DE1516927C - Vorrichtung zur Messung der Intensität eines magnetischen Feldes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Weiterbildungen der in dem Patent 1 290 630 beschriebenen Vorrichtung zur Messung der Intensität eines magnetischen Feldes, insbesondere eines schwachen Magnetfeldes unterhalb von 1 Gauß, und seiner Veränderungen von Bord eines beweglichen Körpers, z. B. eines Flugzeuges, eines Luftfahrzeuges, eines Flugkörpers od. dgl. aus.

Vorrichtungen zur Messung der Intensität schwacher Magnetfelder, die auch Magnetometer mit magnetischer Resonanz genannt werden, sind an sich bekannt. Derartige Magnetometer beruhen in ihrer Arbeitsweise auf der Messung der Präzessionsfrequenz (auch Larmorfrequenz genannt) des magnetischen Momentes, im allgemeinen des'Kernmomentes, eines subatomaren Teilchens, vor allem eines Atomkernes und insbesondere des Protons in dem zu messenden Magnetfeld, wobei diese Frequenz der Intensität des Magnetfeldes proportional ist, in dem sich das subatomare Teilchen befindet.

Wenn man mit // die Intensität (in Gauß) des zu messenden Magnetfeldes, in dem sich das subatomare Teilchen befindet, mit γ das gyromagnetische Verhältnis des Teilchens (das Vorhandensein eines genau bestimmten Verhältnisses bedeutet, daß das kinetische Moment oder der Spin und daher das magnetische Moment des Teilchens von Null verschieden sind) und mit F₀ die Präzessionsfrequenz oder die Larmorfrequenz (in FIz) bezeichnet, so ergibt sich:

2 π F₀ = γ Η. (1)

Das gyromagnetische Verhältnis γ (in Gauß/sec) ist für viele Atomkerne mit einer sehr großen Genauigkeit bekannt. Das gilt insbesondere für das gyromagnetische Verhältnis des Protons in desoxydiertem Wasser, das mit einer Genauigkeit von 10~^e bekannt ist und 26 751,3 Gauß/sec beträgt.

Die elektromagnetische Strahlung der Frequenz F ist kreisförmig polarisiert, d. h., die Resonanz erscheint als eine Rotation des magnetischen Gesamtmomentes um die Richtung des Magnetfeldes. Das Drehfeld der elektromagnetischen Strahlung wird mittels wenigstens einer um die subatomaren Teilchen angeordneten Spule erfaßt, in der das Drehfeld eine elektrische Wechselspannung erzeugt. Hieraus folgt, daß, wenn sich die Spule an Bord eines beweglichen Körpers befindet, der eine bestimmte augenblickliche Winkelgeschwindigkeit ω um die Richtung des Magnetfeldes hat, die Spule selbst mit dieser Winkelgeschwindigkeit mitgenommen wird, und daß die Frequenz der Wechselspannung, die in der Spule durch magnetische Resonanz erzeugt wird, nicht mehr durch die vorgenannte Formel (1) gegeben ist, die einer absoluten Rotation des magnetischen Gesamtmomentes in bezug auf ein festes Bezugssystem entspricht, sondern der relativen Rotation dieses Momentes in bezug auf ein an den beweglichen Körper und somit an die Spule gebundenes Bezugssystem entspricht. Mit anderen Worten: nach dem Gesetz der Zusammensetzung der Winkelgeschwindigkeiten erhält man

ist diese Messung verfälscht, da der Einfluß der augenblicklichen Winkelgeschwindigkeit bei Anwendung der Formel (1) vernachlässigt wird. Die momentane Winkelgeschwindigkeit kann aber verhältnismäßig große und stark veränderliche Werte annehmen, wenn die Messung an Bord eines Flugzeuges, eines Raumschiffes oder eines Körpers erfolgt, der sich um die Achse des Magnetfeldes drehen kann. Es ist sehr schwierig, wenn nicht unmöglich, eine Berichtigung der

ίο Winkelgeschwindigkeit wegen der Veränderlichkeit ihres Wertes vorzunehmen, wodurch erhebliche Fehler an dem Wert von U und insbesondere seiner Veränderungen entstehen.

Magnetische Messungen und geophysikalische Erforschungen mineralischer Substanzen, die auf den Veränderungen von // beruhen, laufen daher Gefahr, durch Vernachlässigung des Einflusses der momentanen Winkelgeschwindigkeit verfälscht zu sein.
Im Hauptpatent ist eine Vorrichtung zur Messung der Intensität eines magnetischen Feldes, insbesondere eines schwachen Magnetfeldes unterhalb von 1 Gauß, das in einer bestimmten Zone an Bord eines Fahrzeuges vorhanden ist, beschrieben, bei dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden. Diese Vorrichtung enthält zwei Ansammlungen subatomarer Teilchen mit verschiedenen gyromagnetischen Verhältnissen, zwei Generatoren mit magnetischer Resonanz zur Erregung dieser Teilchen und Erfassung ihrer magnetischen Resonanzsignale in dem zu messenden magnetischen Feld mit den Frequenzen f_lt /_a und Einrichtungen zur Bildung eines dritten Signals mit einer Frequenz/₃₎ die gleich der algebraischen Differenz der Frequenzen /1. /2 '^st> wenn diesen die Vorzeichen der gyromagnetischen Verhältnisse der entsprechenden Teilchen zugeordnet werden. Die besondere Ausbildung dieser Vorrichtung besteht darin, daß einerseits die Teilchen, deren Resonanz festgestellt wird, zwei Arten angehören, bei denen das Verhältnis der Momente verschiedene Werte hat, und daß andererseits Einrichtungen vorhanden sind, um die algebraische Differenz der beiden entsprechenden magnetischen Resonanzfrequenzen zu messen, wobei jeder dieser beiden Frequenzen das Vorzeichen des entsprechenden gyromagnetischen Verhältnisses dieser Momente zugeordnet ist.

Wenn man nämlich mit /' und /" einerseits und γ' und γ" andererseits die Werte von / und γ für die beiden Teilchenarten bezeichnet, welche z. B. durch Protonen, für die γ' positiv ist, und Fluorkerne, für die /' ebenfalls positiv, aber kleiner als / ist, gebildet werden, nimmt die Gleichung (2) für die beiden Kerne folgende Form an:

Inf = γ' Η-ω, 2π/" = γ "Η-ω.

2π/ = γ Η—ω,

(2)

wenn man mit / die Frequenz im Falle der Rotation mit der momentanen Winkelgeschwindigkeit ω bezeichnet.

Wenn ein schwaches Magnetfeld, z. B. das magnetische Erdfeld, und seine Veränderungen mit einem Magnetometer mit magnetischer Resonanz bekannter Bauart mit großer Genauigkeit gemessen werden sollen, Wenn /'" die Differenz der Frequenzen /' und /" genannt wird, erhält man die Beziehung:

In?" = 2π/'-2π/" = (/ - γ") Η = GH,

worin G die Differenz γ' — γ" ist, wobei ferner angenommen ist, daß γ' größer als γ" ist. Da die Werte von γ' und γ" mit großer Genauigkeit bekannt sind, ist es Gebenfalls.

Die Gleichung (5) ersetzt somit die Gleichung (I), jedoch mit dem Vorteil, daß die Frequenz /'" genau zu // proportional ist, selbst wenn das Magnetometer um

die Richtung-von // mit der Winkelgeschwindigkeit ω in Umdrehung versetzt wird.

Falls y' und y" nicht das gleiche Vorzeichen haben, wobei z. B. y' positiv und y" negativ ist, bleibt die Gleichung (3) bestehen, während die Beziehungen (4) und (5) durch folgende Beziehungen ersetzt werden:

2 π f" = ω - γ" · //, (4a)

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wobei in allen Fällen G die algebraische Differenz der beiden gyromagnetischen Verhältnisse ist.

Für die Verwendung in dem Magnetometer nach dem Hauptpatent können folgende Paare von subatomaren Teilchen benutzt werden:

Protonen und Fluorkerne,
Protonen und Phosphorkerne,
Protonen und Kerne von Helium 3.

Alle diese Kerne haben positive gyromagnetische Verhältnisse, mit Ausnahme von Helium 3, welches ein negatives gyromagnetisches Verhältnis besitzt.
* Ferner wurde in dem Hauptpatent angegeben, daß bei den bevorzugten Ausführungsformen (was insbesondere für die beiden ersten Paare gilt) das Verfahren der dynamischen Polarisation durch elektronisches Pumpen gemäß dem deutschen Patent 1191480 benutzt wird, bei dem flüssige Proben, welche in Lösung in einem diese Kerne (Protonen, Fluorkerne, Phosphorkerne) enthaltenden Lösungsmittel ein paramagnetisches Radikal mit einem unpaarigen Elektron enthalten, vorgesehen sind, wobei die Sättigung einer elektronischen Resonanzlinie die Intensität des Kernsignals steigert.

Jede der Sonden des Magnetometers nach dem Hauptpatent hat zweckmäßigerweise die Form eines Spinoszillators, wie er in dem deutschen Patent 1 254 759 der gleichen Patentinhaberin beschrieben ist.

Bei dem Magnetometer nach dem Hauptpatent sind die beiden Sonden oder Meßköpfe nebeneinander und in fester Verbindung miteinander angeordnet.

Es wurde nunmehr festgestellt, daß es von Vorteil ist, die beiden Sonden nicht mehr nebeneinander, sondern mit einem bestimmten Abstand voneinander, insbesondere hintereinander in einer senkrechten Symmetrieebene des bewegten Körpers, z. B. ein Flugzeug, das die Vorrichtung trägt, anzuordnen, weil es hierdurch möglich ist, die Störungen der Messung der Intensität des magnetischen Erdfeldes zu kompensieren, und zwar nicht nur in bezug auf den »gyroskopischen Effekt«, der durch die Drehung des Körpers entsteht, sondern gleichzeitig auch in bezug auf das ständig vorhandene magnetische Störfeld, das durch die ständigen Magnetisierungen und die Ströme der Einrichtungen an Bord des Flugzeuges hervorgerufen wird. Die Intensität des Störfeldes ist an den einzelnen Stellen des Flugzeuges unterschiedlich.

Gemäß der Erfindung wählt man die Stellungen der beiden Sonden, deren aktive Substanzen subatomare Teilchen mit verschiedenen gyromagnetisehen Verhältnissen enthalten, so, daß man in den beiden Stellungen genau gleiche Werte für die Produkte aus der Intensität des magnetischen Störfeldes und dem gyromagnetischen Verhältnis der Teilchen in der Sonde an der jeweiligen Stelle erhält.

Die Erfindung betrifft ferner die Anwendung derartiger Magnetometer zur Messung der Veränderungen des magnetischen Erdfeldes an Bord eines Flugzeuges, d. h. die Anwendung von Magnetvariometern. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an einem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in einer schematischen Seitenansicht mit einem Teilschnitt ein Flugzeug mit der Anordnung eines Magnetometers gemäß der Erfindung und

F i g. 2 eine Schaltungsanordnung eines Magnetometers, teilweise in Form eines Blockschaltbildes.

In F i g. 1 ist ein Flugzeug mit seinem Bug N, seinem Rumpf F, seinen Flügeln L, seinen Steuerteilen G, E und seinem Schwanz Q dargestellt. Man weiß, daß der größere Teil der an Bord befindlichen Apparate (Motore, elektrische und elektronische Einrichtungen, Laderäume, Behälter usw.), die eine magnetische Kompensation erfordern, sich in einem etwa kugelförmigen Bereich R im vorderen Teil des Flugzeuges befinden, wobei das Zentrum dieses Bereiches R etwa zusammenfällt mit dem Schwerzentrum M der magnetischen Masse des Flugzeuges. Die Apparate dieses Bereiches beeinflussen eine an der Stelle B im Abstand d vom Zentrum Λ/ angeordnete Meßsonde mehr als eine an der Stelle Λ mit dem zusätzlichen Abstand α vom Zentrum M befindliche Sonde. Bei dem Ausführungsbeispiel befindet sich A im Schwanz Q des Flugzeuges, während B zwischen dieser Stelle des Schwanzes und dem Bereich R liegt; diese beiden Stellungen von A und B bilden im übrigen die bevorzugten Stellungen für die beiden Sonden.

Wenn man die Sonde, wie vorstehend erläutert, an den Stellen A und B anordnet und wenn man auf die vorstehend erwähnte Formel (5) zurückkommt, erhält man

sofern H an den Stellen A und B den gleichen Wert hat. Aber wenn, wie angenommen, die Intensität des magnetischen Feldes an den Stellen A und B tatsächlich aus zwei Anteilen besteht, und zwar einem ersten bekannten Anteil H₀ entsprechend dem zu messenden magnetischen Erdfeld, der sich zwischen A und 5 nicht verändert, und einem zweiten Anteil /1.1 an der Stelle A bzw. hß an der Stelle B, der von den magnetischen Störungen, insbesondere von den Stromkreisen und anderen Einrichtungen des Bereiches R herrührt, ändert sich die Gleichung (5) wie folgt:

2 π/'" = / (H₀ + eh a) — γ" (H₀ + eh_B), (6)

wobei angenommen wird, daß ε = ±1 und daß / das gyromagnetische Verhältnis der Atomkerne der Sonde an der Stelle A und y" das gyromagnetische Verhältnis der Atomkerne der Sonde an der Stelle B ist. Die Gleichung (6) kann noch wie folgt geschrieben werden:

2 π/'" = (/ - γ") H₀Vt (/ h_A - γ" h_B). (7)

Die Gleichung (7) enthält dann im Vergleich zur Gleichung (5) ein Korrekturglied, und zwar

S(Y¹Ha-Y" h_B).

Gemäß der Erfindung wählt man die Stellen Λ und B derart, daß das Korrekturglied Null wird, d.h.

Y'hA = Y"h_B. . (8)

Man wählt also die Stellungen der beiden Sonden, deren aktive Substanzen subatomare Teilchen (insbesondere Atomkerne) mit verschiedenen gyroma-

gnctischcn Verhältnissen enthalten, so, daß man iri den beiden Stellungen genau den gleichen Wert für die Produkte aus der Intensität des permanenten magnetischen Störfcldes und des gyromagnetischen Verhältnisses der Teilchen der an diesen Stellen befindlichen Sonden erhält.

Hieraus ergibt sich, daß an der Stellet, an der die Intensität des magnetischen Störfeldcs weniger groß ist, die Sonde anzuordnen ist, deren Atomkerne das größere gyromagnetische Verhältnis haben.

Es ist weiterhin vorteilhaft, die Sonde mit den Teilchen mit dem größeren gyromagnetischen Verhältnis nahe am hinleren Ende des Flugzeuges und die andere Sonde in der Nähe derselben an der Stelle B mit einem Abstand α, der kleiner als der Abstand d ist, anzuordnen, so daß Ji₀ an diesen beiden Stellen in der Tat gleich ist.

Es ist zu bemerken, daß sich die genaue Arbeitsweise des Magnetometers nicht ändert, vorausgesetzt, dall das Verhältnis \^Λ und damit das magnetische

"B

Schwerezentrum M (nahe dem Zentrum des Bereiches R) unveränderlich ist. Es wurde tatsächlich festgestellt, daß aul den gebräuchlichen Flugzeugen das Schwerezentruni sich nur wenig verschiebt.

J- i g. 2 zeigt ein Ausführungsbcispicl einer Schaltung eines Magnetometers zur Durchführung des Vcilahiens, wie es in dem Hauptpatent beschrieben ist, unter Anwendung einer elektronischen Pumpung gemäß dem deutschen Patent 1 191 480.

Das Magnetometer nach I·' i g. 2 enthält zwei Generatoren mit magnetischer Resonanz, die an den Stellen Λ und B angeordnet sind und zwei Spannungen mit den Frequenzen /' und /" erzeugen, die gleich der Larmorfrequcnz für die beiden subatomaren Teilchen, insbesondere zwei Atomkerne mit verschiedenen gyromagnetischen Verhältnissen γ' und γ", sind.

Jeder der Generatoren Ια, \b mit magnetischer Resonanz enthält einen Behälter 2«, Ib mit einer Lösung, die einerseits ein Lösungsmittel mit den Atomkernen (verschiedenartig für die beiden Behälter) mit einem magnetischen Moment und einem von Null verschiedenen kinetischen Moment und folglich mit einem genau bestimmten gyromagnetischen Verhältnis enthält und andererseits gelöst in diesem Lösungsmittel ein freies paramagnetisches Radikal enthält, das einen verhältnismäßig hohen hypeifeinen Abstand (d. h. eine Resonanzfrequenz in einem Magnetfeld Null) und eine bipolare Kopplung zwischen den Spins der unpaarigen Elektronen des freien Radikals und den Spins der Atomkerne des Lösungsmittels besitzt, wobei die Sättigung einer elektronischen Resonanzlinic eines solchen Radikals infolge des Overliauser-Abragam-Eilcktes die Intensität des Signals mit der Larmorfrequenz der Atomkerne steigert.

Der Behälter la enthält beispielsweise eine Lösung 3a von 200 cm³ Wasser und darin gelöst 0,5 Peroxylamin-Sulfat (SO₃)JjNOK₂, dessen Resonanzfrequenz im Feld Null in der Größenordnung von etwa 56 MHz liegt, während der Behälter Ib eine Lösung 3b von 200 cm³ CeH₄(CF₃);, in Meta-Stellung enthält, die mit Pcroxylamin-Sulfat gesättigt ist.

Die beiden Behälter la, Ib sind mit einem bestimmten Abstand α (der vorzugsweise relativ klein ist) voneinander angeordnet, wobei dieser Abstand vorzugsweise veränderbar ist, z. B. durch Verschiebung wenigstens eines der beiden Behälter an einer Stange 2. Die Iilektronenrcsonanzlinie von 56 MHz des (SOa)₂NOK₂ (Fremy-Salz) in den. beiden Behältern wird mittels einer in den Behältern angeordneten Spule 4a, Ab gesättigt, die über ein Koaxialkabel 5 von einem Hochfrequenzgenerator oder -oszillator 6, der eine sinusförmige Spannung mit einer Frequenz von 56 MHz liefert, gespeist. Der Leistungsverbrauch des Oszillators liegt in der Größenordnung

ίο von einigen Watt.

Infolge der Sättigung der Elektronenresonanzlinie von 56 MHz des (SO₃)₂NOK₂ zeigt das Signal der magnetischen Resonanz der Protonen der Lösung 3a einerseits und der Fluorkerne der Lösung 3b andererscits in dem magnetischen Feld H, das in· der von den Behältern la und Ib eingenommenen Zone herrscht, eine durch den Overhauscr-Abragam-ElTekt erhöhte Intensität.

Das Signal mit der Larmoifrequenz in jedem Behälter la und Ib wird mittels eines Spinoszillators erfaßt.

Jeder dieser Spinoszillatoren enthält zwei Spulen 8a, < 8/> und 9a, 9b, die jeweils den Behälter umgeben * und beispielsweise 6000 bzw. 200 Windungen enthalten können. Zwischen den äußeren Spulen 8a, 8b und 9a, 9b einerseits und den inneren Spulen Aa, Ab andererseits befindet sich ein nicht dargestellter elektromagnetischer Schirm, der an sich bekannt und praktisch undurchlässig ist für elektromagnetische Strahlungen mit 56 MHz, aber Strahlungen mit der magnetischen Resonanzfrequenz

f =

¹ H bzw. /"= -f-In In

durchläßt.

In der Zeichnung hat man die Spulen 8a, 8b und 9a, 9b außerhalb der Behälter 2a, Ib dargestellt,

um eine bessere Übersichtlichkeit zu erhalten.

Zwischen den Klemmen jeder der Spulen 8a, 8b ist ein Kondensator 10«. 10b angeordnet; die dadurch entstehenden Kreise 8a-10« bzw. 8/>-10/> stellen jeweils auf die Larmorfrequenz /' bzw. /" abgestimm- ' te Resonanzkreise dar.

Jede Spule 8a, 8b ist an einen linearen Verstärker 11a, Wb ohne Phasenverzerrung angeschlossen, wobei die Verstärker vorzugsweise Selektivverstärkcr mit schmaler Bandbreite sind, deren Mitte auf die Frequenz /' bzw. /" zentriert ist. In diesem Falle eliminiert die Selektivität des' Resonanzkreises (dessen Überspannungsfaktor oder Gütekoeffizient in der Größenordnung von 4 bis 6 liegen kann, um die Frequenzmitnahme oder »pulling« zu verringern) und des Verstärkers einen großen Teil des Grundgeräusches und erhöht somit das Verhältnis Signal zu Geräusch. Der Verstärker 11a, 11Z>, der einen Verstärkungsgrad von 70 Dezibel haben kann, speist über einen Widerstand 13a, 136 (mit einer großen ohmschen Impedanz im Verhältnis zur Selbstinduktion, z. B. in der Größenordnung von 100 000 Ohm) die Spulen 9a, 9b. Die Mittelpunkte der Spulen 8a, 8b und 9a, 9b und der Verstärker 11a, Hb jedes Kanals sind an Masse gelegt.

Die Achsen der Spulen 8a, 8b und 9a, 9b stehen senkrecht zueinander, um eine elektrische Entkopplung zwischen jedem Paar von Spulen 8α-9α und 8Λ-9Λ zu erreichen; die Restkopplung wird mittels

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eines Ausgleichspotentiometers 14α, 14b von /"' = /' — /", die in der Größenordnung von

25 000 Ohm auf einen minimalen Wert gebracht. 125 Hz für das magnetische Erdfeld in unserer Erd-

Bei diesen Bedingungen der Entkopplung kann nur zone liegt, wenn auf der einen Seite die Atomkerne

das Phänomen der Kernresonanz die Spulen 8a-9a Protonen sind und Fluorkerne andererseits verwendet

einerseits und 8b-9b andererseits koppeln. Wenn 5 werden).

in den Spulen 8a, 8b eine elektromotorische Wechsel- Für die Messung einer solchen relativ kleinen

kraft der Kerninduktion mit der Larmorfrequenz Frequenz eignet sich insbesondere der in der deutschen

entsprechend dem magnetischen Feld H (gleich Patentanmeldung P1516 925-2 (erste Zusatzpatent-

H₀ + FtA oder H₀ + hu) und dem gyromagnetischen anmeldung) der gleichen Patentinhaberin beschriebene

Verhältnis γ' oder γ" auftritt, wird diese EMK durch io Frequenzmesser.

den Verstärkerlla,ll£>verstärkt,dannandieSpule9a, Die Erfindung ist bisher für den Fall der Verwen- 9b angelegt, deren magnetisches Feld die Fortdauer dung von zwei Spinoszillatoren, insbesondere mit dieser EMK sicherstellt und damit das Auftreten einer Protonenansammlung einerseits und einer Ander Schwingungen bewirkt. Die Anordnung 8a-lla-9α Sammlung von Phosphor- oder Fluorkernen anderermit dem Behälter 2a einerseits und die Anordnung 15 seits, beschrieben worden. Ebensogut kann die Er- 8b-llb-9b mit dem Behälter 2b andererseits bildet findung unter Verwendung der gleichen Ansammlung einen richtigen quantenhaften Oszillator, der einem von Teilchen mit anderen Generatortypen mit maüblichen Oszillator mit Rückkopplung entspricht, gnetischer Resonanz durchgeführt werden, z. B. mit bei dem die Kernresonanzkurve die Rolle der Kurve den Generatoren des Typs Maser, wie sie in dem des Oszillatorkreises bei üblichen Oszillatoren spielt. 20 deutschen Patent 1 191 480, oder mit Generatoren Da die Kopplung mit der Larmorfrequenz erfolgt, mit freier Präzession, wie sie in dem deutschen Patent schwingt der Oszillator mit dieser Frequenz. 1152188 beschrieben sind; diese beiden Generator-Wenn man annimmt, daß H = O ist, fließt als typen beruhen ebenfalls auf der Ausnutzung des Folge der Entkopplung zwischen den Spulen 8α-9α, Overhauser-Abragam-Effektes.

Sb-9b in dem Verstärker 11a, 11b kein Strom. Ist 25 Andererseits wurde beispielhalber als Lösung eines

im Gegensatz dazu H von Null verschieden, führen freien paramagnetischen Radikals (d. h. eines nicht

die magnetischen Momente der Kerne der hydrierten gepaarten Elektrons) in den Behältern 2a und 2b

Lösung 3a und der Fluorkerne der Lösung 3b eine eine Lösung von (SO₃)₂NOK₂ benutzt. An Stelle

Präzession mit der Larmorfrequenz aus, und jeder einer solchen Lösung könnte man auch Lösungen

Generator oder Kernoszillator 1 a, Ib, insbesondere 30 von Diphenylpicrylhydrazyl oder eines freien Radikals

jeder Verstärker 11a, 116, liefert eine Spannung mit benutzen, das eine radikale Stickoxydgruppe enthält,

einer Frequenz, die gleich der Larmorfrequenz ist, deren Stickstoffatom im übrigen ausschließlich an

d. h. /' für 11a und /" für 11b. zwei Kohlenstoffatome gebunden ist, die ihrerseits

Ein Mischer 15 empfängt die Spannungen mit den an drei andere Kohlenstoffatome gebunden sind (wie

Frequenzen /' und /" von den Ausgängen 12α und 35 beispielsweise in dem belgischen Patent 514 472 be-

126 und liefert an seinem Ausgang 24 ein Signal schrieben). Die Sättigungsfrequenz der Elektronen-

mit den Frequenzen /', /", /' + /" und /' - /". resonanzlinie, die 56 MHz im Falle von (SO₃)₂NOK₂

Ein Bandpaßfilter 16 bewirkt, daß nur die Frequenz beträgt, verändert sich von einem paramagnetischen

/' — /" (wenn y' und γ" wie in dem gewählten Bei- freien Radikal zum anderen.

spiel positiv sind), auf die das Band zentriert ist, 40 Wenn schließlich eine der Anordnungen von sub-

durchgelassen wird. atomaren Teilchen aus einer Ansammlung von Helium-

Nach der Formel (5) ist die Frequenz /'" der vom 3-Kernen besteht, wird für den Generator mit der Filter 16 gelieferten Spannung genau proportional Larmorfrequenz, die diesen Kernen entspricht, vorder Intensität H₀ des zu messenden magnetischen teilhafterweise eine Generator mit optischer Pum-Feldes in der Zone 7 und unabhängig von ω. Anderer- 45 pung, wie er von L. D. S c h e a r e r in »Advances seits ist gemäß der Erfindung, wenn die Bedingung in Quantum Electronics« auf den Seiten 239 bis 251 der Formel (8) erfüllt ist, die Frequenz /'" unabhängig beschrieben ist, benutzt (Herausgeber J. R. Singer — von den permanenten magnetischen Störfeldern Ha Columbia University Press, New York und London, an der Stelle A und hn an der Stelle B. 1961).

Die Frequenz/'" wird mit einem Frequenzmesser 17 50 Man erhält gemäß der Erfindung ein Magnetobekannter Bauart gemessen, und der Wert dieser meter mit magnetischen Resonanzen, das gegenüber Frequenz kann mittels eines Registriergerätes 18 re- den bekannten Magnetometern zahlreiche Vorteile gistriert werden. aufweist, insbesondere folgende:

Bei dem gewählten Beispiel und für den Fall, bei Seine Messungen sind von den Drehungen des

dem man die Intensität H (in der Größenordnung 55 Magnetometers in bezug auf die Richtung des zu

von 0,5 Gauß) des magnetischen Erdfeldes mißt, ergibt messenden Magnetfeldes unabhängig.

sich: /' = 2100 Hz, /" = 1975 Hz und /'" etwa Seine Messungen sind ferner von den permanenten

125 Hz. magnetischen Störfeldern, die von der permanenten

Bei einer abgewandelten Ausführungsform der An- Magnetisierung und den Strömen der elektrischen Ordnung nach F i g. 2 kann der Behälter 2a eine 60 Einrichtungen an Bord des beweglichen Körpers

Lösung von (SO₃)₂NOK₂ enthalten, die mit Natrium- erzeugt werden, unabhängig.

metaphosphat gesättigt ist, wobei das zweite Teilchen Die Messungen sind im Vergleich zu den bekannten

Phosphor ist. Die Frequenzen /" und /'" sind dann Einrichtungen absolut, wenn man die anderen Störun-

cntsprechend anders. gen an Bord des Flugzeuges (wie Felder, die durch

Die Messung der Frequenz ist, wie bei dem Haupt- 65 das magnetische Erdfeld in dem ferromagnetischen

patent, verhältnismäßig empfindlich, wenn man eine Material hervorgerufen werden, oder vorübergehend

große Genauigkeit wünscht, weil die Frequenz relativ auftretende Felder beim öffnen und Schließen von

klein ist (es handelt sich um eine Frequenzdifierenz: elektrischen Stromkreisen an Bord und Felder, die

■durch Foucault-Ströme hervorgerufen werden) kompensiert.

Das Magnetometer gestattet ferner die automatische Registrierung der Schwankungen des Absolutwertes des magnetischen Erdfeldes.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung der Intensität eines magnetischen Feldes, insbesondere eines schwachen Magnetfeldes unterhalb von 1 Gauß, das in einer bestimmten Zone an Bord eines Fahrzeuges vorhanden und durch ein Störfeld überlagert ist, mit zwei Ansammlungen subatomarer Teilchen mit verschiedenen gyromagnetischen Verhältnissen, mit zwei Generatoren mit magnetischer Resonanz zur Erregung dieser Teilchen und Erfassung ihrer magnetischen Resonanzsignale in dem zu messenden magnetischen Feld mit den Frequenzen /_lf /₂ und mit Einrichtungen zur Bildung eines dritten Signals mit einer Frequenz /₃,

die gleich der algebraischen Differenz der Frequenzen Z₁, /₂ ist, wenn diesen die Vorzeichen der gyromagnetischen Verhältnisse der entsprechenden Teilchen zugeordnet werden, nach Patent 1290 630, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ansammlungen an zwei solchen Stellen angeordnet sind, an denen die Produkte aus der Intensität des magnetischen Störfeldes und dem gyromagnetischen Verhältnis der in der betreffenden Ansammlung befindlichen Teilchen die gleichen Werte haben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 für eine Verwendung in einem Flugzeug, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansammlung mit den Teilchen mit dem größeren gyromagnetischen Verhältnis im Schwanz des Flugzeuges und die andere Ansammlung in einigem Abstand von der ersten Ansammlung zwischen dieser und dem Schwerezentrum der magnetischen Massen des Flugzeuges angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen