DE1516157C - Verfahren zur Polarisation eines Proto nen Prazissionsmagnetometers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Polarisation eines Protonen-I'räzessionsinagnetometers, das einen Hilfsoszillator enthält, der auf einer wesentlich höheren Frequenz als der durch die Protonen-Präzession erzeugten Meßfrequenz schwingt und mit derselben phasengenau über einen Regelkreis synchronisiert wird.

Bei Prüzessionsmagnetometerii z. B. zur Messung der Intensität des erdmagnetischen Feldes wird eine die protonenhaltige Flüssigkeit umgebende Spule taktweise an eine solche Spannung gelegt, daß das erzeugte Magnetfeld zur Ausrichtung der ein magnetisches Dipolmoment aufweisenden Protonen ausreicht. Nach der plötzlichen Abschaltung des Spulenstromes starten die Protonen aus einer ausgerichteten Lage der Dipolachsen zu einer Präzession um die Richtung des Erdfeldes, bis nach einigen Sekunden die Ausrichtung mehr und mehr verschwindet und das in der Spule indizierte Präzessionssignal im Störsignal untergeht, so daß mit der folgenden PoIarisierung der nächste Meßzyklus eingeleitet werden kann.

Zur laufenden Messung von einem Flugzeug aus ist es zur Erzielung einer möglichst dichten Folge einzelner Meßpunkte erwünscht, sofort nach dem Ende der vorangehenden Messung einen neuen Meßzyklus mit der nächsten Polar-isierung zu starten.

Es hat sich gezeigt, daß die von der vorhergehenden Polarisation vorhandene Restorientierung der magnetischen Dipolachsen der Protonen noch eine erhebliche Störung der folgenden Polarisation verursacht, wenn der Stromfluß der Spule in einem solchen Augenblick eingeschaltet wird, in dem die Restorientierung entgegengesetzt der neuen Polarisierung gerichtet ist. Andererseits wird für die folgende Messung ein optimal starkes Präzessionssignal erhalten, wenn die Einschaltung der Polarisation im phasengerichteten Moment erfolgt. Bei günstiger Lage des Einschaltaugenblicks der Polarisation könnte daher eine wesentliche Verdichtung der Meßfolge erreicht werden.

Erfindimgsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Zündelektrode eines mit dem Kontakt des Polarisationsrelais in Reihe geschalteten Stromtores aus der frequenzgeteilten Rechteckimpulsfolge des mit der voraufgegangenen Messung nach Frequenz und Phasenlage synchronisierten Hilfsoszillators abgeleitete Ziindimpulse zugeleitet werden. ,

Die Zeitfolge der Kontaktschließungen ist dabei so, daß das Stromtor laufend Zündimpulse erhält. Diese bleiben jedoch so lange wirkungslos, bis der Kontakt des Polarisationsrelais geschlossen hat. Der darauffolgende nächste Zündimpuls führt dann zur phasenrichtigen Durchschaltung des zur Polarisation benötigten Spulenstromes über das Stromtor. Als Stromtor können sowohl gasgefüllte Röhren (Thyratrone) als auch Halbleiterelemente entsprechender Eigenschaften Verwendung finden.

Durch diese Anordnung läßt sich eine Verkürzung So der Polarisationszeit und damit eine Steigerung der Meßpunktdichte bei gleichzeitiger Vermeidung von durch ungenügende Polarisation unbrauchbaren Meßwerten erreichen.

Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird zweckmäßig eine Schaltungsanordnung angewendet, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der frequenzgeteilte Ausgang des synchronisierten Hilfsoszillators über Phasenglieder von 90, 180 und 270° Drehung mit den Segmenten eines in der Zuleitung des Zündkreises angeordneten Auswahlschalters verbunden ist.

So können durch eine Schalterbetätigung alle vier Quadranten zur synchronen Einschaltung geprüft und der so ermittelte optimale Quadrant ausgewählt werden, welcher während der Messung eingestellt bleiben kann.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Darstellung eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine ungünstige Lage der Verteilung der Dipolachsen im Augenblick der Einschaltung des Polarisationsstromes und

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur phasenrichtigen Anschaltung des Polarisationsstromes.

Gemäß Fig. 1 erzeugt ein in der Spule 1 eines Protonen-Magnetometers fließender Strom eine Ausrichtung der magnetischen Dipolachsen der Protonen in die Lage des Pfeiles 2. Als Protonen sind z. B. die Kerne von Wasserstoffatomen, wie sie im Wasser oder in Kohlenwasserstoffen enthalten sind, geeignet. ^---

im Augenblick des Einschalten des die Spule L durchfließenden Stromes sind-die um die Feldlinien des Erdfeldes präzecferenden Dipolachsen der Protonen weitgehend aus der ursprünglich beim Abschalten des Polarisationsstromes vorhandenen gleichgerichteten Lage ausgewandert, weisen aber, wie es an den Protonen 3 und 4 näher erläutert ist, durchweg noch eine statistisch erfaßbare Restordnung auf, indem die Dipolachsen, wie z. B. die Achsen S' und 4', zur Polarisationsrichtung2 mehr oder weniger entgegengesetzt gerichtet sind. Eine Polarisation in eine gleichmäßige Ausrichtung parallel zum Pfeil 2 erfordert aus dem Momentbild der Fig. 1 heraus eine wesentlich längere Zeitspanne als aus einer solchen statistischen Verteilung, bei der die einzelnen Dipolachsen im Mittel eine Restorientierung in Richtung der Polarisierung 2 besitzen.

Eine zur Sicherstellung einer phasengünstigen Einschaltung des Polarisationsstromes geeignete Schaltung ist in der Fig. 2 dargestellt. Diese Schaltung ist an einen nach Frequenz und Phasenlage zur Larmor-Präzessionsfrequenz des vorhergehenden Polarisationszyklus synchronisierten Oszillator angeschlossen. Aus bestimmten Gründen ist dem auf einem Vielfachen der Präzessionsfrequeriz schwingenden Oszillator noch ein Frequenzteiler eines solchen Teilverhältnisses nachgeschaltet, daß erst die rechteckförmige Ausgangsspannung des Frequenzteilers in der Grundfrequenz des Präzessionssignals alterniert. , Durch nicht weiter dargestellte um 90, 180 oder 270° phasendrehende Stufen wird die synchrone Rechteckspannung an vier Klemmen 10', 10" bis 10"" geleitet, so daß sie mit dem Schalter 10 wahlweise als in einem der vier Quadranten liegend abgegriffen werden kann. An den Schalter 10 ist die Basis eines Transistors 9 angeschlossen, in dessen Emitterkreis ein über eine Widerstands-Kondensatorkombination angekoppelter Transformator 8 angeordnet ist. Die Sekundärseite des Transformators 8 ist in dem Zündkreis 7 eines Stromtores 6 geschaltet. Das Stromtor 6 liegt in Reihe mit einem Relaiskontakt 5 und der Polarisationsspule 1 an der Polarisationsspannungsquelle. Durch einen Umschalter 11 kann die Spule von der Polarisationsspannung ab-

und an den Eingang des Meßvorverstärkers 12 gelegt werden.

Die phasenrichtige Einschaltung des Polarisationsstromes erfolgt, nachdem der Schalter 5 geschlossen wurde. Das Stromtor 6 ist in diesem Augenblick noch gesperrt, wird jedoch von dem nächsten über den Schalter 10 zugeleiteten Impuls gezündet und schaltet den Polarisationsstrom auf die Spule 1 durch. Da der über dem Schalter 10 zugeleitete Impuls synchron zu der letzten Präzession liegt, kann nach Wahl des optimalen Quadranten 10' bis 10"" der Einschaltaugenblick unabhängig von der Kontaktgabe des Schalters 5 stets phasenrichtig gehalten werden. Dies führt zu einer gleichmäßig guten Polarisation für den jeweils folgenden Meßabschnitt, so daß die Ergebnisse längs eines Profils mit weitgehend gleicher Qualität erhalten werden. Im Verlaufe mehrerer Meßabschnitte tritt insbesondere bei der Anwendung der phasenrichtigen Polarisation eine zunehmende Verbesserung der Polarisation ein, da nach und nach auch die nach statischer Verteilung in ungünstiger Stellung liegenden Dipolachsen in die synchrone Präzession einbezogen werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Polarisation eines Protonen-Präzessionsmagnetometers, das einen Hilfsoszillator enthält, der auf einer wesentlich höheren Frequenz als der durch die Protonen-Präzession erzeugten Meßfrequenz schwingt und mit derselben phasengenau über einen Regelkreis synchronisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündelektrode eines mit dem Kontakt des Polarisationsrelais in Reihe geschalteten Stromtores aus der frequenzgeteilten Rechteckimpulsfolge des mit der voraufgegangenen Messung nach Frequenz und Phasenlage synchronisierten Hilfsoszillators abgeleitete Zündimpulse zugeleitet werden.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der frequenzgeteilte Ausgang des synchronisierten Hilfsoszillators über Phasendrehglieder von 90, 180 und 270° Drehung mit den Segmenten eines in der Zuleitung des Zündkreises angeordneten Auswahlschalters verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen