DE1516190C

DE1516190C - Method and device for measuring magnetic fields

Info

Publication number: DE1516190C
Authority: DE
Inventors: Andre Maxime Philippe Herblay; Ripart Guy Marie Camille Plessis Robinson; Denis (Frankreich)
Original assignee: Sud-Aviation Societe Nationale De Constructions Aeronautiques, Paris
Publication date: 1972-11-23

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Maßnahmen zurThe invention relates to measures for

Messung von Magnetfeldern durch gyromagnetische Resonanz von Atomkernen oder Elektronen. Dazu ist es üblich, einen dem zu messenden Magnetfeld und der Einwirkung eines Pumpeffektes ausgesetzten gyromagnetischen Stoff außerdem der Einwirkung eines Erregerfeldes auszusetzen, dessen Frequenz eine Funktion dieses zu messenden Magnetfeldes ist, und welches ein Erregerwechselfeld erzeugt, dessen Achse rechtwinklig zur Achse des Erregerfeldes verläuft, wobei die Frequenzen des Meßfeldes und des Erregerfeldes gleich sind. — In diesem Zusammenhang ist zunächst darauf hinzuweisen, daß ein Gerät zur Messung von Magnetfeldern durch gyromagnetische Resonanz der Atomkerne oder Elektronen eine Sonde aufweist, welche im Falle der Kernresonanz über einen Hochfrequenzstrom oder im Falle der Elektronenresonanz über ein monochromatisches Licht einem Pumpeffekt ausgesetzt ist. Einrichtungen, welche ein solches Pumpen hervorrufen, sind allgemein bekannt. Ein Gerät zur Messung von Magnetfeldern durch gyromagnetische Resonanz weist außerdem regelmäßig eine Empfangsspule auf, welche die Protonenschwingungen oder die Elektro-Measurement of magnetic fields through gyromagnetic resonance of atomic nuclei or electrons. In addition it is common to have a magnetic field to be measured and the action of a pumping effect exposed to expose gyromagnetic substance to the action of an excitation field whose frequency is a function of this magnetic field to be measured, and which generates an alternating excitation field, its Axis at right angles to the axis of the excitation field, the frequencies of the measuring field and the Excitation field are the same. - In this context, it should first be noted that a device for measuring magnetic fields through gyromagnetic resonance of atomic nuclei or electrons a Has probe, which in the case of nuclear resonance via a high-frequency current or in the case of Electron resonance is exposed to a pumping effect via a monochromatic light. Facilities, which cause such pumping are well known. A device for measuring magnetic fields through gyromagnetic resonance also regularly has a receiving coil, which the proton oscillations or the electrical

So nenschwingungen aufspürt, und welche um die vorgenannte Sonde herumgewickelt ist, wobei deren geometrische Achse mit YY bezeichnet sei. Die Achse des durch die Empfangsspule erzeugten Feldes, d. h. also die Achse des Meßfeldes, ist daher identisch mit dieser Achse YY. Endlich weist ein Gerät zur Messung von Magnetfeldern durch gyromagnetische Resonanz eine oder mehrere Erregerspulen auf, welche die Schwingungen der verschiedenen Protonen oder Elektronen phasengleichIn this way, it detects vibrations and which is wound around the aforementioned probe, the geometric axis of which is denoted by YY. The axis of the field generated by the receiving coil, ie the axis of the measuring field, is therefore identical to this axis YY. Finally, a device for measuring magnetic fields through gyromagnetic resonance has one or more excitation coils, which the vibrations of the various protons or electrons are in phase

machen sollen. Durch diese Spulen strömt ein Wechselstrom, dessen Frequenz die gleiche ist, wie die in der Empfangsspule (Larmorfrequenz bei Protonenschwingungen), wobei diese Frequenz eine hauptsächlich lineare Funktion der Stärke des Magnetfeldes ist. Sie erzeugen daher ein Feld, dessen Achse, die sogenannte Achse des Erregerfeldes, mit XX bezeichnet sei. Man kann die Erregerspule und die Empfangsspule derart anordnen, daß die Achsenshould do. An alternating current flows through these coils, the frequency of which is the same as that in the receiving coil (Larmor frequency in the case of proton oscillations), this frequency being a mainly linear function of the strength of the magnetic field. They therefore generate a field whose axis, the so-called axis of the excitation field, is designated as XX . You can arrange the excitation coil and the receiving coil so that the axes

XX und YY zusammenlaufen und orthogonal liegen, so daß der gegenseitige Induktionskoeffizient dieser Spulen gleich Null ist. — Arbeitet man mit solchen Magnetometern, so ist die Empfindlichkeit von der Ausrichtung der Meßvorrichtung gegenüber dem Meßfeld abhängig, was die Anwendung einschränkt oder zur Kompensation aufwendigen Aufbau aus mehreren zusammengeschalteten Magnetometern erforderlich macht. XX and YY converge and are orthogonal so that the mutual induction coefficient of these coils is zero. - If you work with such magnetometers, the sensitivity depends on the alignment of the measuring device with respect to the measuring field, which restricts the application or makes it necessary to compensate for an expensive structure consisting of several interconnected magnetometers.

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Messung von sehr schwachen Magnetfeldern (vgl. österreichische Patentschrift 215173) wird das Hochfrequenzfeld, welches den Pumpeffekt erzeugen soll, durch Überlagerung mit einem Drehfeld in Drehung versetzt. Im übrigen ist im Rahmen dieser bekannten Maßnahmen die Meßvorrichtung mit einem Hochfrequenzkreis ausgerüstet, der mit bestimmter Frequenz gespeist wird und ein sich kontinuierlich mit der Frequenz der Elektronenresonanz drehendes Feld erzeugt. Eine'einzige Spule dient als Empfangsspule ao und Erregerspule. — Im Rahmen dieser bekannten Maßnahmen wird keine Rücksicht genommen auf die Orientierung des Meßgerätes gegenüber dem Feld.In a known device for measuring very weak magnetic fields (cf. Austrian Patent specification 215173), the high-frequency field, which is supposed to generate the pumping effect, is superimposed set in rotation with a rotating field. In the rest of this is known measures the measuring device equipped with a high-frequency circuit, which with a certain frequency is fed and a field rotating continuously with the frequency of the electron resonance generated. A single coil serves as a receiving coil ao and excitation coil. - In the context of these known measures, no consideration is given to the Orientation of the measuring device in relation to the field.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Empfindlichkeit der eingangs beschriebenen Maßnahmen dadurch zu verbessern, daß die Meßvorrichtung gegenüber dem Meßfeld in besonderer Weise ausgerichtet wird.The invention is based on the problem of reducing the sensitivity of the measures described at the outset to improve in that the measuring device compared to the measuring field in a special way is aligned.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Magnetfeldern durch gyromagnetische Resonanz, bei welchem ein dem zu messenden Magnetfeld und der Einwirkung eines Pumpeffektes ausgesetzter gyromagnetischer Stoff außerdem der Einwirkung eines Erregerfeldes ausgesetzt ist. dessen Frequenz eine Funktion dieses zu messenden Magnetfeldes ist, und welches ein Wechselfeld erzeugt, dessen Achse YY rechtwinkelig zur Achse XX des Erregerfeldes verläuft, wobei die Frequenzen des Meßfeldes und des Erregerfeldes gleich sind. Die Erfindung besteht darin, daß die Achse XX des Erregerfeldes um die Achse YY des Meßfeldes, also in einer zu dieser Achse rechtwinkelig verlaufenden Ebene, derart in Drehung versetzt wird, daß sie ständig rechtwinkelig zur Projektion des Meßfeldes auf dieser Ebene steht, indem ihre Drehung entsprechend der algebraischen Differenz zwischen dem Winkel der Achse XX des Erregerfeldes mit dieser Projektion des Meßfeldes und 90° gesteuert wird. — Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Erregerfeld ein Drehfeld geringer Amplitude und sehr niedriger Frequenz überlagert wird, daß aus dem Signal des Meßfeldes mit der eine Funktion des zu messenden Magnetfeldes bildenden Frequenz, welches mit dieser sehr niedrigen Frequenz moduliert ist, die Niederfrequenzmodulation ausgesondert wird, daß die Phasenverschiebung zwischen dem dieses Drehfeld erzeugenden Signal und diesem ausgesonderten Signal bestimmt wird, und daß die Achse XX des Erregerfeldes durch diese Phasenverschiebung so gesteuert wird, daß sie zu dem zu messenden Magnetfeld senkrecht gemacht wird.The invention relates to a method for measuring magnetic fields by means of gyromagnetic resonance, in which a gyromagnetic substance exposed to the magnetic field to be measured and the action of a pumping effect is also exposed to the action of an excitation field. the frequency of which is a function of this magnetic field to be measured, and which generates an alternating field, the axis YY of which runs at right angles to the axis XX of the excitation field, the frequencies of the measuring field and the excitation field being the same. The invention consists in the fact that the axis XX of the excitation field is set in rotation about the axis YY of the measuring field, i.e. in a plane running at right angles to this axis, in such a way that it is constantly at right angles to the projection of the measuring field on this plane by its rotation is controlled according to the algebraic difference between the angle of the axis XX of the excitation field with this projection of the measurement field and 90 °. - A preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that a rotating field of low amplitude and very low frequency is superimposed on the excitation field, that from the signal of the measuring field with the frequency forming a function of the magnetic field to be measured, which is modulated with this very low frequency , the low-frequency modulation is eliminated so that the phase shift between the signal generating this rotating field and this rejected signal is determined, and that the axis XX of the excitation field is controlled by this phase shift so that it is made perpendicular to the magnetic field to be measured.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Messung von Magnetfeldern durch gyromagnetische Resonanz zur Ausübung des obigen Verfahrens, welche erfindungsgemäß eine einzige Empfangsspule und einen einzigen Behälter enthält, um welche herum in einer zu der Empfangsspule senkrechten Ebene zwei Paare von in einer Flucht liegenden Erregerspulen angeordnet sind, welche auf zwei zueinander senkrechten Richtungen liegen, wobei diese vier Erregerspulen über ein Variometer gespeist werden, dessen Induktor mit einer Steueranordnung verbunden ist, welche die Erregerachse normal zu der Komponente des zu messenden Magnetfeldes in dieser zu der Empfangsspule senkrechten Ebene hält. Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung einfach und mit großer Genauigkeit gyromagnetische Messungen ausgeführt werden können. Daher eignen sich die erfindungsgemäßen Maßnahmen insbesondereThe invention also relates to a device for measuring magnetic fields by gyromagnetic Resonance for performing the above method, which according to the invention has a single receiving coil and contains a single container around which in a perpendicular to the receiving coil Level two pairs of in-line excitation coils are arranged, which on two mutually perpendicular directions, these four excitation coils are fed via a variometer whose inductor is connected to a control arrangement, which the exciter axis normal to holds the component of the magnetic field to be measured in this plane perpendicular to the receiving coil. The advantages achieved by the invention are mainly to be seen in the fact that according to the invention Method and with the device according to the invention simply and with great accuracy gyromagnetic measurements can be carried out. The measures according to the invention are therefore suitable in particular

zur Messung der Stärke, der Änderungen und des Gradienten des magnetischen Erdfeldes an mehreren Punkten, im besonderen an Bord von Luftfahrzeugen oder in einem von einem Luftfahrzeug geschleppten Körper, zur Entdeckung und Ortung von untergetauchten Körpern, wie Unterseebooten oder Wracks, wobei die magnetische Karte die Kenntnis desmagnetischen Normalzustandes einer Gegend vermittelt, sowieto measure the strength, the changes and the gradient of the earth's magnetic field several points, in particular on board an aircraft or in one of an aircraft towed bodies, for the detection and location of submerged bodies, such as submarines or wrecks, the magnetic map being the knowledge of the normal magnetic state of an area mediated, as well

zur Bodenerfor-schung, zur Entdeckung von Bodenschätzen durch Analyse der erhaltenen magnetischen Karten.for soil research, for the discovery of mineral resources by analyzing the received magnetic cards.

Die Erfindung sei nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert. — Die Zeichnung offenbart in vorrichtungsmäßiger Hinsicht auch weitere Merkmale der Erfindung. Es zeigtThe invention is explained below by way of example with reference to the drawing. - The The drawing also discloses further features of the invention in terms of the device. It shows

F i g. 1 eine schematische schaubildliche Ansicht einer Sonde eines mit Kernresonanz arbeitenden Magnetometers bekannter Bauart,F i g. 1 is a schematic perspective view of a probe of a magnetometer operating with nuclear magnetic resonance known design,

F i g. 2 die Schaltung eines mit Kernresonanz arbeitenden erfindungsgemäßen Magnetometers.F i g. 2 shows the circuit of a magnetometer according to the invention operating with nuclear magnetic resonance.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird ein Magnetometer für Kern- oder Protonenresonanz durch einen Selbstschwinger mit einem elektronischen Verstärker und einer Sonde gebildet. Diese Sonde enthält einen Behälter 1, in welchem sich ein gyromagnetischer Stoff befindet, und auf welchem zwei Spulen aufgewickelt sind, deren gegenseitiger Induktionskoeffizient null ist, nämlich die Erregerspule 2 und die Empfangsspule 3. Die Achse XX ist die Erregerachse und stellt die Richtung des Magnetfeldes dar, welches von der Erregerspule 2 erzeugt wird, wenn diese Stromdurchflossen ist, während die Achse YY die Sonden- oder Meßachse ist und die Richtung des Magnetfeldes darstellt, welches die Empfangsspule erzeugt, wenn sie stromdurchflossen ist. Die Sonde wird außerdem zur Vornahme der Messung eines Magnetfeldes, welchem sie ausgesetzt ist, in an sich bekannter Weise einem Pumpeffekt unterworfen, z. B. durch Einwirkung eines Hochfrequenzwechselfeldes in dem Fall einer Messung durch gyromagnetische Kernresonanz. Die unter diesen Bedingungen am Ausgang der Empfangsspule 3 erhaltenen und für diese Messung ausgenutzten Schwingungen haben wie das durch die Erregerspule 2 erzeugte Wechselfeld eine Frequenz, welche eine Funktion des Wertes des zu messenden Magnetfeldes ist, nämlich die der Larmorfrequenz des benutzten gyromagnetische!! Stoffe entsprechende Frequenz in dem Fall einer Messung durch gyromagnetische Kernresonanz. EineAs shown in Fig. 1, a nuclear or proton resonance magnetometer is constituted by a self-oscillating device with an electronic amplifier and a probe. This probe contains a container 1 in which a gyromagnetic material is located and on which two coils are wound, the mutual induction coefficient of which is zero, namely the excitation coil 2 and the receiving coil 3. The axis XX is the excitation axis and represents the direction of the magnetic field represents, which is generated by the excitation coil 2 when current flows through it, while the axis YY is the probe or measuring axis and represents the direction of the magnetic field which the receiving coil generates when current flows through it. The probe is also subjected to a pumping effect in a manner known per se in order to carry out the measurement of a magnetic field to which it is exposed, e.g. B. by the action of a high frequency alternating field in the case of a measurement by gyromagnetic nuclear resonance. The vibrations obtained under these conditions at the output of the receiving coil 3 and used for this measurement, like the alternating field generated by the excitation coil 2, have a frequency which is a function of the value of the magnetic field to be measured, namely that of the Larmor frequency of the gyromagnetic used !! Substances corresponding frequency in the case of a measurement by nuclear magnetic resonance. One

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solche Anordnung ermöglicht die bequeme Messung eines Magnetfeldes, wenn dieses die Richtung ZZ hat, welche gleichzeitig auf die Erregerachse und der Meßachse senkrecht steht, wobei Messungen dieses Feldes noch möglich sind, wenn seine Richtung innerhalb des Umdrehungskegels C liegt, dessen Achse ZZ ist, und dessen halber öffnungswinkel 50° beträgt. Die Erfindung bezweckt demgegenüber die Ausbildung so zu treffen, daß die zu der Erregerachse XX und der Meßachse YY gemeinsame Senkrechte ZZ bei beliebiger Lage der Sonde automatisch in die Nähe der Richtung des zu messenden Magnetfeldes gebracht wird.Such an arrangement enables the convenient measurement of a magnetic field when it has the direction ZZ, which is perpendicular to the excitation axis and the measuring axis at the same time, measurements of this field are still possible when its direction lies within the cone of revolution C, whose axis is ZZ , and half of the opening angle is 50 °. In contrast, the invention aims to design so that the perpendicular ZZ common to the exciter axis XX and the measuring axis YY is automatically brought into the vicinity of the direction of the magnetic field to be measured, regardless of the position of the probe.

Dieses Ergebnis wird dadurch erhalten, daß man die Erregerachse mittels eines Steuersystems in einer zu der Meßachse YY senkrechten Ebene so in Umdrehung versetzt, daß sie normal zu der Komponente des Magnetfeldes in dieser senkrechten Ebene gemacht wird. Hierdurch verdreht man den Gültigkeitskegel C der Fi g. 1 in der zu der Meßachse YY senkrechten Ebene, so daß nur noch ein auf diese Meßachse zentrierter toter Kegel übrigbleibt. Der tote Raumwinkel kann auf 0,2 π Steradiant geschätzt werden. Es erweist sich in der Tat als sehr schwierig, ein mit der Meßachse einen kleinen Winkel bildendes Magnetfeld- zu messen.This result is obtained by rotating the excitation axis by means of a control system in a plane perpendicular to the measurement axis YY so as to make it normal to the component of the magnetic field in this perpendicular plane. This rotates the validity cone C of FIG. 1 in the plane perpendicular to the measuring axis YY , so that only a dead cone centered on this measuring axis remains. The dead space angle can be estimated at 0.2 π steradians. In fact, it turns out to be very difficult to measure a magnetic field forming a small angle with the measuring axis.

Hierfür sind, wie in F i g. 2 dargestellt, senkrecht zu der Empfangsspule 3 gekreuzte Erregerspulen angeordnet, welche durch zwei Spulensätze 4-4 a, 5-5 a gebildet werden, welche paarweise in einer Flucht liegen und auf zwei in der zu der Spule 3 normalen Ebene liegenden senkrechten Achsen angeordnet sind. Diese Spulen 4, 4 a, S und Sa werden durch ein Variometer 6 so gespeist, daß jede Drehung des Induktors des Variometers eine Drehung der Erregerachse in der Ebene der Achsen dieser Spulen 4-4 α und 5-5 α zur Folge hat. Um die Stellung dieser Erregerachse zu steuern und sie .in eine zu der Komponente des zu messenden Magnetfeldes in der diese gekreuzten Spulen enthaltenden Ebene senkrechte Lage zu bringen, wird über den Widerstand 7 und den Kondensator 8 den Erregerspulen 4, 4 α und 5, 5 a eine von einem Hilfsoszillator 9 gelieferte Spannung geringer Amplitude und sehr niedriger Frequenz von z. B. 10 Hz zugeführt. Die entsprechenden Ströme erzeugen ein Drehfeld geringer Amplitude in . der Ebene der Erregerspulen, welches in dem betrachteten Fall die Frequenz von 10 Hz hat. Dieses Drehfeld überlagert sich vektoriell dem äußeren Feld und addiert sich zu diesem, wenn es die gleiche Richtung und den gleichen Sinn hat. Man erhält dann am Ausgang des mit Kernresonanz arbeitenden Oszillators mit dem Sclbstschwinger 10 und dem Sondenverstärker 11 ein Signal mit der dem zu messenden Feld H₁₁ .entsprechenden Resonanzfrequenz, welches mit der Frequenz von K)Hz moduliert ist. Der Sondcnvcrslärkcr 11 ist durch einen Analogfrcquenzmcsscr 12 mit einer einen Verstärker und eine Sicbketic bildenden Anordnung 13 verbunden, welche die Aussiebung des Signals von H)Hz neslatict. Dieses Ausgangssignal von K)Hz sowie <1;in von dem Oszillator 9 kommende Signal werden, Rcj',<;l)enenfalls nach Phasendrehung in einem Phasenschieber 14, einen Phasenkomparator 15 zuge-Ii)IiH. Der An:il(>)!.lre<|iicnzmesser gesliillel die UmwiiiidlunK <lt-is :ms dem Magnetometer austretenden Sij'ii.'tl·, mil veiiindcilicliei' l^;ic<|iienz in ein mit K)IIz iii'idiilicHcs f iliii h'.lioiir.ij'iial mil einer vcriindi'i liehen, zu der Frequenz proportionalen Amplitude. Auf diese Weise kann ein einfaches Gleichstromgalvanometer gespeist werden, welches unmittelbar in Magnetfeldern geeicht ist.For this purpose, as shown in FIG. 2, arranged perpendicular to the receiving coil 3 crossed excitation coils, which are formed by two sets of coils 4-4 a, 5-5 a , which are in alignment in pairs and are arranged on two perpendicular axes lying in the plane normal to the coil 3 . These coils 4, 4 a, S and Sa are fed by a variometer 6 so that each rotation of the inductor of the variometer has a rotation of the exciter axis in the plane of the axes of these coils 4-4 α and 5-5 α result. In order to control the position of this exciter axis and to bring it into a position perpendicular to the component of the magnetic field to be measured in the plane containing these crossed coils, the exciter coils 4, 4 α and 5, 5 a is a voltage supplied by an auxiliary oscillator 9 of low amplitude and very low frequency of z. B. 10 Hz supplied. The corresponding currents generate a rotating field of low amplitude in. the level of the excitation coils, which in the case under consideration has a frequency of 10 Hz. This rotating field is vectorially superimposed on the external field and is added to this if it has the same direction and the same meaning. At the output of the oscillator working with nuclear resonance with the self-oscillator 10 and the probe amplifier 11, a signal is obtained with the resonance frequency corresponding to the field H ₁₁ to be measured, which is modulated with the frequency of K Hz. The probe 11 is connected by an analog frequency meter 12 to an arrangement 13 which forms an amplifier and a sicbketic and which suppresses the filtering out of the H) Hz signal. This output signal of K) Hz and <1; in the signal coming from the oscillator 9, Rcj ', <; l) if necessary after a phase shift in a phase shifter 14, a phase comparator 15 is sent to a phase comparator 15. The To: il (>) !. lre <| iicnzmesser gesliillel the UmwiiiidlunK <lt is: ms the magnetometer exiting Sij'ii.'tl · mil veiiindcilicliei ^'l; ic <| iience in a with K) IIz iii'idiilicHcs f iliii h'.lioiir.ij'iial with a vcriindi'i borrowed, to the frequency proportional amplitude. In this way, a simple direct current galvanometer can be fed, which is directly calibrated in magnetic fields.

Die Anordnung wird so eingestellt, daß, wenn das Feld von 10 Hz mit der Achse eines als Bezugsspulen angenommenen Spulenansatzes, z.B. 4,4a, zusammenfällt und das Variometer 6 ein auf die gemeinsame Achse dieser Spulen 4,4 a zentriertes FeldThe arrangement is set so that when the field of 10 Hz with the axis of a coil bobbin approach taken as a reference, for example, 4,4a coincident, and the variometer 6 a to the common axis of these coils 4,4 a centered field

ίο liefert, das aus der Verstärker- und Siebkettenanordnung 13 austretende Signal von 10 Hz mit dem von dem Phasenschieber 14 gelieferten Signal in Phase ist, wenn das zu messende Feld normal zu der gemeinsamen Achse der Spulen 4, 4 a liegt. Diese Bedingung wird bei den Versuchen dadurch hergestellt, daß die Phasenverschiebung des Phasenschiebers 14 so eingestellt wird, daß das Ausgangssignal des Phasenkomparators 15 unter diesen Bedingungen null ist. Wenn dann die Sonde einem Magnetfeld ausgesetzt wird, dessen Komponente in der Ebene 4-4 a, 5-5 a einen beliebigen Winkel α mit der zu der gemeinsamen Achse der Spulen 4,4 a Normalen, d. h. mit der gemeinsamen Achse der Spulen 5, 5 a bildet, besitzt das aus der Verstärker- und Siebkettenanord-, nung 13 austretende Signal von 10 Hz eine Phasenverschiebung α gegenüber dem "Signal des Phasenschiebers 14. Der Phasenkomparator 15 ergibt an seinem Ausgang zwischen seinen Klemmen 16 und 17 eine Gleichspannung, welche zu diesem Phasenunterschied α proportional ist, und deren Zeichen an das Zeichen von α gebunden ist. Diese Gleichspannung wird dazu benutzt, um einen Stellmotor 18, welcher gleichzeitig den Induktor des Variometers 6 und den Phasenschieber 14 antreibt, in dem richtigen Sinn in Umdrehung zu versetzen. Der Motor 18 bleibt stehen, wenn die Ausgangsspannung des Phasenkomparators 15 null ist, d. h. wenn sich das Variometer 6 und der Phasenschieber 14 um den Winkel α gedreht haben. Das durch die Spulen 4-4 α und 5-5 α erzeugte Feld hat dann eine zu der Komponente des Magnetfeldes in der Ebene dieser Spulen normale Richtung. — Bei 19 ist ein Meßgerät dargestellt, welches eine ständige Anzeige des richtigen Arbeitern des Magnetometers liefert.ίο provides that the signal of 10 Hz emerging from the amplifier and filter chain arrangement 13 is in phase with the signal supplied by the phase shifter 14 when the field to be measured is normal to the common axis of the coils 4, 4 a . This condition is established in the tests in that the phase shift of the phase shifter 14 is set so that the output signal of the phase comparator 15 is zero under these conditions. If the probe is then exposed to a magnetic field, the component of which in the plane 4-4 a, 5-5 a is an arbitrary angle α with the normal to the common axis of the coils 4,4 a , ie with the common axis of the coils 5, 5 a forms, the signal of 10 Hz emerging from the amplifier and sieve chain arrangement 13 has a phase shift α compared to the "signal of the phase shifter 14. The phase comparator 15 gives a DC voltage at its output between its terminals 16 and 17, which to is proportional to this phase difference α, and the symbol of which is linked to the symbol of α . This DC voltage is used to set a servomotor 18, which simultaneously drives the inductor of the variometer 6 and the phase shifter 14, in rotation in the correct sense. The motor 18 stops when the output voltage of the phase comparator 15 is zero, ie when the variometer 6 and the phase shifter 14 have rotated through the angle α the field generated by the coils 4-4 α and 5-5 α then has a direction normal to the component of the magnetic field in the plane of these coils. - At 19 a measuring device is shown which provides a constant indication of the correct worker of the magnetometer.

Es ist zu bemerken, daß, wenn infolge einer schlechten Lage des Magnetfeldes gegenüber der Sonde die Kernschwingung aufhört, die Verstärkerund Siebkettenanordnung 13 kein Ausgangssignal liefert. Das Meßgerät 19 zeigt nichts mehr an, aber eine ständige Gleichspannung erscheint am Ausgang des Phasenkomparators 15. Diese Gleichspannung bewirkt die Drehung des Motors 18, bis nach Auftreten neuer Fangbedingungen die Kernschwingung von neuem den Steuervorgang auflöst. ·It should be noted that if as a result of a poor location of the magnetic field with respect to the If the core oscillation stops, the amplifier and sieve chain arrangement 13 has no output signal supplies. The measuring device 19 no longer shows anything, but a constant DC voltage appears at the output of the phase comparator 15. This DC voltage causes the rotation of the motor 18 until after it occurs new trapping conditions the core oscillation dissolves the control process anew. ·

Infolge der obigen Steuerung kann die Apparatur gemäß F i g. 2 zur Messung des magnetischen Erdfeldes benutzt werden, wenn sie entweder unmittelbar in ein Luftfahrzeug eingebaut ist oder von einem Luftfahrzeug geschleppt wird. Man kann auf diese Weise den Absolutwert des Feldes, seinen Gradienten an verschiedenen Punkten und seine Änderungen messen, insbesondere zum Aufsuchen und Orten von untergetauchten Körpern, wie Wracks und Unterseebooten. Hs können auch magnetische Karten aufgcnomincn werden, mit deren Hilfe Bodenschätze aufgesucht werden können.As a result of the above control, the apparatus of FIG. 2 for measuring the magnetic earth field be used if it is either directly installed in an aircraft or by an Aircraft being towed. In this way you can get the absolute value of the field, its gradient measure at different points and its changes, in particular to find and locate submerged bodies, such as wrecks and submarines. Magnetic cards can also be accepted with the help of which mineral resources can be found.

Die Hrliiultiiig kann natürlich abgewandelt werden. Wenn z. H. angenommen wird, daß das Mapnet feldThe duration can of course be modified. If z. H. It is assumed that the Mapnet field

einen zu kleinen Winkel mit der Achse der Sonde bilden kann, um seine Messung zu gestatten, genügt js. die obige Anordnung zn verdoppeln und zwei getrennte Sonden zu benutzen, -deren Achsen zueinander senkrecht Heuen. Hbenso kann die Anordnungtoo small an angle with the axis of the probe to allow its measurement, js is sufficient. double the above arrangement and two separate ones To use probes, -whose axes to each other vertical hay. The arrangement

der F i g. 2 tür ein mit gyromagnetischer Elektronenresonanz arbeitendes Magnetometer benutzt werden, welches gekreuzte lirregerspulen und eine Auffangspule aufweist, welche den Spulen 4, 4a, 5, 5ii und 5 entsprechen.the F i g. 2 for a magnetometer working with gyromagnetic electron resonance can be used, which has crossed excitatory coils and a collecting coil, which correspond to the coils 4, 4a, 5, 5ii and 5.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for measuring magnetic fields by gyromagnetic resonance, in which a gyromagnetic substance exposed to the magnetic field to be measured and the action of a pumping effect is also exposed to the action of an excitation field, the frequency of which is a function of this magnetic field to be measured and which generates an alternating field of which Axis YY runs at right angles to the axis XX of the exciter field, the frequencies of the measuring field and the exciter field being the same, characterized in that the axis XX of the exciter field is set in rotation about the axis YY of the measuring field, i.e. in a plane running at right angles to this axis is that it is always at right angles to the projection of the measurement field on this plane, in that its rotation is controlled according to the algebraic difference between the angle of the axis XX of the excitation field with this projection of the measurement field and 90 °.

2. The method according to claim 1, characterized in that a rotating field of low amplitude and very low frequency is superimposed on the excitation field, that from the signal of the measuring field with the frequency forming a function of the magnetic field to be measured, which is modulated with this very low frequency, the low frequency modulation is eliminated, that the phase shift between the signal generating this rotating field and this rejected signal is determined, and that the axis XX of the excitation field is controlled so that it is made perpendicular to the magnetic field to be measured.

3. Device for measuring magnetic fields by gyromagnetic resonance for performing the method according to claim 1 and 2, characterized by a single receiving coil (3) and a single container (1), around which two pairs of in a plane perpendicular to the receiving coil an aligned excitation coils (4, <Xa to 5, Sa) are arranged in two mutually perpendicular directions, these four excitation coils being connected to a variometer (6) for supply, the inductor of which is connected to a control arrangement which normalizes the excitation axis the component of the magnetic field to be measured in this plane perpendicular to the receiving coil.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the same coils (4, Aa to 5, 5a) as for the excitation field are arranged for generating the rotating field with a very low frequency.

5. Apparatus according to claim 3 and 4, characterized in that for feeding the four Excitation coils (4, 4 a to 5.5 a) with voltages of low amplitude cause very slow oscillations generating oscillator (9) is provided.

6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that for the control a phase comparator (15) is arranged which feeds a motor (18) which simultaneously the variometer (6) and a © phase shifter (14) drives, with the phase comparator on the one hand, the signals supplied by the receiving coil (3) via an amplifier and Sieve chain arrangement (13), which from these signals the signal with the frequency of the low-frequency oscillator (9), and on the other hand those sent out by this oscillator and phase-shifted by the phase shifter Signals are applied.

7. Use of a device according to claims 3 to 6 for measuring the strength of the Changes and the gradient of the earth's magnetic field in several places, in particular on board an aircraft or in a body towed by an aircraft, for searching for and locating submerged bodies such as submarines and wrecks Recording of magnetic maps and for exploring natural resources.