens que dans les équations (11) et (12). La lumière polarisée circulairement qui entre dans la cellule 28'

  
à résonance magnétique nucléaire a une composante 64 qui est dénommée "lumière de pompage optique" suivant l'axe des z, et une composante 66, qui est dénommée "lumière soumise à la détection" suivant l'axe des x. Du fait des interactions de la lumière 64 de pompage optique et du champ magnétique 68 stationnaire, les moments magnétiques des atomes 60 de rubidium sont alignés de préférence dans la direction des z. Cet alignement des moments magnétiques est transféré par des collisions interatomiques des atomes 60 de rubidium aux noyaux
62 du gaz rare.

  
Un champ magnétique 70 alternatff sinusoïdal de réinjection,dont la fréquence et la phase sont adaptées à la fréquence de précession de Larmor des moments magnétiques des atomes 62 de gaz rare,est appliqué dans la direction de l'axe des x et sert à appliquer un couple aux moments magnétiques de ces noyaux pour les amener dans le plan des x-y. Ces moments magnétiques nucléaires du gaz rare oscillent ensuite dans le plan des x-y à la fréquence de précession de Larmor

  
 <EMI ID=44.1> 

  
il%

  
tionnaire 68. Ces moments magnétiques nucléaires oscillants créent un champ magnétique de précession nucléaire d'intensité

  
 <EMI ID=45.1> 

  
La lumière de détection 66 réagit avec les atomes
60 de rubidium qui sont soumis à l'influence du champ magnétique stationnaire 68, d'un champ magnétique alternatif por-

  
 <EMI ID=46.1> 

  
cession nucléaire. Cette interaction module l'intensité de la composante suivant x de la lumière 72 transmise à la fré-

  
 <EMI ID=47.1> 

  
tions de la lumière sont ensuite converties en signaux électriques par le détecteur photosensible 40' au silicium.

  
En référence à la figure 4 qui est un schéma-bloc représentant l'automatisation fonctionnelle de l'appareillage électronique d'un gyroscope à résonance magnétique nucléaire, la lumière de la source lumineuse 10 entre dans l'appareil par le système optique 82 d'entrée, puis passe par la cellule
28 à résonance magnétique nucléaire. Le système optique 82 d'entrée comprend des articles 14 à 26 comme on l'a vu ci-dessus. La lumière qui n'est pas absorbée et qui est modulée en intensité, comme on l'a expliqué ci-dessus (figure 3) est transmise par le système optique de sortie 86 au détecteur photosensible 40 où les modulations d'intensité de la lumière sont converties en signaux optiques 89. Comme on l'a vu plus haut le système optique de sortie comprend des articles 36

  
et 38. Les signaux 89 sont tout d'abord amplifiés puis soumis à une démodulation synchrone en deux opérations distinctes dans un détecteur 90 de signaux porteurs, dans le but de produire des signaux de commande pour les champs magnétiques suivant l'axe des x et l'axe des y. Un signal 93 en courant continu pour commander le champ magnétique continu suivant l'axe des y est produit par démodulation synchrone du signal
89 en utilisant un signal sinusoïdal de référence ayant une

  
 <EMI ID=48.1> 

  
quence de précision pilotée.par quartz. La phase et la fréquence du signal sinusoïdal provenant de la source 92 sont les mêmes que celles du champ magnétique alternatif porteur appliqué. L'amplitude du signal de commande 93 continu est proportionnelle à l'amplitude moyenne de la composante des modulations de l'intensité de la lumière à la fréquence porteuse qui est en phase avec le champ magnétique alternatif porteur appliqué. Si l'on se réfère à l'équation (11) ce signal

  
 <EMI ID=49.1>  moyenne du champ magnétique suivant l'axe des y. Le signal

  
de commande 93 en courant continu est alors ajouté au point
95 à un signal 94 constant additionnel en courant continu

  
qui est produit dans les blocs d'alimentation 96 en courant continu et le résultat de cette opération est utilisé pour faire passer la totalité du courant continu dans la bobine

  
56 produisant le champ magnétique suivant l'axe des y. Le champ magnétique toujours de même sens suivant l'axe des y est ainsi commandé de telle manière que l'amplitude des signaux 93 en courant continu reste voisine de zéro, ce qui conduit à un mode de fonctionnement à porteuse supprimée. De cette manière, des changements d'intensité du champ magnétique suivant l'axe des y sont captés et supprimés pour maintenir la suppression de la porteuse.

  
D'une manière semblable, un signal 104 à courant continu pour commander la composante continue du champ magnétique suivant l'axe des x est produit par démodulation synchrone du signal 89 en utilisant un signal de référence sinu-

  
 <EMI ID=50.1> 

  
ce de fréquence de référence 102 pilotée de manière précise par quartz. La phase du signal de référence de fréquence 2f' c

  
 <EMI ID=51.1> 

  
L'amplitude du signal 104 de commande en courant continu est proportionnelle à la valeur moyenne du champ magnétique suivant l'axe des x. Le signal 104 de commande est ajouta au point 107 à un signal additionnel constant 106 toujours de mê-

  
 <EMI ID=52.1> 

  
courant continu et le signal résultant est utilisé pour faire

  
 <EMI ID=53.1> 

  
duisant le champ magnétique suivant l'axe des x. De cette manière la valeur de la composante continue du champ magnétique suivant l'axe des x est réglée de manière à être à peu près égale à zéro.

  
Outre le signal 93 en courant continu résultant de la démodulation synchrone à la fréquence f dans le détecteur 90 de signaux porteurs, il existe des signaux 109 en courant alternatif qui sont proportionnels aux composantes alternatives du champ magnétique suivant l'axe des y. Les modulations aux fréquences de précession nucléaires de Larmor présentent

  
un intérêt particulier. Ces signaux sont séparés et filtrés dans un séparateur 110 de signaux de précession nucléaire de manière à fournir un signal 112 à la fréquence f , d'environ
135 Hz de précession, du xénon-129, un signal 114 à la fréquen-

  
 <EMI ID=54.1> 

  
Ces valeurs indiquées pour les fréquences de précession de Larmor correspondent à une valeur de 0,114 oersted du champ magnétique stationnaire suivant l'axe des z qui est utilisé dans la forme de réalisation préférée.

  
Un signal 122 en courant continu destiné à agir sur la composante continue du champ magnétique suivant l'axe des z est produit en comparant dans un comparateur 118 de fréquences la différence 116, soit fa-fb, des fréquences de précession à

  
 <EMI ID=55.1> 

  
ce 120 de fréquence de référence pilotée avec précision par un quartz. Une différence de phase entre les signaux 116 et
120 engendre un signal de commande 122 en courant continu qui est ajouté au point 123 à un signal additionnel 126 constant, toujours de même sens, qui est produit dans le bloc 96 d'alimentation en courant continu et le signal résultant 125 est utilisé pour faire passer la totalité du courant continu par l'enroulement 124 générateur de champ magnétique suivant l'axe des z, qui comprend des spires 50 et 52. De cette manière, la valeur de la composante continue du champ magnétique suivant l'axe des z est réglée de façon à être égale à une constante déterminée, qui est donnée par l'équation (8).

  
Un courant 128 alternatif sinusoïdal qui est engendré par le bloc d'alimentation 130 est aussi envoyé dans la bobine 124 engendrant le champ magnétique suivant l'axe des z pour produire un champ magnétique alternatif à fréquence porteuse. Le courant 128 alternatif à fréquence porteuse est ajouté, au point 127 au courant continu 125 et la résultante constitue le courant total appliqué à la bobine 124. Le courant 128 alternatif sinusoïdal à fréquence porteuse a une fréquence f qui est produite par la source 92 de fréquence de référence pilotée avec précision par quartz, qui est égale à la fréquence du signal utilisé comme référence pour le détecteur 90 de signaux à fréquence porteuse. La fréquence porteuse f est d'environ 80 000 Hz, donc égale à

  
 <EMI ID=56.1> 

  
une valeur du champ magnétique stationnaire suivant l'axe des z de 0,114 oersted qui est utilisée dans la forme de réalisation préférée.

  
L'intensité du courant alternatif 128 à fréquence porteuse est choisie telle que l'intensité du champ magnétique alternatif sinusoïdal soit égale à un facteur déterminé multiplié par la valeur de la composante continue du champ magnétique suivant l'axe des z qui est produit par le courant continu 125. Dans la forme de réalisation préférée, ce facteur est égal à 1,84 et l'intensité du champ magnétique alternatif à fréquence porteuse est choisie égale à 0,210 oersted. De cette manière, l'intensité de la composante du si-

  
 <EMI ID=57.1> 

  
champs magnétiques suivant l'axe des x. La base mathématique de cette relation préférée entre les deux champs est contenue dans les équations (11) et (12) pour le cas n=1 et p=1. Deux champs magnétiques de réinjection sont créés le long de l'axe des x dans le but de produire une précession entretenue des moments magnétiques nucléaires du xénon-129 et du krypton-83. Le signal 112 du xénon-129 est utilisé dans un générateur 144 de champ magnétique alternatif de réinjection pour produire un

  
 <EMI ID=58.1> 

  
amplitude constante et une fréquence et une phase qui sont identiques àcelles du signal 112 du xénon-129. Le signal 148 est ajouté à un signal 146 de réinjection alternatif sinusoïdal engendré de manière semblable à partir du signal 114 du krypton-83. La somme 150 des deux courants alternatifs 146 et
148 de réinjection est ensuite ajoutée, au point 107, aux courants continus 104 et 106 et la résultante comprend le courant total qui est appliqué à l'enroulement 54 produisant le champ magnétique suivant l'axe des x.

   Le rôle des champs magnétiques alternatifs de réinjection consiste à appliquer continûment un couple aux moments magnétiques nucléaires du xénon et du krypton qui ont été nouvellement alignés suivant l'axe des z, en direction du plan d'oscillation x-y pour régénérer les moments qui ont disparu, à cause de phénomènes de relaxation des moments magnétiques nucléaires. De cette manière, la précession, ou l'oscillation, entretenue des moments magnétiques du krypton et du xénon crée deux champs magnétiques stationnaires qui tournent dans le plan des x-y et par conséquent produisent des modulations de l'intensité lumineuse stationnaire aux fréquences de précession de Larmor,

  
 <EMI ID=59.1> 

  
La vitesse angulaire de rotation du gyroscope est

  
 <EMI ID=60.1> 

  
à partir de la source 136 de fréquence de référence pilotée de manière précise par quartz. La fréquence différentielle f'-f ainsi obtenue est égale à la fréquence angulaire fr de rotation du gyroscope, conformément à l'équation (9) et cette information 138 est envoyée à un ordinateur en vue d'un traitement ultérieur. Les données 138 concernant la fréquence angulaire de rotation du gyroscope contiennent à la fois des informations de fréquence et de phase et par conséquent contiennent à la fois, respectivement, une information de vitesse angulaire et une information de déplacement angulaire.

  
Toutes les sources 92, 102, 120 et 136 de fréquence de référence précise sont commandées par un maître-oscillateur commun, piloté par un quartz 152 commun, par des techniques de multiplication et de division numériques. La fré-

  
 <EMI ID=61.1>  figure 4. Les données 138 sur la fréquence angulaire de rotation sont, au premier ordre près, indépendantes de la stabi-lité de la fréquence du maître-oscillateur 152.

  
En référence à la figure 5 qui est un schéma explicatif représentant une autre forme de réalisation de l'ensemble détecteur du gyroscope à résonance magnétique nucléaire, les articles identifiés par des références avec un signe "prime" sont fonctionnellement semblables aux articles correspondants de la figure 1, avec une référence sans signe "prime". La lampe 10' au rubidium alimente en lumière de pompage optique le faisceau de fibres optiques 24' d'entrée de la cellule 28' à résonance magnétique nucléaire. La lampe 10' alimente aussi en lumière soumise à une détection la cellule 28' par une seconde voie, ou canal, qui comprend un faisceau de fibres optiques d'entrée 154 et un prisme d'entrée 155.

   La lumière soumise à détection qui est transmise par la cellule
28 arrive,en passant par le prisme de sortie 158 et les faisceaux 156 et 160 de fibres optiques de sortie, au détecteur photosensible 40'. Des champs magnétiques sont appliqués à la cellule à résonance magnétique nucléaire par l'ensemble, suivant trois axes, de bobines 161, 162 et 163 dites de Helmholtz, lesquelles sont, dans cet ensemble, celles engendrant les champs orientés, respectivement, suivant les axes des z, des

  
y et des x. La direction de la lumière entrant par le faisceau de fibres optiques 24' est définie ici comme étant celle de l'axe des z, l'axe des x monte à partir du plan de la figure et l'axe des y est dirigé vers l'extérieur du papier.

  
L'ensemble représenté sur la figure 5 est une variante de celui de la figure 1 et sert à insister sur le

  
point que la détection optique doit être réalisée dans une direction qui est perpendiculaire à celle du champ magnétique stationnaire, qui est parallèle à l'axe des z. Ceci

  
peut être réalisé soit de la manière représentée sur la figure 1 en utilisant un angle de 45[deg.], ou d'une valeur différente du même ordre, entre la direction du faisceau lumineux traversant la cellule à résonance magnétique nucléaire et la direction du champ magnétique stationnaire ou soit de la manière représentée sur la figure 5 en utilisant deux trajets distincts pour la lumière, la lumière utilisée pour le pompage se propageant parallèlement à la direction du champ magnétique stationnaire et la lumière soumise à la détection étant perpendiculaire à la direction de ce champ. Cet agencement inclut par ailleurs la possibilité que les faisceaux lumineux pour le pompage et la détection soient émis par des sources lumineuses séparées, et qu'ils aient des caractéristiques spectrales ou de polarisation différentes.

  
La figure 5 peut aussi être utilisée, avec certaines modifications, pour représenter la configuration d'un appareil destiné à des recherches, qui est particulièrement utile pour des recherches expérimentales sur les propriétés des mélanges gaz rares-vapeurs de métaux alcalins. Ces modifications consistent à supprimer le trajet 154, 155, 156, 158, 160 et 40' de la lumière soumise à la détection et à ajouter le trajet
174 et 175 de sortie de la lumière.

   Pour cette application qui correspond au cas n=0 utilisé pour les équations (11) et
(12), les axes de coordonnées sont "rebaptisés", les axes des x et des z étant interchangés par rapport à ce qui existait précédemment, de sorte que la direction de la lumière qui entre par le faisceau 24' de fibres optiques est à nouveau définie comme étant parallèle à l'axe des x, et l'axe des z se dirige vers le haut en partant du plan du dessin. La lumière qui entre passe par la cellule 28' et pénètre dans un faisceau sortant 174 de fibres optiques qui transmet cette lumière au détecteur photosensible 175. Le champ magnétique alternatif à fréquence porteuse est appliqué en utilisant la bobine 163 engendrant le champ suivant l'axe des z, et un petit champ continu d'environ 100 micro-oersteds est appliqué en utilisant la bobine 162 engendrant le champ suivant l'axe des y.

   Pendant cette opération, un champ continu plus intense, d'environ 10 millioersteds est appliqué par la bobine 161 créant un champ suivant l'axe des x, au début de la période de pompage par échange de spins de moments magnétiques nucléaires.

  
A la fin de cette période de pompage, qui dure par exemple quelques minutes, on coupe très rapidement ce champ en lais-sant les moments magnétiques nucléaires alignés osciller dans le plan des x-z, qui est le plan du papier. La composante suivant l'axe des z du champ magnétique oscillant produit des modulations d'intensité de la lumière qui sont analogues à celles décrites ci-dessus. Ce mode de fonctionnement est semblable à celui décrit par Cohen-Tannoudji et ses collaborateurs (voir ci-dessus), sauf que dans la présente variante, les moments magnétiques du rubidium qui sont utilisés pour la détection et les moments magnétiques nucléaires du gaz rare qui sont utilisés pour la précession nucléaire de Larmor sont placés dans la même cellule 28'.

   L'étroite association, pendant les collisions, des atomes de rubidium avec ceux du gaz rare amène les atomes de rubidium à capter un champ magnétique moyen en provenance des atomes du gaz rare. Cet effet de proximité conduit à des signaux qui sont beaucoup plus intenses que ceux qui pourraient être détectés d'une autre manière. Par conséquent, cet appareil est particulièrement intéressant pour des recherches sur le mélange gaz rare-vapeur de métal alcalin.

  
Brevets apparentés

  
Un certain nombre de brevets en relation avec les domaines embrassés par la présente invention sont mentionnés ci-après. Une revue de ces références indique qu'aucune d'entre elles ne décrit les nouvelles caractéristiques figurant dans les revendications succédant au présent mémoire descriptif. Cependant, il est considéré comme avantageux par l'Office des Brevets des Etats-Unis d'Amérique d'y faire figurer tous les brevets concernant la technique antérieure qui ont

  
été découverts au cours de la recherche d'antériorités et qui figurent par conséquent sur le tableau ci-après. 

  

 <EMI ID=62.1> 


  
Pour conclure, la présente invention a été décrite sous forme d'éléments particuliers et d'agencements physiques particuliers, mais il est évident que des modifications raisonnables, telles que l'utilisation de chemins optiques différents conduisant à des résultats identiques, ou l'utilisation de divers mélanges de gaz rares ou celle de substances autres que le rubidium, ou l'utilisation pour les champs magnétiques et les fréquences de valeurs autres que celles indiquées dans le mémoire descriptif ci-dessus sont toutes dans le cadre de la présente invention.

  
Plus généralement, il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre indicatif, mais nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre.

Claims (1)

1. RESUME

   1. Dispositif de détection de résonance magnétique nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend : une cellule à résonance magnétique nucléaire ; une substance en phase gazeu se ou vapeur utilisable pour un pompage optique, qui possède un moment magnétique et est capable d'être pompée optiquement, cette substance étant contenue dans ladite cellule ; également dans cette cellule, au moins un gaz, chaque gaz ayant un moment magnétique nucléaire, les moments magnétiques nucléaires de chacun desdits gaz étant alignés au moins partiellement ; un dispositif pour appliquer un champ magnétique stationnaire à ladite cellule ;

   un premier dispositif pour éclairer ladite cellule avec une lumière de pompage optique capable d'aligner partiellement les moments magnétiques de ladite substance capable d'être pompée optiquement, dans une direction par absorption de ladite lumière ; un dispositif pour faire précessionner lesdits moments nucléaires alignés de chacun desdits gaz à moment nucléaire autour de la direction du champ magnétique stationnaire aux fréquences de précession de Larmor respectives de chacun desdits gaz ; un dispositif pour appliquer un champ magnétique alternatif à fréquence porteuse à la cellule ;

   un second dispositif pour éclairer ladite cellule avec une lumière, soumise à la détection, d'une longueur d'onde à peu près égale à celle qui peut être absorbée par la substance utilisée pour le pompage optique ;un dispositif pour appliquer ladite lumière soumise à la détection avec une composante de direction orthogonale à la direction dudit champ magnétique alternatif à fréquence porteuse pour moduler l'intensité de la partie transmise de cette lumière à peu près à la fréquence d'au moins un harmonique, y compris la fondamentale, dudit champ magnétique alternatif à fréquence porteuse ; un dispositif pour détecter au moins une de ces modulations d'intensité de la partie transmise de ladite lumière soumise à une détection ;

   et un dispositif pour démoduler électriquement lesdites modulations d'intensité de la lumière détectée pour obtenir des signaux variant à la fréquence de précession de Larmor de chacun desdits gaz à moment nucléaire et avec une amplitude proportionnelle au degré d'alignement desdits moments magnétiques nucléaires de chacun de ces gaz.

   2. Dispositif selon le paragraphe 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif pour mesurer avec précision l'intensité et la direction dudit champ magnétique stationnaire.

   3. Dispositif de détection à résonance magnétique nucléaire selon l'un des paragraphes 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour réguler avec précision l'intensité et la direction dudit champ magnétique stationnaire.

   4. Oscillateur à résonance magnétique nucléaire comprenant le dispositif selon l'un quelconque des paragraphes 1 à 3, caractérisé en ce que ledit dispositif de précession comprend un dispositif pour appliquer un champ magnétique alternatif de réinjection à ladite fréquence de précession de Larmor détectée de chacun desdits gaz à moment magnétique nucléaire dans une direction orthogonale à celle dudit champ magnétique stationnaire,

   ainsi qu'un dispositif pour mesurer la phase de ladite fréquence de précession de Larmor et dans lequel chacune desdites phases mésurées desdites fréquences de précession de Larmor est utilisée pour amener la phase correspondante dudit champ magnétique alternatif de réinjection à peu près en quadrature avec la phase desdits moments magnétiques nucléaires de précession de chacun desdits gaz de manière à provoquer une précession, entretenue desdits moments de chacun desdits gaz.

   5. Gyroscope à résonance magnétique nucléaire selon le paragraphe 4, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour capter les déplacements angulaires dudit gyroscope par rapport à la direction dudit champ magnétique stationnaire lorsque la phase de la fréquence de détection de Larmor d'au moins un desdits gaz à moment magnétique nucléaire change.

   6. Oscillateur à résonance magnétique nucléaire comprenant le dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le champ magnétique stationnaire a <EMI ID=63.1>

   magnétiques de ladite substance utilisée pour le pompage optique à se produire à peu près pour un harmonique (y compris

   la fondamentale) de la fréquence dudit champ magnétique alternatif à fréquence porteuse appliqué, la direction dudit champ magnétique stationnaire est à peu près parallèle à la direction dudit champ magnétique alternatif appliqué, et ledit dispositif pour amener les moments magnétiques nucléaires alignés de chacun desdits gaz à moment nucléaire à précessionner autour de la direction dudit champ magnétique stationnaire comprend un moyen pour appliquer un champ magnétique alternatif de réinjection dans une direction orthogonale à la direction de ce champ magnétique stationnaire à ladite fréquence de précession de Larmor détectée de chacun desdits gaz à moment nucléaire et en ce qu'il comprend un dispositif pour mesurer la phase de chacune de ces fréquences de précession de Larmor et dans lequel chacune des phases ainsi mesurées est utilisée pour

   commander la phase du champ magnétique alternatif de réinjection correspondant pour qu'elle soit à peu près en quadrature avec les phases respectives desdits moments magnétiques nucléaires précessionnnant dudit gaz, provoquant ainsi une précession entretenue desdits moments dudit gaz.

   7. Oscillateur à résonance magnétique nucléaire selon le paragraphe 6, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour démoduler électriquement lesdites modulations détectées de l'intensité de la lumière afin d'obtenir des signaux de commande avec des amplitudes proportionnelles aux composantes du champ magnétique perpendiculaire audit champ magnétique alternatif à fréquence porteuse, ainsi qu'un dispositif pour mesurer ou ajuster les composantes de ce champ magnétique perpendiculaire.

   8. Gyroscope à résonance magnétique nucléaire comprenant l'oscillateur revendiqué dans le paragraphe 6, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour capter les déplacements angulaires ou les vitesses angulaires du dispositif par rapport à la direction dudit champ magnétique stationnaire lors de changements de la phase ou - respectivementde la fréquence de la précession de Larmor d'au moins un desdits gaz à moment magnétique nucléaire.

   9. Dispositif d'alignement des moments magnétiques nucléaires, caractérisé en ce qu'il comprend : une cellule à résonance magnétique nucléaire ; une substance en phase gazeuse utilisable pour un pompage optique, qui possède un moment magnétique et est capable d'être pompée optiquement, cette substance étant contenue dans ladite cellule; également dans cette cellule, un premier et un second gaz rares dont chacun a un moment magnétique nucléaire, les moments magnétiques de chacun de ces gaz rares étant tout au moins partiellement alignés ; un dispositif pour appliquer un champ magnétique stationnaire à ladite cellule ;

   et un dispositif pour éclairer cette cellule avec une lumière de pompage optique capable d'aligner partiellement dans une direction, par absorption de cette lumière, les moments magnétiques de la substance capable d'être pompée optiquement, de manière que les moments nucléaires magnétiques desdits premier et second gaz rares soient partiellement alignés par des collisions des atomes de cette substance avec des atomes de ces gaz rares.

   10. Dispositif d'alignement des moments magnétiques nucléaires selon le paragraphe 9, caractérisé en ce que ladite cellule contient aussi une quantité importante d'au moins un gaz tampon.

   11. Dispositif d'alignement des moments magnétiques nucléaires selon le paragraphe 9, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour mesurer avec précision et régler l'intensité et la direction dudit champ magnétique stationnaire.

   12. Dispositif de détection de résonance magnétique nucléaire comprenant le dispositif d'alignement selon

   le paragraphe 11, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour faire précessionner les moments magnétiques nu-cléaires alignés de ces deux gaz rares autour de la direction du champ magnétique stationnaire aux fréquences de précession de Larmor respectives de ces deux gaz rares et un dispositif pour mesurer lesdites fréquences de précession.

   13. Dispositif de détection de résonance magnétique nucléaire selon le paragraphe 12 , caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour utiliser la différence entre les deux fréquences de précession de Larmor de ces deux gaz rares pour fixer avec précision l'intensité de la composante dudit champ magnétique stationnaire, qui est parallèle audit champ magnétique alternatif à fréquence porteuse, à un niveau prédéterminé.

   14. Oscillateur à résonance magnétique nucléaire comprenant le dispositif de détection selon le paragraphe 12, caractérisé en ce que le dispositif pour faire précessionner les moments nucléaires alignés des deux gaz rares autour de la direction dudit champ magnétique stationnaire comprend un dispositif pour appliquer dans une direction orthogonale

   à celle dudit champ magnétique stationnaire deux champs magnétiques alternatifs de réinjection auxdites fréquences respectives de précession de Larmor détectées de ces deux gaz rares et en ce qu'il comprend un dispositif pour mesurer les phases de ces fréquences de précession, lesdites phases mesurées de ces fréquences de précession étant utilisées pour amener les phases correspondantes desdits champs magnétiques alternatifs de réinjection à être à peu près en quadrature avec les phases correspondantes desdits moments magnétiques nucléaires précessionnants de ces deux gaz rares de manière à produire une précession entretenue de ces gaz rares.

   15. Gyroscope à résonance magnétique nucléaire comprenant l'oscillateur selon le paragraphe 14, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour mesurer les déplacements angulaires 'ou les vitesses angulaires du dispositif par rapport à la direction dudit champ magnétique stationnaire lors de variations de phase ou de variations de fréquences, respectivement, des fréquences de précession de Larmor d'au moins de ces deux gaz rares.

   16. Dispositif de détection d'une résonance magnétique nucléaire selon le paragraphe 12, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour appliquer un.champ magnétique alternatif à fréquence porteuse à ladite cellule à ré-

   <EMI ID=64.1>

   cette cellule avec une lumière soumise à la détection, de longueur d'onde à peu près égale à la longueur d'onde qui

   peut être absorbée par la substance utilisée pour le pompage optique, dans lequel ladite lumière soumise à la détection a

   une composante de direction orthogonale audit champ magnétique alternatif à fréquence porteuse, ainsi qu'un dispositif

   pour produire et détecter une modulation de l'intensité de ladite lumière soumise à la détection, à peu près à la fréquence d'au moins un harmonique dudit champ magnétique alternatif à fréquence porteuse et dans lequel ledit dispositif de mesure

   des fréquences de précession de Larmor de ces deux gaz rares comprend des dispositifs additionnels pour démoduler électriquement au moins une modulation de l'intensité de la lumière détectée pour obtenir des signaux variant aux fréquences de précession de Larmor desdits gaz rares, et avec des amplitudes proportionnelles au degré d'alignement des moments magnétiques nucléaires de ces gaz.

   17. Dispositif de détection de résonance magnétique nu-

   <EMI ID=65.1>

   gnétique stationnaire a une intensité particulière qui fait apparaître la précession des moments magnétiques de ladite substance utilisée pour le pompage optique à peu près sur un harmonique ou sur la fondamentale de la fréquence dudit champ magnétique alternatif à fréquence porteuse appliqué, et en ce que la direction dudit champ magnétique stationnaire est à

   peu près parallèle à la direction de ce champ magnétique alternatif appliqué.

   18. Dispositif de détection de résonance magnétique nucléaire selon l'un quelconque des paragraphes 11 à

   17, caractérisé en ce que ledit dispositif de commande dudit champ magnétique stationnaire comprend un dispositif pour démoduler électriquement les modulations de l'intensité de

   la lumière détectée pour obtenir des signaux de commande avec des amplitudes proportionnelles aux composantes du champ magnétique perpendiculaire audit champ magnétique alternatif à fréquence porteuse et en ce qu'il comprend un moyen pour mesurer et ajuster les composantes de ce champ transversal et

   un dispositif pour comparer la différence entre les deux fréquences de précession de Larmor à une différence de fréquence servant de référence précise pour ajuster à une valeur prédéterminée l'intensité de la composante dudit champ magnétique stationnaire qu&#65533;st parallèle à la direction dudit champ magnétique alternatif à fréquence porteuse.

   19. Gyroscope à résonance magnétique nucléaire comprenant le dispositif de détection selon le paragraphe 18, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur pour mesurer les déplacements angulaires ou les vitesses angulaires de ce dispositif par rapport à la direction dudit champ magnétique stationnaire, lors de changements de phase ou de changements de fréquence, respectivement, des précessions de Larmor d'au moins un des deux gaz rares.

   20. Gyroscope à résonance magnétique nucléaire selon le paragraphe 19, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour comparer la variation de ladite fréquence de précession de Larmor d'un des gaz rares à une référence précise de fréquence de précession de Larmor et un dispositif pour produire la fréquence du champ magnétique alternatif à fréquence porteuse, la fréquence de cette référence précise

   de différence de fréquence ainsi que celle de la référence précise de la fréquence de la précession de Larmor à partir d'une seule source de fréquence définie de façon précise.

   21. Dispositif d'alignement des moments magnétiques nucléaires, caractérisé en ce qu'il comprend une cellule à résonance magnétique nucléaire ; une substance en phase gazeuse ou vapeur utilisable pour un pompage optique, qui est contenue dans ladite cellule ; dans cette cellule également au moins un gaz avec un moment magnétique nucléaire, les moments ma-gnétiques nucléaires de chacun de ces gaz étant au moins en partie alignés, une quantité importante d'au moins un gaz tampon, également contenu dans cette cellule ; un dispositif pour appliquer un champ magnétique stationnaire à ladite' cellule ;

   et un dispositif pour éclairer ladite cellule avec une lumière de pompage optique capable d'aligner partiellement dans une direction, par absorption de ladite lumière, les moments magnétiques de ladite substance utilisée pour le pompage optique, de manière à aligner partiellement les moments magnétiques nucléaires de chacun desdits gaz par des collisions d'atomes de ladite substance utilisable pour le pompage optique avec des atomes de chacun desdits gaz à moment nucléaire.

   22. Dispositif d'alignement des moments magnétiques nucléaires selon le paragraphe 21, caractérisé en ce qu'on utilise d'autres dispositifs pour mesurer ou ajuster de manière précise l'intensité et la direction dudit champ magnétique stationnaire.

   23. Dispositif de détection de résonance magnétique nucléaire comprenant un dispositif d'alignement selon le paragraphe 22, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour faire précessionner les moments magnétiques de chacun des gaz à moment magnétique nucléaire autour de la direction du champ magnétique stationnaire à la fréquence de précession de Larmor correspondante dudit gaz et un dispositif pour mesurer cette fréquence de précession de Larmor.

   24. Oscillateur à résonance magnétique nucléaire, comprenant un dispositif de détection selon le paragraphe 23, caractérisé en ce que ledit dispositif pour faire.précessionner les moments magnétiques nucléaires alignés de chacun desdits gaz à moment nucléaire autour de la direction dudit champ magnétique stationnaire comprend un dispositif pour appliquer, dans une direction orthogonale à celle dudit champ magnétique stationnaire, un champ magnétique alternatif de réinjection à ladite fréquence de précession de Larmor mesurée de chacun des gaz à moment magnétique nucléaire, et en ce qu'il comprend un dispositif pour mesurer la phase de ladite fréquence de précession de Larmor pour amener la phase de

   ce champ magnétique alternatif de réinjection à être à peu près en quadrature avec la phase correspondante desdits moments magnétiques nucléaires précessionnante de ces gaz entretenant ainsi une précession des moments de chacun de ces gaz.

   25. Gyroscope à résonance nucléaire magnétique comprenant un oscillateur selon le paragraphe 24, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif destiné à capter les déplacements angulaires ou les vitesses angulaires du dispositif par rapport à la direction dudit champ magnétique stationnaire, lors de changements de phase ou de changements de fréquence, respectivement, des fréquences de précession de Larmor d'au moins un de ces gaz à moment nucléaire.

   26. Dispositif de détection de résonance magnétique nucléaire selon le paragraphe 23, caractérisé en ce qu'il comprend : un dispositif pour appliquer un champ magnétique alternatif à fréquence porteuse à ladite cellule, un dispositif pour éclairer cette cellule avec une lumière soumise à une détection d'une longueur d'onde à peu près égale à celle qui est absorbée par la substance utilisée pour le pompage optique, en ce que ladite lumière soumise à une détection a une composante de direction orthogonale audit champ magnétique alternatif à fréquence porteuse, en ce qu'il comprend en outre un dispositif pour produire et détecter des modulations de l'intensité de ladite lumière soumise à une détection à la fréquence, ou au voisinage de la fréquence, d'au moins un harmonique de la fréquence de ce champ magnétique alternatif à fréquence porteuse ,

   et en ce que ledit dispositif de mesure de la fréquence de précession de Larmor de chacun des gaz à moment nucléaire comprend un dispositif additionnel destiné à démoduler électriquement au moins une desdites modulations de l'intensité de la lumière détectée pour obtenir des signaux variant à la fréquence de précession de Larmor de chacun desdits gaz à moment nucléaire et avec des amplitudes proportionnelles au degré d'alignement desdits moments magnétiques nucléaires de chacun de ces gaz. 27.

   Dispositif de détection de résonance magnétique nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend : une cellule à résonance magnétique nucléaire ; une substance en phase gazeuse ou vapeur pour un pompage optique, qui possède un moment magnétique, contenue dans ladite cellule ; également dans cette cellule au moins un gaz, chaque gaz ayant un moment magnétique nucléaire, les moments magnétiques de chacun de ces gaz étant alignés au moins partiellement, un dispositif pour appliquer un champ magnétique stationnaire à ladite cellule ;

   un premier dispositif pour éclairer ladite cellule avec une lumière de pompage optique capable d'aligner partiellement dans une direction, par absorption de ladite lumière, les moments magnétiques de ladite substance capable d'être pompée optiquement ; un dispositif pour faire précessionner les moments magnétiques nucléaires alignés de chacun de ces gaz à moment nucléaire autour de la direction du champ magnétique stationnaire aux fréquences respectives de précession de Larmor de chacun de ces gaz; un dispositif pour appliquer un champ magnétique alternatif à fréquence porteuse à là cellule ;

   un second dispositif pour éclairer ladite cellule avec une lumière soumise à la détection, d'une longueur d'onde égale ou à peu près égale à la longueur d'onde qui peut être absorbée par la substance utilisée pour le pompage optique, lesdits premier et second dispositifs éclairant ladite cellule par des faisceaux de lumière distincts provenant de diverses directions ;

   un dispositif pour appliquer ladite lumière soumise à la détection, avec une composante de direction orthogonale à celle dudit champ magnétique alternatif à fréquence porteuse pour moduler l'intensité d'au moins un harmonique, y compris la fondamentale, de la partie transmise de ladite lumière soumise à une détection, à peu près à la fréquence'de ce champ magnétique alternatif à fréquence porteuse, un dispositif pour détecter au moins une de ces modulations de l'intensité de la partie transmise de la lumière soumise à une détection ;

   et un dispositif pour démoduler électriquement ces modulations d'intensité de la lumière détectée pour obtenir des signaux variant à la fréquence de précession de Larmor de chacun desdits gaz à moment nucléaire et avec une amplitude proportionnelle au degré d'alignement desdits moments magnétiques nucléaires de chacun de ces gaz.