CH369906A - Method for measuring a magnetic field, device for carrying out this method and application of the method for measuring the gradient of a magnetic field - Google Patents

Method for measuring a magnetic field, device for carrying out this method and application of the method for measuring the gradient of a magnetic field

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CH369906A
CH369906A CH941662A CH941662A CH369906A CH 369906 A CH369906 A CH 369906A CH 941662 A CH941662 A CH 941662A CH 941662 A CH941662 A CH 941662A CH 369906 A CH369906 A CH 369906A
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CH941662A
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H Varian Russel
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Varian Associates
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Description

  

  Verfahren zur Messung eines magnetischen Feldes, Gerät zur     Ausführung    dieses  Verfahrens und Anwendung des Verfahrens zur Messung des Gradienten eines  magnetischen Feldes    Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren  zur Messung eines magnetischen Feldes unter Ver  wendung einer Substanz, welche     Atomkerne    mit  einem magnetischen Moment aufweist, die unter dem  Einfluss des zu messenden Feldes eine     gyromagne-          tische    Präzession ausführen können, ferner auf ein  Gerät zur Durchführung dieses Verfahrens und auf  eine Anwendung des Verfahrens zur Messung des  Gradienten eines magnetischen Feldes mittels meh  rerer, in räumlich voneinander entfernten Feldpunk  ten befindlicher Spulen mit Substanzen,

   welche     gyro-          magnetische    Atomteile enthalten. Das Anwendungs  feld der Erfindung liegt bei geomagnetischen Mes  sungen, Bodenuntersuchungen und Aufzeichnungen  magnetischer Felder.  



  Man hat bereits     Magnetometer    gebaut, die hin  reichend leicht und räumlich gedrängt sind, so dass  sie von einer Person getragen werden können. Diese  Apparate hatten jedoch schwerwiegende Unzuläng  lichkeiten. Waren die Geräte so robust, dass man sie  im Freien benutzen konnte, so war ihre Empfind  lichkeit gering; ein derartiges robustes, tragbares Ge  rät konnte beispielsweise nur Schwankungen von  Magnetfeldern oberhalb<B>250</B> y anzeigen.  



  Es werden auch sorgsame Behandlung er  heischende Instrumente verwendet, welche eine  Empfindlichkeit von der Grösse plus-minus 30 y be  sitzen. Diese     Instrumente    indessen können nur ent  weder die horizontale Komponente des erdmagne  tischen Feldes oder die vertikale Komponente  messen, nicht aber beide gleichzeitig. Diese empfind  lichen Instrumente gestatten überdies nur wenige       Ablesungen    in der Zeiteinheit. Die Instrumente  werden beispielsweise auf einem Stativ aufgebaut,  das auf dem Boden fest aufgestellt wird, und es muss    dann ein Richtelement des Gerätes sorgfältig hori  zontal ausgerichtet und in bezug auf die Ebene des  erdmagnetischen     Meridianes    eingestellt werden.

   Es  kann eine Messung des Erdfeldes nur ausgeführt  werden, nachdem nicht unbeträchtliche Zeit und  Mühe für die Vorbereitung der Messung aufgewen  det wurde, und die Messung ist nur dann empfind  lich, wenn das Element hinreichend temperatur  kompensiert,     kalibriert    und ausgerichtet ist und  ferner die empfindlichen mechanischen     Anzeigemittel     beim Feldtransport nicht zuvor beschädigt wurden.  



  Um den genannten Mängeln abzuhelfen, sollen  die Erscheinungen der magnetischen Präzession, die       Russel    H.     Varian    in seinem amerikanischen     Reissue-          Patent    Nr. 23769, betitelt  Verfahren und Mittel,  um Kerneigenschaften von Atomen und magnetische  Felder in Abhängigkeit zu setzen  beschrieben hat,  ausgenützt werden, um diese Methode besonders  zweckmässig für tragbare Geräte anzuwenden.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch  gekennzeichnet, dass man     in    der Substanz durch  Polarisation eine     gyromagnetische    Präzession der  Atomteile um das zu messende Feld erzeugt, dass  man ein von dieser Präzession abhängiges Signal er  zeugt und dieses     mit    einem Standardsignal vergleicht,  dass so ein zweites Signal gewonnen wird, dessen  Frequenz ein     Mass    für das magnetische Feld ergibt,  und dass das zweite Signal einem Zungenfrequenz  messer zugeführt wird.  



  Das erfindungsgemässe Gerät ist gekennzeichnet  durch eine elektrische Spule zur Polarisation der       gyromagnetischen    Atomteile der Substanz, wobei die       Längsachse    dieser Spule in eine     bestimmte    Winkel  lage bezüglich des zu messenden Feldes gebracht  werden kann, und durch eine zur Erregung der Spule      dienende und nach der Polarisation des Kernes von  der Spule abschaltbare Stromquelle und durch einen       Zungenfrequenzmesser,    dem das ein Mass für das  Magnetfeld bildende Signal zugeführt wird.  



  Die Anwendung des Verfahrens zur Messung des  Feldgradienten ist dadurch gekennzeichnet, dass die  von mehreren an räumlich getrennten Feldpunkten  angeordneten Spulen erzeugten Signale miteinander  verglichen werden, so dass     ihr        Frequenzunterschied     ein Mass für den zwischen den Feldpunkten herr  schenden Feldgradienten ergibt.  



  Das     erfindungsgemässe    Verfahren, das dazu ver  wendete erfindungsgemässe Gerät und die erfin  dungsgemässe Anwendung des Verfahrens werden  anhand der Zeichnung in Beispielen erläutert:       Fig.    1 zeigt     einen    Mann, der ein erfindungsgemäss  ausgebildetes     Magnetometer    trägt.  



       Fig.2    ist ein     Prinzipschaltbild    eines     Magneto-          meters.     



       Fig.2a    ist ein Diagramm, welches die Kurven  f = f (C) mit L als Parameter darstellt.  



       Fig.    3 ist dasselbe für eine zweite Ausführungs  form.  



       Fig.4    zeigt das Blockschema eines     Messgerätes     für den Gradienten.  



  In     Fig.    2 ist das Blockschaltbild einer ersten  Ausführungsform des     Magnetometers    wiedergegeben.  Eine     Messspule    1 dient als sondierendes Element des  Magnetfeldes. Die Spule besteht aus einer Draht  spule, welche um einen Kern aus einem Material,  welches     gyromagnetische    Atomteile, wie beispiels  weise Protonen, in Wasser enthält, gewickelt ist. Die  Spule bildet den induktiven Teil eines abgestimmten  Resonanzkreises. Ein Satz Kapazitäten 2, die wahl  weise mit der Spule durch Drehen eines Schleif  kontaktes 3 gekoppelt werden können, dienen als  Kapazitäten des abgestimmten Kreises.  



  Die Spule dient zwei Zwecken. Erstens erzeugt  sie das Polarisationsmagnetfeld, welches die     gyro-          magnetischen    Atomteile in einer Richtung polari  siert, welche unter einem Winkel zu der Richtung  des magnetischen Feldes liegt, welches gemessen  werden soll. Wenn die     gyromagnetischen    Atomteile  durch die Spule polarisiert sind, wird dieselbe abge  schaltet, und man lässt das magnetische Feld der  Spule zusammenbrechen. Wenn das polarisierende  Feld nicht mehr vorhanden ist, führen die     gyro-          magnetischen    Atomteile eine freie Präzession in dem  Feld aus, welches gemessen werden soll.

   Die Spule  erfüllt dann ihren zweiten Zweck, nämlich die     Prä-          zessionssignale    aufzunehmen, die durch die     Präzes-          sion    der     gyromagnetischen    Atomteile in ihr indu  ziert werden.  



  Ein     Polarisations-Empfangs-Relais    4 steuert die  zwei Funktionen der     Messspule    1, indem es zu  nächst eine Polarisationsbatterie 5 mit der Spule 1  verbindet, so dass die Spule ein polarisierendes Ma  gnetfeld aufbaut; wenn nach einer gewissen Zeit  spanne die     gyromagnetischen    Atomteile polarisiert    sind, schaltet das Relais 4 die Polarisationsbatterie  von der Spule 1 ab, und gleichzeitig wird die Spule  an den Eingangskreis eines Verstärkers 6 geschaltet.  Eine     Schaltsteuerstufe    7 betätigt das Relais 4.

   Die       Schaltsteuerstufe    7 kann eine doppelpolige Schalt  vorrichtung enthalten, welche von Hand betätigt  wird, sie kann aber auch ein monostabiler Multi  vibrator mit einer geeigneten Zeitkonstante sein.  Das freie     Präzessionssignal    wird von einem abge  stimmten     Detektor-Schwingungskreis    aufgenommen,  der aus der Spule 1 und einer aus dem Satz 2 aus  gewählten Kapazität besteht. Nach Empfang wird  das     Präzessionssignal    durch das Relais 4 dem Ein  gangskreis des Verstärkers 6 zugeführt, wo das Si  gnal verstärkt und dann einem     Schmalbandfilter    8  zugeleitet wird.

   Das Filter 8 dient dem Zweck, von  aussen induzierte Signale und Rauschspannungen,  welche das     gyromagnetische        Präzessionssignal    beglei  ten, auszufiltern. Das     Schmalbandfilter    8 ist auf be  stimmte Frequenzbereiche     abstimmbar,    indem nach  einander verschiedene Kapazitäten aus einem     Kapa-          zitätensatz    9 mit Hilfe eines Schleifkontaktes 11 ein  geschaltet werden.

   Die Ausgangsspannungen des       Schmalbandfilters    8 werden einer Mischstufe 12  zugeführt, in der das     gyromagnetische    Signal mit  einem Signal gemischt wird, welches von einem ört  lichen     Oszillator    13 erzeugt wird.  



  Der örtliche     Oszillator    13 ist auf eine Anzahl  verschiedener Frequenzbereiche     abstimmbar,    indem  verschiedene Kapazitäten der     Kapazitätenanordnung     14 mittels eines Schleifkontaktes 15 in den Reso  nanzkreis eingeschaltet werden. Es ist ferner ein       Stufenvariometer    16 vorgesehen, welches die     Ankop-          pelung    verschiedener     Induktivitäten    an dem Ab  stimmkreis des     Oszillators    gestattet.

   Die Grössen der  Kapazitäten und der     Induktivitäten,    die bei aufeinan  derfolgenden Stufenstellungen nacheinander einge  schaltet werden, sind so gewählt, dass die Resonanz  frequenzen, die durch sie bestimmt sind, jeweils sol  chen Punkten der Kurven f = f (C) mit L als Para  meter entsprechen, in welchem die Steilheit dieser  Kurven für jede der aufeinanderfolgenden Frequen  zen im wesentlichen die gleiche ist (siehe     Fig.        2a).     Bei einer solchen Wahl der Kapazitätsabstufung er  gibt sich im wesentlichen die gleiche     Frequenzände-          rung    in dem gesamten     Abstimmbereich,

      der durch  den Schleifkontakt 15 und den     Stufenvariometer    16  bestimmt ist. Ein zweiter     Kapazitätenatz    18 kann  der Reihe nach an den abgestimmten Kreis des ört  lichen     Oszillators    13 mittels eines zweiten Schleif  kontaktes 19 angeschaltet werden, um dadurch eine  Feineinstellung der Frequenz innerhalb der Grob  einstellungen, die durch den Schleifkontakt 15 und  den     Variometerkontakt    16 bedingt sind, zu erzielen.

    Die     Kapazitäts-    und     Induktivitätswerte    der Grob  stimmung sind so gewählt, dass die Resonanzfrequen  zen, die durch sie bestimmt sind, jeweils einem  solchen Punkt der     f-C-Kurven    für verschiedene     L-          Werte    entsprechen, in welchem die     Steilheit,sf(ae    die  ser     C-Kurven    für jede der aufeinanderfolgenden Fre-           quenzen    im wesentlichen die gleiche ist.

   Dies     kann     mathematisch folgendermassen ausgedrückt werden:  
EMI0003.0003     
    w0:  <I>k</I> = die Steilheit der Kurve     f   <I>=</I>     f   <I>(C)</I> mit<I>L =</I>     L,     im Punkte     C,    ist, welche während den auf  einanderfolgenden Einstellungen konstant  bleibt,       Cl    - die anfängliche parallel geschaltete Kapazität  in Farad,       L1    = die anfängliche     Induktivität    in     Henry.     



  Der neue Wert der     Induktivität    in     Henry    in  Funktion der neuen Frequenz     f2    ist:  
EMI0003.0015     
    wo:       L.    = die neue     Induktivität    des Resonanzkreises  - in     Henry    und  die neue Resonanzfrequenz in Hertz.  Die neue Kapazität C2 in Farad ist:  
EMI0003.0019     
    Der Ausgangskreis der Mischstufe 12 enthält  Summen- und Differenzfrequenzen, die dem obern  und dem untern Seitenband des     Überlagerungs-          vorganges    der Signale des lokalen     Oszillators    und  der freien Präzession entsprechen.

   Der lokale     Oszil-          lator    13 besitzt eine Frequenz, die etwa gleich der       Präzessionsfrequenz    ist, so dass die Differenzfrequenz  eine niedrige Frequenz ist. Ein Filter 21 dient dem  Zwecke, den unerwünschten Träger und die höheren       Seitenbandsignale    auszufiltern.  



  Um das     Niederfrequenzsignal,    dessen Frequenz  ein Mass für die magnetische Feldstärke ist,     zu    ver  vielfachen, und es dadurch in eine höhere Frequenz  zu überführen, die eine exakte messbare Grösse als  Mass des magnetischen Feldes bildet, kann das untere  Seitenband, welches die Mischstufe 12 liefert, zwecks  Erzielung einer hohen Empfindlichkeit einem     Fre-          quenzvervielfacher    22 über einen     Schalter    23 mit  zwei Schaltstellungen zugeführt werden.

   Der     Fre-          quenzvervielfacher    22     vervielfacht    das untere Seiten  band auf ein geeignetes     Vielfaches,    beispielsweise  auf das Zehnfache, und führt die     vervielfachte    Fre  quenz dem Eingangskreis einer Mischstufe 24     zu.     Ein zweiter     Oszillator    25 schwingt mit einer be  stimmten festen Frequenz und liefert der Mischstufe  24 ein Signal, welches mit der von der     Vervielfacher-          stufe    22 gelieferten Frequenz überlagert wird.  



  Das Ausgangssignal der Mischstufe 24 enthält  ein Summen- und ein     Differenz-Seitenband.    Das  untere Seitenband wird in     einem    Filter 26 ausge  siebt, während man die Trägerfrequenz und das  obere Seitenband als     unerwünscht    unterdrückt. Die    Niederfrequenz des Filters 26     wird    dann einem     Lei-          stungsvertärker    27 zugeführt, der das Signal ver  stärkt und einem     Zungenfrequenzmesser    28 zuführt.  



  Der     Zungenfrequenzmesser    28 misst die Fre  quenz des ihm zugeführten Signals, die     ein        Mass     für die Stärke des Magnetfeldes ist. Er kann, falls       erwüncht,    direkt in magnetischen     Feldstärkeeinheiten     geeicht sein.

   Ein     Zungenfrequenzmesser    28 ist hier  besonders geeignet, in Anbetracht der kurzen Dauer  des     gyromagnetischen        Präzessionssignals.    Ein solches       Messinstrument    liefert fast momentan einen Anzeige  wert der Frequenz, während andere Messgeräte, bei  spielsweise     Drehspulinstrumente,    nur langsam an  sprechen und schwer die     Ablesung    des Spitzenwertes  gestatten.  



  Eine weniger empfindliche Messung der magne  tischen Feldstärke kann man dadurch erhalten, dass  man den Schalter 23 in die     Nebenschlussstellung    zu  dem     Frequenzvervielfacher    22 der Mischstufe 24,  dem Filter 26 und dem     Oszillator    25 legt, so dass  die Niederfrequenz des Filters 21 direkt dem Ein  gangskreis des Leistungsverstärkers 27 zugeleitet  wird, wo sie verstärkt und darnach dem     Zungenfre-          quenzmesser    28     zugeführt    wird.  



  Wenn man das erdmagnetische Feld auf der  nördlichen Halbkugel misst, muss man erwarten, dass  beispielsweise Protonen eine     Präzessionsfrequenz     zwischen 1,5     -kHz    und 3,0     kHz        liefern.    Es ist nicht  zweckmässig, dass der abgestimmte Kreis, der für die  Zwecke der Aufnahme des     Präzessionssignals    dient,  eine Bandbreite besitzt, welche sich über diesen  ganzen Frequenzbereich erstreckt, weil seine Emp  findlichkeit umgekehrt proportional der Bandbreite  ist. Aus diesem Grunde ist der abgestimmte Emp  fangskreis in verschiedenen Schritten kleinerer Band  breite     abstimmbar,    um den gesamten zu erwartenden  Frequenzbereich zu überdecken.

   In ähnlicher Weise  sind das     Schmalbandfilter    8 und ebenso der ört  liche     Oszillator    13 in einer Reihe verschiedener Fre  quenzbereiche, die den verschiedenen Frequenzberei  chen des abgestimmten Empfangskreises entsprechen,       abstimmbar.     



  Eine Grobabstimmung 29 koppelt die drei  Schleifkontakte 3, 11 und 15 und das     Stufenvario-          meter    16     miteinander;    so dass die Resonanzfrequenz  des Empfangskreises, des     Schmalbandfilters    und die  des lokalen     Oszillators    13 synchron auf die gleiche  Frequenz abgestimmt werden können. Es ist ferner  eine     Feinabstimmung    31 vorgesehen, um mittels des  Schleifkontaktes 19 verschiedene Kapazitäten an den  örtlichen     Oszillator    13 anzuschalten und dadurch die  Frequenz desselben in gleichen Schritten innerhalb  des betreffenden Bereiches zu verändern.

   Die Fein  abstimmung 31 wird im Zusammenhang mit der  exakteren Feldmessung, die unter Anwendung des       Frequenzvervielfachers    22 und der zugehörigen  Schaltelemente durchgeführt wird, benützt. Die Ab  stimmungen 29 und 31 können in Einheiten der  magnetischen Feldstärke geeicht werden, so dass      leicht die gesamte magnetische Feldstärke abgelesen  werden kann, indem die     Ablesungen    des Zungen  frequenzmessers zu den     Ablesungen    des Grob- und       Feinabstimmbereiches    hinzuaddiert werden.  



  Ein     Eichoszillator    32 mit einer festen, bekann  ten Frequenz ist vorgesehen, der die für ihn erfor  derliche Leistung über einen Schalter 33 von der  Polarisationsbatterie 5 bezieht. Andere Apparate  teile ausser den     Oszillatoren    1.3 und 25 beziehen ihre  Leistung ebenfalls von der Batterie 5. Die     Oszilla-          toren    13 und 25 entnehmen ihre Leistung einer be  sonderen Batterie, die nicht dargestellt ist, um     Fre-          quenzänderungen,    welche auf Schwankungen der der  polarisierenden Batterie 5 entnommenen Leistung  zurückgehen, zu vermeiden.

   Der Ausgangskreis des       Eichoszillators    wird mit dem abgestimmten Ein  gangskreis gekoppelt, um einen Ersatz für das     gyro-          magnetische    Resonanzsignal zu haben. Der örtliche       Oszillator    13 kann dann geeicht und so eingestellt  werden, wie es zum Vergleich seiner Frequenz mit  der bekannten     Eichfrequenz    nötig ist. Wenn die An  ordnung geeicht wird, befindet sich das     Polarisations-          Empfangs-Relais    4 in seiner Empfangsstellung.  



  Obwohl eine Reihe von Kapazitätssätzen vor  gesehen wurden, um den     Messbereich    des     Magneto-          meters    zu vergrössern, sind diese bereichsmässigen  Einstellungen nicht erforderlich, wenn das Gerät zur  Messung von Feldstärken verwendet wird, welche  sich von einem gewissen Durchschnittswert nur  wenig unterscheiden.  



  Wenn man mit einer etwas geringeren Empfind  lichkeit vorlieb nimmt, können der     Frequenzverviel-          facher    22, die Mischstufe 24, der     Oszillator    25, das  Filter 26 und die zugehörigen     Feineinstellmittel    18,  19 und 31 wegfallen. Es kann dann auch der     Eich-          oszillator    32, der dann nicht mehr notwendig ist,  wegbleiben.  



  Bei der praktischen Ausführung eines solchen       Messgerätes    sollte die     Messspule    1 und der Kern  möglichst weit von lokalen magnetischen Störungen       entfernt    sein. Es ist daher zweckmässig, die Spule  und die Probe hinter dem Kopf der Bedienungs  person, wie in     Fig.    1 dargestellt, anzuordnen, wäh  rend die übrigen Apparateteile in einem leitenden  metallischen Gehäuse 34, beispielsweise aus Alumi  nium, angeordnet werden, um eine Abschirmung  dieser Elemente gegen äussere elektromagnetische  Störungen zu bewirken.  



  In     Fig.    3 ist eine andere     Ausführungsform    der  Erfindung dargestellt. Die Konstruktion und die  Wirkungsweise entsprechen der in     Fig.    2 dargestell  ten Ausführungsform. Insbesondere ist das Mess  gerät gemäss     Fig.    3 gleich mit dem gemäss     Fig.    2 bis  zu dem Punkt, wo das     Präzessionssignal    das Schmal  bandfilter verlässt.

   Bei der Messung betätigt die       Schaltsteuerstufe    35 das     Polarisations-Empfangs-          Relais    36, um in entsprechender Reihenfolge die  die     gyromagnetische    Probe umgebende     Messspule    38  zu erregen, indem dieselbe an die Batterie 37 an  geschaltet wird und die Probe polarisiert.

   Nachdem    die Probe polarisiert wurde, schaltet das Relais 36  wieder auf Empfangsstellung um, und es wird das       Präzessionssignal,    welches von der Spule 38 und der  Probe kommt, empfangen; das     Präzessionssignal     wird dem Eingangskreis des Verstärkers 39 zuge  führt, in dem es verstärkt wird und sodann einem       Sehmalbandfilter    41     zugeleitet    wird. Nachdem das  Signal das     Schmalbandfilter    41 durchsetzt hat, wird  es einem     Frequenzvervielfacher    42 zugeleitet, indem  die     Präzessionsfrequenz    in geeigneter Weise verviel  facht, beispielsweise verzehnfacht wird.

   Das verviel  fachte Signal wird dann mit einer bekannten, festen  Frequenz eines örtlichen     Oszillators    44 in einer  Mischstufe 43 überlagert. Im Ausgangskreis der       Michstufe    43 treten die Summen und die Differenz  frequenz auf, und das untere Seitenband wird mittels  eines Filters 45 ausgesiebt und dem Eingangskreis  eines Leistungsverstärkers 46     zugeführt,    der es ver  stärkt und einem     Zungenfrequenzmesser    47 zuleitet.  



  Es können, wie das anhand der     Fig.    2 beschrie  ben wurde,     Kondensatorsätze    vorgesehen sein, um  den     Messbereich    des Gerätes auszudehnen. Es kön  nen ferner der örtlich vorgesehene     Oszillator    und der       Zungenfrequenzmesser    in Einheiten der Feldstärke  geeicht sein, um auf diese Weise die     Ablesung    des  magnetischen Feldes zu erleichtern. Es kann ebenso  ein geeichter     Oszillator,    wie er in     Fig.    2 vorgesehen  war, bei dieser Ausführungsform Anwendung finden.  



  Der Vorteil der vorstehenden Anordnung gegen  über der Ausführungsform nach     Fig.    2 liegt darin,  dass zur Messung von Feldstärken innerhalb eines  engen Bereiches die Notwendigkeit eines zweiten  örtlichen     Oszillators,    einer Mischstufe und eines  Filters entfällt.  



  Dank der beschriebenen Ausführungsformen er  geben sich eine magnetische     Feldmessanordnung    und  ein     Messverfahren,    welche die Anwendung eines gut  tragbaren, räumlich gedrängten und genauen     Mess-          instrumentes    gestatten, dergestalt, dass die magne  tische Feldmessung nur eine Angelegenheit von Se  kunden ist.  



  In     Fig.    4 ist eine weitere Ausführungsform der  Erfindung gezeigt, bei der zwei     Magnetometer    ge  mäss     Fig.    2     kombiniert    sind, um ein     Gradientenmess-          gerät    zu bilden. Dieses besteht aus zwei gleichartigen       Magnetometersystemen,    die dem in     Fig.    2 dargestell  ten     Magnetometersystem    entsprechen. Es sind daher  der     Fig.    2 entsprechende Teile in     Fig.    4 mit gleichen  Bezugszeichen bezeichnet.

   Gewisse Bauteile, nämlich  der     Eichoszillator    32, die     Schaltsteuerstufe    7, die  Batterie 5, der     örtliche        Oszillator    13, der feste       Oszillator    25 und der     Zungenfrequenzmesser    28  gehören beiden Systemen an. Gestrichene Bezugs  zeichen werden für das eine der zwei     Magnetometer-          systeme,    aus denen sich der Apparat zusammensetzt,  verwendet, um die Bauelemente dieses Systems von  denen des andern Systems zu unterscheiden.  



  Bei einer bevorzugten     Auführungsform    des     Gra-          dientenmessgerätes    sind die     Messspulen    1 und 1' in       grossem    Abstand von den übrigen Apparateteilen      angeordnet, um die Möglichkeit einer magnetischen  Störung durch das Instrument selbst zu vermeiden.  Es befinden sich ferner die beiden Spulen 1 und 1'  in einem bestimmten Abstand voneinander. Der Un  terschied der magnetischen Felder an den Stellen der  beiden Spulen wird gemessen, um auf diese Weise  ein Mass für den Gradienten des magnetischen Feldes  zwischen den Spulen zu erhalten.  



  Die Betriebsweise jedes     Magnetometers    des     Gra-          dientenmessgerätes    entspricht vollständig der     Fig.    2.  Die Ausgangskreise der Leistungsverstärker 27 und  27' führen eine Signalfrequenz, welche ein Mass für  die magnetische Feldstärke in den beiden voneinan  der entfernten     Messspulen    1 und 1' ist. Die beiden  Frequenzen werden dann einem Zungenfrequenz  messer 28     zugeführt,    welcher beide Frequenzen an  zeigt.

   Die Bedienungsperson beobachtet dann die  beiden Frequenzen und subtrahiert die eine     Ablesung     von der     andern    und erhält so einen     Messwert    für  den magnetischen Feldgradienten zwischen den bei  den Spulen.  



  Der Arbeitsbereich des     Messgerätes    kann durch  Grob- und     Feineinstellgeräte,    wie in     Fig.    2 gezeigt  wurde, erweitert werden.  



  Es können auch zwei     Magnetometersysteme    von  der Art, wie sie in     Fig.    3 gezeigt sind, als Einzel  Magnetometer in dem     Gradientenmessgerät    verwen  det werden. Es könnten statt der     Magnetometermess-          geräte,    welche die freie     gyromagnetische    Präzession  ausnützen, auch     gyromagnetische        Oszillatoren    oder  irgendwelche andere     gyromagnetische    Instrumente  zur Bestimmung des Feldes verwendet werden.



  Method for measuring a magnetic field, apparatus for carrying out this method and application of the method for measuring the gradient of a magnetic field. The invention relates to a method for measuring a magnetic field using a substance which has atomic nuclei with a magnetic moment which can perform a gyromagnetic precession under the influence of the field to be measured, also to a device for carrying out this method and to an application of the method for measuring the gradient of a magnetic field by means of several coils with substances located in spatially separated field points ,

   which contain gyro-magnetic atomic parts. The application field of the invention lies in geomagnetic measurements, soil surveys and recordings of magnetic fields.



  Magnetometers have already been built that are sufficiently light and compact so that they can be carried by one person. However, these machines had serious shortcomings. If the devices were so robust that they could be used outdoors, their sensitivity was low; Such a robust, portable device could, for example, only display fluctuations in magnetic fields above <B> 250 </B> y.



  Instruments that require careful treatment and have a sensitivity of plus-minus 30 y are used. However, these instruments can only measure either the horizontal component of the terrestrial magnetic field or the vertical component, but not both at the same time. These sensitive instruments also allow only a few readings in the unit of time. The instruments are set up, for example, on a tripod that is firmly set up on the floor, and a directional element of the device must then be carefully aligned horizontally and adjusted with respect to the plane of the terrestrial magnetic meridian.

   A measurement of the earth's field can only be carried out after considerable time and effort has been expended in preparing the measurement, and the measurement is only sensitive if the element is sufficiently temperature-compensated, calibrated and aligned, and also the sensitive mechanical ones Indicating means were not previously damaged during field transport.



  In order to remedy the shortcomings mentioned, the phenomena of magnetic precession, which Russel H. Varian described in his American Reissue Patent No. 23769, titled Methods and Means to Relate Nuclear Properties of Atoms and Magnetic Fields, should be exploited. to use this method particularly expediently for portable devices.



  The method according to the invention is characterized in that a gyromagnetic precession of the atomic parts around the field to be measured is generated in the substance by polarization, a signal dependent on this precession is generated and this is compared with a standard signal so that a second signal is obtained , the frequency of which gives a measure of the magnetic field, and that the second signal is fed to a tongue frequency meter.



  The device according to the invention is characterized by an electric coil for polarizing the gyromagnetic atomic parts of the substance, the longitudinal axis of this coil being able to be brought into a certain angular position with respect to the field to be measured, and by a coil which is used to excite the coil and after the polarization of the core current source that can be switched off by the coil and by a reed frequency meter to which the signal forming a measure of the magnetic field is fed.



  The use of the method for measuring the field gradient is characterized in that the signals generated by several coils arranged at spatially separated field points are compared with one another, so that their frequency difference provides a measure of the field gradient prevailing between the field points.



  The method according to the invention, the device according to the invention used for this purpose and the application of the method according to the invention are explained in examples with reference to the drawing: FIG. 1 shows a man wearing a magnetometer designed according to the invention.



       Fig. 2 is a basic circuit diagram of a magnetometer.



       2a is a diagram showing the curves f = f (C) with L as a parameter.



       Fig. 3 is the same for a second embodiment.



       4 shows the block diagram of a measuring device for the gradient.



  In Fig. 2 the block diagram of a first embodiment of the magnetometer is shown. A measuring coil 1 serves as a probing element of the magnetic field. The coil consists of a wire coil which is wound around a core made of a material which contains gyromagnetic atomic parts, such as protons, in water. The coil forms the inductive part of a tuned resonance circuit. A set of capacitances 2, which can optionally be coupled with the coil by rotating a sliding contact 3, serve as capacities of the tuned circuit.



  The coil serves two purposes. Firstly, it generates the polarization magnetic field, which polarizes the gyro-magnetic atomic parts in a direction which is at an angle to the direction of the magnetic field which is to be measured. When the gyromagnetic atomic parts are polarized by the coil, the same is switched off, and the magnetic field of the coil is allowed to collapse. When the polarizing field is no longer present, the gyro-magnetic atomic parts carry out a free precession in the field which is to be measured.

   The coil then fulfills its second purpose, namely to pick up the precession signals that are induced in it by the precession of the gyromagnetic atomic parts.



  A polarization receiving relay 4 controls the two functions of the measuring coil 1 by first connecting a polarization battery 5 to the coil 1 so that the coil builds up a polarizing magnetic field; When the gyromagnetic atomic parts are polarized after a certain period of time, the relay 4 switches off the polarization battery of the coil 1, and at the same time the coil is connected to the input circuit of an amplifier 6. A switching control stage 7 actuates the relay 4.

   The switching control stage 7 can contain a double-pole switching device which is operated by hand, but it can also be a monostable multi vibrator with a suitable time constant. The free precession signal is picked up by a matched detector oscillation circuit, which consists of the coil 1 and one of the set 2 of selected capacitance. After reception, the precession signal is fed through the relay 4 to the input circuit of the amplifier 6, where the signal is amplified and then fed to a narrow band filter 8.

   The filter 8 serves the purpose of filtering out externally induced signals and noise voltages which accompany the gyromagnetic precession signal. The narrow band filter 8 can be tuned to specific frequency ranges by successively switching on different capacitances from a set of capacities 9 with the aid of a sliding contact 11.

   The output voltages of the narrow band filter 8 are fed to a mixer 12 in which the gyromagnetic signal is mixed with a signal which is generated by a local oscillator 13.



  The local oscillator 13 can be tuned to a number of different frequency ranges by different capacities of the capacitance arrangement 14 being switched on by means of a sliding contact 15 in the resonance circuit. A step variometer 16 is also provided which allows various inductances to be coupled to the tuning circuit of the oscillator.

   The sizes of the capacitances and inductances, which are switched on one after the other with successive step positions, are chosen so that the resonance frequencies that are determined by them are points of the curves f = f (C) with L as a parameter correspond in which the steepness of these curves for each of the successive Frequen zen is substantially the same (see Fig. 2a). With such a choice of the capacitance gradation there is essentially the same frequency change in the entire tuning range,

      which is determined by the sliding contact 15 and the step variometer 16. A second set of capacitors 18 can be connected in sequence to the tuned circuit of the local oscillator 13 by means of a second sliding contact 19, in order to fine-tune the frequency within the coarse settings that are caused by the sliding contact 15 and the variometer contact 16 achieve.

    The capacitance and inductance values of the coarse tuning are chosen so that the resonance frequencies that are determined by them correspond to such a point on the fC curves for different L values at which the slope, sf (ae these C- Curves for each of the successive frequencies is essentially the same.

   This can be expressed mathematically as follows:
EMI0003.0003
    w0: <I> k </I> = the steepness of the curve f <I> = </I> f <I> (C) </I> with <I> L = </I> L, at point C. , which remains constant during successive adjustments, Cl - the initial parallel capacitance in Farads, L1 = the initial inductance in Henry.



  The new value of the inductance in Henry as a function of the new frequency f2 is:
EMI0003.0015
    where: L. = the new inductance of the resonance circuit - in Henry and the new resonance frequency in Hertz. The new capacitance C2 in farads is:
EMI0003.0019
    The output circuit of the mixer 12 contains sum and difference frequencies which correspond to the upper and lower sidebands of the superposition process of the signals of the local oscillator and the free precession.

   The local oscillator 13 has a frequency which is approximately equal to the precession frequency, so that the difference frequency is a low frequency. A filter 21 serves the purpose of filtering out the undesired carrier and the higher sideband signals.



  In order to multiply the low-frequency signal, the frequency of which is a measure of the magnetic field strength, and thereby convert it to a higher frequency that forms an exact measurable size as a measure of the magnetic field, the lower sideband, which the mixer 12 supplies , in order to achieve a high sensitivity, a frequency multiplier 22 via a switch 23 with two switching positions.

   The frequency multiplier 22 multiplies the lower side band to a suitable multiple, for example ten times, and feeds the multiplied frequency to the input circuit of a mixer 24. A second oscillator 25 oscillates at a specific fixed frequency and supplies the mixer stage 24 with a signal which is superimposed with the frequency supplied by the multiplier stage 22.



  The output signal of the mixer 24 contains a sum and a difference sideband. The lower sideband is screened out in a filter 26, while suppressing the carrier frequency and the upper sideband as undesirable. The low frequency of the filter 26 is then fed to a power amplifier 27, which amplifies the signal and feeds it to a reed frequency meter 28.



  The tongue frequency meter 28 measures the frequency of the signal supplied to it, which is a measure of the strength of the magnetic field. If desired, it can be calibrated directly in magnetic field strength units.

   A tongue rate meter 28 is particularly suitable here, given the short duration of the gyromagnetic precession signal. Such a measuring instrument almost instantaneously provides a display value of the frequency, while other measuring instruments, for example moving-coil instruments, only respond slowly and make it difficult to read the peak value.



  A less sensitive measurement of the magnetic field strength can be obtained by placing the switch 23 in the shunt position to the frequency multiplier 22 of the mixer 24, the filter 26 and the oscillator 25, so that the low frequency of the filter 21 is directly connected to the input circuit of the Power amplifier 27 is fed, where it is amplified and then fed to the tongue frequency meter 28.



  If one measures the earth's magnetic field in the northern hemisphere, one has to expect that protons, for example, deliver a precession frequency between 1.5 kHz and 3.0 kHz. It is not practical that the tuned circuit, which is used for the purpose of recording the precession signal, has a bandwidth which extends over this entire frequency range because its sensitivity is inversely proportional to the bandwidth. For this reason, the tuned receiving circuit can be tuned in various steps of smaller bandwidth in order to cover the entire frequency range to be expected.

   In a similar way, the narrow band filter 8 and also the local oscillator 13 are tunable in a number of different frequency ranges that correspond to the various frequency ranges of the tuned receiving circuit.



  A rough adjustment 29 couples the three sliding contacts 3, 11 and 15 and the step variometer 16 to one another; so that the resonance frequency of the receiving circuit, the narrow band filter and that of the local oscillator 13 can be synchronously tuned to the same frequency. A fine tuning 31 is also provided in order to connect different capacitances to the local oscillator 13 by means of the sliding contact 19 and thereby to change the frequency of the same in equal steps within the relevant area.

   The fine tuning 31 is used in connection with the more precise field measurement, which is carried out using the frequency multiplier 22 and the associated switching elements. The tuning 29 and 31 can be calibrated in units of the magnetic field strength so that the total magnetic field strength can easily be read by adding the readings of the reed frequency meter to the readings of the coarse and fine tuning range.



  A calibration oscillator 32 with a fixed, well-th frequency is provided which draws the power required for it via a switch 33 from the polarization battery 5. Other apparatus parts besides the oscillators 1.3 and 25 also draw their power from the battery 5. The oscillators 13 and 25 draw their power from a special battery, which is not shown, in order to determine frequency changes which are due to fluctuations in the polarizing battery 5 reduced power to avoid.

   The output circuit of the calibration oscillator is coupled to the tuned input circuit in order to have a replacement for the gyro-magnetic resonance signal. The local oscillator 13 can then be calibrated and adjusted as necessary to compare its frequency with the known calibration frequency. When the arrangement is calibrated, the polarization receiving relay 4 is in its receiving position.



  Although a number of capacitance sets have been provided in order to increase the measuring range of the magnetometer, these range settings are not required if the device is used to measure field strengths which differ only slightly from a certain average value.



  If one is satisfied with a somewhat lower sensitivity, the frequency multiplier 22, the mixer 24, the oscillator 25, the filter 26 and the associated fine adjustment means 18, 19 and 31 can be omitted. The calibration oscillator 32, which is then no longer necessary, can then also be omitted.



  In the practical implementation of such a measuring device, the measuring coil 1 and the core should be as far away as possible from local magnetic interference. It is therefore useful to arrange the coil and the sample behind the head of the operator, as shown in Fig. 1, while the remaining parts of the apparatus are arranged in a conductive metallic housing 34, for example made of aluminum, in order to shield them To effect elements against external electromagnetic interference.



  In Fig. 3, another embodiment of the invention is shown. The construction and operation correspond to the embodiment shown in Fig. 2 dar. In particular, the measuring device according to FIG. 3 is the same as that according to FIG. 2 up to the point where the precession signal leaves the narrow-band filter.

   During the measurement, the switching control stage 35 actuates the polarization receiving relay 36 in order to excite the measuring coil 38 surrounding the gyromagnetic sample in the appropriate sequence by connecting the same to the battery 37 and polarizing the sample.

   After the sample has been polarized, the relay 36 switches back to the receiving position, and the precession signal which comes from the coil 38 and the sample is received; the precession signal is fed to the input circuit of the amplifier 39, in which it is amplified and then fed to a Sehmalbandfilter 41. After the signal has passed through the narrow-band filter 41, it is fed to a frequency multiplier 42 by multiplying the precession frequency in a suitable manner, for example ten-fold.

   The multiplied signal is then superimposed with a known, fixed frequency of a local oscillator 44 in a mixer 43. In the output circuit of the Michstufe 43 occur the sums and the difference frequency, and the lower sideband is screened out by means of a filter 45 and fed to the input circuit of a power amplifier 46, which amplifies it ver and a reed frequency meter 47 feeds.



  As has been described with reference to FIG. 2, capacitor sets can be provided in order to extend the measuring range of the device. The local oscillator and the reed frequency meter may also be calibrated in units of the field strength to facilitate reading of the magnetic field. A calibrated oscillator such as was provided in FIG. 2 can also be used in this embodiment.



  The advantage of the above arrangement compared to the embodiment according to FIG. 2 is that there is no need for a second local oscillator, a mixer and a filter to measure field strengths within a narrow range.



  Thanks to the described embodiments, there is a magnetic field measuring arrangement and a measuring method which allow the use of a portable, spatially compact and precise measuring instrument such that the magnetic field measurement is only a matter of seconds.



  FIG. 4 shows a further embodiment of the invention, in which two magnetometers according to FIG. 2 are combined to form a gradient measuring device. This consists of two similar magnetometer systems, which correspond to the magnetometer system dargestell th in FIG. Parts corresponding to those in FIG. 2 are therefore designated in FIG. 4 by the same reference numerals.

   Certain components, namely the calibration oscillator 32, the switching control stage 7, the battery 5, the local oscillator 13, the fixed oscillator 25 and the reed frequency meter 28 belong to both systems. Crossed reference symbols are used for one of the two magnetometer systems that make up the apparatus, in order to distinguish the components of this system from those of the other system.



  In a preferred embodiment of the gradient measuring device, the measuring coils 1 and 1 'are arranged at a large distance from the other parts of the apparatus in order to avoid the possibility of magnetic interference from the instrument itself. There are also the two coils 1 and 1 'at a certain distance from one another. The difference in the magnetic fields at the points of the two coils is measured in order to obtain a measure of the gradient of the magnetic field between the coils in this way.



  The mode of operation of each magnetometer of the gradient measuring device corresponds completely to FIG. 2. The output circuits of the power amplifiers 27 and 27 'carry a signal frequency which is a measure of the magnetic field strength in the two measuring coils 1 and 1' which are remote from one another. The two frequencies are then fed to a tongue frequency meter 28, which shows both frequencies.

   The operator then observes the two frequencies and subtracts one reading from the other to obtain a reading for the magnetic field gradient between the two coils.



  The working range of the measuring device can be expanded by using coarse and fine adjustment devices, as shown in FIG. 2.



  Two magnetometer systems of the type shown in FIG. 3 can also be used as single magnetometers in the gradient measuring device. Instead of the magnetometer measuring devices which use the free gyromagnetic precession, gyromagnetic oscillators or any other gyromagnetic instruments could also be used to determine the field.

 

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Messung eines magnetischen Feldes unter Verwendung einer Substanz, welche Atomkerne mit einem magnetischen Moment auf weist, die unter dem Einfluss des zu messenden Feldes eine gyromagnetische Präzession ausführen können, dadurch gekennzeichnet, dass man in der Substanz durch Polarisation eine gyromagnetische Präzession der Atomteile um das zu messende Feld erzeugt, dass man ein von dieser Präzession abhän giges Signal erzeugt und dieses mit einem Standard signal vergleicht, dass so ein zweites Signal gewon nen wird, dessen Frequenz ein Mass für das magne tische Feld ergibt, und dass das zweite Signal einem Zungenfrequenzmesser zugeführt wird. PATENT CLAIMS I. A method for measuring a magnetic field using a substance which has atomic nuclei with a magnetic moment that can perform a gyromagnetic precession under the influence of the field to be measured, characterized in that a gyromagnetic precession is achieved in the substance by polarization of the atomic parts around the field to be measured that one generates a signal dependent on this precession and compares this with a standard signal that a second signal is obtained, the frequency of which gives a measure of the magnetic field, and that the second signal is fed to a reed frequency meter. II. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch eine elek trische Spule zur Polarisation der gyromagnetischen Atomteile der Substanz, wobei die Längsachse dieser Spule in eine bestimmte Winkellage bezüglich des zu messenden Feldes gebracht werden kann, durch eine zur Erregung der Spule dienende und nach der Polarisation des Kernes von der Spule abschaltbare Stromquelle und durch einen Zungenfrequenzmesser, dem das ein Mass für das Magnetfeld bildende Signal zugeführt wird. II. Device for carrying out the method according to claim I, characterized by an elec trical coil for polarizing the gyromagnetic atomic parts of the substance, the longitudinal axis of this coil can be brought into a certain angular position with respect to the field to be measured by a serving to excite the coil and after the polarization of the core of the coil disconnectable power source and by a reed frequency meter, which the signal forming a measure for the magnetic field is fed. 11I. Anwendung des Verfahrens nach Patentan spruch I zur Messung des Gradienten eines magne tischen Feldes mittels mehrerer, in räumlich vonein ander entfernten Feldpunkten befindlicher Spulen mit Substanzen, welche gyromagnetische Atomteile enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass die von die sen erzeugten Signale verglichen werden, so dass ihr Frequenzunterschied ein Mass für den zwischen den Feldpunkten herrschenden Feldgradienten ergibt. UNTERANSPRÜCHE 1. 11I. Application of the method according to patent claim I for measuring the gradient of a magnetic field by means of several coils located in spatially vonein other distant field points with substances containing gyromagnetic atomic parts, characterized in that the signals generated by these are compared so that you Frequency difference gives a measure of the field gradient between the field points. SUBCLAIMS 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man zuerst durch einen Gleich strom ein Polarisationsmagnetfeld erzeugt, worauf man das polarisierende Magnetfeld abschaltet und dadurch eine freie Präzession der Atomteile um das zu messende Magnetfeld erzeugt. 2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Präzession her rührende Signal mit einem Standardsignal überlagert wird, das von einem Sender mit einer bekannten, kontanten Frequenz geliefert wird, und dass die Differenzfrequenz die Messgrösse für das magnetische Feld ergibt. 3. A method according to claim 1, characterized in that a polarization magnetic field is first generated by a direct current, whereupon the polarizing magnetic field is switched off and thereby a free precession of the atomic parts around the magnetic field to be measured is generated. 2. The method according to dependent claim 1, characterized in that the signal originating from the precession is superimposed with a standard signal which is supplied by a transmitter with a known, constant frequency, and that the difference frequency gives the measured variable for the magnetic field. 3. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal mit der Präzessions- frequenz mit einem konstanten Faktor vervielfacht wird und dieses durch Frequenzvervielfachung er haltene Signal mit der Standardfrequenz verglichen wird. 4. Method according to dependent claim 1, characterized in that the signal with the precession frequency is multiplied by a constant factor and this signal obtained by frequency multiplication is compared with the standard frequency. 4th Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Signal mit der Prä- zessionsfrequenz, mit dem Standardsignal verglichen und dadurch ein zweites, ein Mass für das magne tische Feld ergebende Signal erzeugt wird, welches mit einem konstanten Faktor vervielfacht wird und ein drittes Signal ergibt, das mit einem zweiten Stan dardsignal verglichen ein viertes Signal als Messgrösse für das magnetische Feld liefert. 5. Method according to patent claim I, characterized in that the first signal with the precession frequency is compared with the standard signal and a second signal, which gives a measure of the magnetic field, is generated, which is multiplied by a constant factor, and a third signal results, which compared with a second standard signal provides a fourth signal as a measured variable for the magnetic field. 5. Verfahren nach Unteranpruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichung des ersten Signals mit dem ersten Standardsignal und die des dritten Signals mit dem zweiten Standardsignal durch Überlagerung erfolgt. 6. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der das Mass der Feldstärke ergebenden Grösse die Resonanzfrequenz bestimmter Resonanzkreise stufenweise verändert wird, so dass mehrere Messbereiche entstehen. Method according to dependent claim 4, characterized in that the comparison of the first signal with the first standard signal and that of the third signal with the second standard signal is carried out by superposition. 6. The method according to dependent claim 2, characterized in that the resonance frequency of certain resonance circles is changed in steps to measure the variable that gives the measure of the field strength, so that several measuring ranges are created. 7. Verfahren nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Abstimmung sowohl die Kapazität des Resonanzkreises als auch seine In duktivität gleichzeitig stufenweise um bestimmte Be träge verändert werden. B. Gerät nach Patentanspruch 1I, gekennzeich net durch einen Verstärker, dem durch die Präzes- sion der gyromagnetischen Atomteile in einer Spule induzierte Signale zugeführt werden. 9. 7. The method according to dependent claim 6, characterized in that for the purpose of coordination, both the capacitance of the resonance circuit and its inductivity are simultaneously changed in steps by certain amounts. B. Device according to claim 1I, characterized by an amplifier to which signals induced by the precision of the gyromagnetic atomic parts in a coil are fed. 9. Gerät nach Patentanspruch 1I, gekennzeich- net durch einen stufenweise abstimmbaren Schmal- bandfilter, der im Stromkreis zwischen der genannten Spule und einem die Standardfrequenz liefernden örtlichen Oszillator und einer Mischstufe angeord net ist und welcher dem Zwecke dient, von aussen induzierte Signale und Rauschspannungen, welche das gyromagnetische Präzessionssignal begleiten, aus zufiltern. 10. Device according to claim 1I, characterized by a stepwise tunable narrow-band filter, which is arranged in the circuit between the said coil and a local oscillator supplying the standard frequency and a mixer stage and which serves the purpose of externally induced signals and noise voltages which accompany the gyromagnetic precession signal, filter out. 10. Gerät nach Patentanspruch II, dadurch ge kennzeichnet, dass die genannte Spule stufenweise abstimmbar ist, um das Verhältnis des Signals zum Rauschen zu verbessern. 11. Gerät nach Unteranspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, dass der genannte Schmalbandfilter und die genannte Spule gemeinsam mit dem genann ten örtlichen Oszillator abstimmbar ausgebildet sind. 12. Apparatus according to claim II, characterized in that said coil is tunable in steps in order to improve the ratio of the signal to the noise. 11. Apparatus according to dependent claim 9, characterized in that said narrow band filter and said coil are designed to be tunable together with said local oscillator. 12. Gerät nach Patentanspruch 1I, gekennzeich net durch eine einzige, abwechslungsweise die Prä- zession aufnehmende und der Polarisation der gyro- magnetischen Atomteile dienende Spule, einen die Standardfrequenz liefernden örtlichen Oszillator, eine Mischstufe, in welcher das erste Signal mit der Stan dardfrequenz überlagert wird, einen das Überlage rungssignal verstärkenden Verstärker, Mittel zur stufenweisen Veränderung der Resonanzfrequenz des örtlichen Oszillators, derart, Device according to claim 1I, characterized by a single coil alternately picking up the precession and serving the polarization of the gyro-magnetic atomic parts, a local oscillator supplying the standard frequency, a mixer stage in which the first signal is superimposed with the standard frequency, an amplifier which amplifies the superposition signal, means for changing the resonance frequency of the local oscillator in stages, such as dass sich Messstufen für den magnetischen Messbereich ergeben und schliesslich durch einen Zungenfrequenzmesser zur Ermittlung der Differenzfrequenz als Messgrösse für das magnetische Feld. 13. that there are measuring steps for the magnetic measuring range and finally by a tongue frequency meter to determine the difference frequency as a measured variable for the magnetic field. 13th Gerät nach Patentanspruch II, dadurch ge kennzeichnet, dass er Mittel zur Abstimmung eines Resonanzkreises in einem Frequenzbereich und zur Erzeugung stufenweiser Veränderungen der Reso nanzfrequenz aufweist, dass diese Mittel aus einer Induktivität und aus einer Kapazität des Resonanz kreises bestehen, wobei die Werte der Kapazitäten und Induktivitäten bei den verschiedenen Schalt stufen so gewählt sind, dass bei jeder stufenweise einstellbaren Frequenz die Steilheit d%c gleich gross ist. Device according to claim II, characterized in that it has means for tuning a resonance circuit in a frequency range and for generating step-by-step changes in the resonance frequency, that these means consist of an inductance and a capacitance of the resonance circuit, the values of the capacitances and Inductivities for the various switching stages are chosen so that the slope d% c is the same for each frequency that can be set in stages.
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CH941662A CH369906A (en) 1956-08-14 1957-10-23 Method for measuring a magnetic field, device for carrying out this method and application of the method for measuring the gradient of a magnetic field

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