JPH05288820A - 方向性共鳴磁力計 - Google Patents

方向性共鳴磁力計

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JPH05288820A
JPH05288820A JP3170364A JP17036491A JPH05288820A JP H05288820 A JPH05288820 A JP H05288820A JP 3170364 A JP3170364 A JP 3170364A JP 17036491 A JP17036491 A JP 17036491A JP H05288820 A JPH05288820 A JP H05288820A
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magnetic
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JP3170364A
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Denis Duret
デュレ デニス
Marc Beranger
ベランジェ マルク
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/24—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance for measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】熱ドリフト及び時間ドリフトが限定されてお
り、高磁界、衝撃及び圧力に対する感受性は可逆的であ
り、サイズは数ミリメートルに減少することができる方
向性共鳴磁力計を提供すること。 【構成】共鳴スピンを含む試料２、共鳴を励振しスピン
を検出するための第一の手段４、方向と補償用Ｈ１exに
従って分極磁界Ｈb を生ずる第二の手段３２、第一及び
第二の手段に接続されている処理並びに閉ループ制御手
段６，８，１６〜２０，３４〜３８，４８〜５２，４
０，４４、及び特に第二の磁気手段に対して、Ｈ１exに
比例する電圧を供給し、Ｈbを誘起する方形波パルス電
流を内蔵している。この処理・制御手段は共鳴の近傍で
Ｈb −Ｈo ＋ｈ１ex及びＨo −Ｈb ＋Ｈ１exに比例する
電圧を得ることを可能にし、Ｈo はＨexより十分大きく
且つ共鳴時の磁界の値である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は方向性共鳴磁力計に関す
るものであって、更に特定して言えば弱磁界、例えば約
０〜１００マイクロテスラ（μＴ）の測定を意図してい
る。従って本発明の特別の用途は、地球物理学、探鉱、
及び宇宙探知である。
【０００２】本発明による磁力計は方向性を有する、す
なわち磁力計は一つの測定方向と連動していて、磁界の
投影（成分）値を求めることを可能にする。磁界成分は
上記測定方向に関するベクトル量である。
【０００３】そのような磁力計の通過帯域は０Ｈｚと１
０Ｈｚの間にあり、数ｋＨｚまで延長することができ
る。
【０００４】磁力計の分解能を表わすには、数個のパラ
メータを考慮しなければならない。 ａ）入力に運ばれてくる雑音のスペクトル密度。この密
度は一般的な場合は測定周波数ｆの関数であって、ｎＴ
・Ｈｚ-1/2で表わされる。 ｂ）ｆ-aにおける雑音の存在であって、一般に低い周波
数で増加する。 ｃ）時間による、且つ温度の関数としてのドリフト、 ｄ）偽似ゼロの存在の有無におけるゼロの安定度。
【０００５】
【従来の技術】フラックスゲート形式の方向性磁力計は
既に知られており、その良い説明が資料（１）に与えら
れている。この資料は今後引用する他の資料と同様、こ
の説明の最後に記載してある。
【０００６】このようなフラックスゲート磁力計の雑音
限界は約１０ピコテスラ（ｐＴ）である。この磁力計に
はゼロ安定度の効果が存在し、高性能特性を持っている
が高価である。このような磁力計が高磁界、高衝撃又は
高圧力を受ける場合は、その特性は非常に害になる影響
を受ける。
【０００７】なお、資料（２），（３）及び（４）は方
向性共鳴磁力計を開示している。既知の方向性フラック
スゲート磁力計及び方向性共鳴磁力計は、これから参照
する欠点に苦しんでいる。
【０００８】フラックスゲート磁力計は時間によるドリ
フト及び、温度の関数としてのドリフトに悩んでいる。
これらの磁力計は偽似ゼロ現象にさらされており（すな
わち、ゼロ磁界が存在する場合に必ずしもゼロとならな
い応答を示す）、高磁界、高衝撃、高圧力に非可逆的に
敏感である。
【０００９】既知の方向性共鳴磁力計は全体の寸法が大
きく（その容積は数ｄｍ3 にまで拡がる可能性があ
る）、一方約１ナノテスラ（ｎＴ）という低い分解能を
持っている。
【００１０】本発明は、その性能特性がフラックスゲー
ト形のものと同程度であるが、熱ドリフト及び時間ドリ
フトが限定されており、偽似ゼロ現象を受けず、高磁
界、衝撃、衝突、及び圧力に対する感受性は可逆的であ
るような、方向性共鳴磁力計を提案する。更に本発明に
基づく磁力計のサイズは数ミリメートルに減少すること
ができる。
【００１１】以後順次図１から図６まで、磁力測定及び
スペクトル測定の分野から、知られている種々の装置を
参照する。
【００１２】図１は資料（３）から知られる磁力計を線
図で示したものである（その中の図４と比較参照す
る）。この磁力計では、共鳴電子スピンを有する材料か
ら作られた試料２を、磁気分極磁界Ｈb 及び測定しよう
とする外部磁界Ｈexの中に置く。後者は例えば地球磁界
である。分極磁界Ｈb は何らかの適切な手段、例えば図
示してはいないが試料の近傍に置いた磁気コイルに、強
さ可変の電流を供給することによって作られる。
【００１３】図１の磁力計はまた励振兼受信コイル４
を、試料２の周りに持っている。コイル４の軸は分極磁
界Ｈb の方向Ｄに直角であり、これが図１の磁力計の測
定方向である。
【００１４】電子スピンが共鳴した場合は、これら電子
スピンの共鳴周波数ｆ0 はLarmorの関係式で与えられ
る。 ｆ0 ＝ｇ・Ｍo ・Ｈo ／（２ｐｉ） ここで、Ｍo ＝４ｐｉ・１０-7Ｈ／ｍ ｇo ：電子の磁気回転比（ｇ／２ｐｉ＝２８ＧＨｚ／
Ｔ） Ｈo ：共鳴時スピンに加えられる磁界（Ａ／ｍで表わ
す） ｐｉ：よく知られている記号で、約３．１４１６を表わ
す。
【００１５】ｆ0 に設定した高周波発生器６は、測定ブ
リッジ８及びコイル４を経由して共鳴を励振するが、コ
イル４は共振回路１０の一部を構成している。この共振
回路は周波数ｆ0 に同調してあり、コイル４の他、コイ
ル４の両端子間に接続された可変コンデンサＣ１を含
む。共振はコイル４、測定ブリッジ８及び受信器１２に
よって検知され、受信器１２は振幅検知能力を具えてい
る。測定ブリッジ８は励振からの受信を反結合するよう
に働く。
【００１６】もし方向Ｄ及びコイル４の軸の両方に直角
に磁界を発するコイルがあって、発生器６に接続されて
いるならば、測定ブリッジ８は無くすことができること
を指摘しておく。共振回路１０はこの場合は単に受信器
１２につなぐだけとなる。
【００１７】観測装置１４はその入力において、受信器
１２の出力が供給する検出電圧Ｖを受信する。装置１４
は図２に示すような曲線を供給し、この曲線は電圧Ｖの
変化を電子スピンに加えた磁界Ｈの関数として表わす。
これはガウス曲線の形をした吸収曲線である。共鳴はＨ
がＨo と等しくなったとき起る。加えられた磁界Ｈは、
分極磁界Ｈb と測定外部磁界Ｈexとのベクトル和であ
る。
【００１８】磁界Ｈo は磁界Ｈexよりもずっと強く選ん
であるので、Ｈはほぼ次式で表わすことができる。 Ｈ＝Ｈb ＋（Ｈex・ｃｏｓＴｈ） ここでＴｈはＨb とＨexを表わすベクトル間の角度であ
る。この角度は磁力計の方向特性を確認する。この式
は、Ｔｈ，Ｈo 及びＨo より進むＨb のＨbo成分の値を
知れば、Ｈexを求めることができることを記憶すべきで
ある。
【００１９】この簡単な式を得ることとは別に、非常に
大きいＨo の値を有することの別の関心事は、磁力計の
信号対雑音比（ｓ／ｎ比）が、一次近似でｆ0 2、従って
Ｈo 2に比例するということである。
【００２０】資料（３）の図１〜図３は今説明している
図１に線図で示す磁力計の構造的変形品を示している。
スペクトル測定の分野から資料（５）に開示されている
が、磁気測定の分野では使用されていない装置を、図３
に線図で示すが、これは高い周波数を干渉的検知するこ
とを明かにしている。
【００２１】図３の装置は、図１の試料２、磁界Ｈb 、
コイル４、発生器６、測定ブリッジ８及び共振回路１０
を使用し、これらを同じように配置し、更に低雑音増幅
器１６、平衡形混合器１８、低域フィルタ２０を持って
いる。
【００２２】測定ブリッジ８の出力で得られる高周波信
号は、増幅器１６で増幅され、平衡形混合器１８の入力
に与えられ、混合器１８の基準信号は高周波励振の「映
像」となっている。
【００２３】もっと詳述すれば、この基準信号は、高周
波発生器６が測定ブリッジ８に供給する励振信号の周波
数と等しい周波数の信号であるが、その振幅と位相は上
記励振信号のそれとは異るものである。
【００２４】混合器１８の出力は低域（通過）フィルタ
２０で濾波され、高周波の高調波のみならず、高周波の
残り量をも無くす。
【００２５】この低域フィルタ２０の出力に適当な、し
かし図には示していない観測装置を接続することによっ
て、曲線２又は曲線４を励振信号と基準信号のそれぞれ
の位相の関数として得ることができる。この曲線は磁界
Ｈの関数として電圧Ｖ１の変動を表わし、分散曲線と呼
ばれている。図４のこの曲線は直線性とドリフトの限界
を有する磁力計用として、あるいは磁界閉ループ制御装
置におけるゼロ信号として、使用することができる。
【００２６】スペクトル測定の分野で知られており、磁
気測定の分野で使用される別の装置を線図により図５に
示すが、この装置は吸収曲線の微分値を得ることを可能
にする。図５の装置は図３の試料２、磁界Ｈb 、コイル
４、発生器６、測定ブリッジ８、共振回路１０、増幅器
１６、及び平衡形混合器１８を使用し、同じように配置
している。
【００２７】図５の装置はまた発振器２２を有し、これ
が可聴周波数ｆm を有する信号を生じ、同様にコイル２
４を有し、これが上記信号を受けて試料２に、「擾乱磁
界」と呼ばれる周波数ｆm の磁界を生じる。この磁界は
磁界Ｈb に重畳され、コイル２４の軸は磁界Ｈb を生ず
るのに使われる図示していないコイルの軸と一致させ
る。
【００２８】平衡形混合器１８の出力において、図３の
低域フィルタ２０は、周波数ｆm の周りの帯域通過フィ
ルタ２６によって置換される。
【００２９】移相器２８は高周波発生器６からの高周波
信号を受け、平衡形混合器１８に、その出力において図
２に示した曲線の電圧Ｖを得るに十分な位相を有する信
号を供給する。
【００３０】発振器２２からの基準信号で制御される、
周波数ｆm での同期検波手段３０は、その入力がフィル
タ２６の出力に接続されており、その出力に電圧Ｖs を
与える。上記基準信号は周波数ｆm であるが、その振幅
と位相は発振器２２がコイル２４に供給する信号のそれ
らとは異るものとすることができる。
【００３１】同期検波手段３０の出力に適切な、しかし
図示していない観測手段を接続すれば、図６に示す、オ
フセット電圧のない曲線を観測することができる。この
曲線は電圧Ｖs の変化を磁界Ｈの関数として表わし、図
２の曲線の微分値を構成する。
【００３２】共鳴物質、高周波磁界及び擾乱磁界のそれ
ぞれの振幅を最適化することのできるパラメータは、資
料（５）に述べてある方法によって得られる。
【００３３】従って、次の手段の助けによって方向性磁
力計を作れることがわかる。適切な共鳴物質から形成さ
れる試料（例えば資料（６）参照）、一つ以上のサンプ
リング及び励振用のコイル、連続分極磁界Ｈb （Ｈo に
極めて近い）を生じることのできる装置、共振状態にあ
る発振器、及び図４又は図６の曲線を得ることのできる
電子的手段。
【００３４】この場合、線幅ＤＨ１（図４の曲線）又は
ＤＨ２（図６の曲線）より十分下廻る程度の、外部磁界
Ｈexの変動は、共振変化及び磁力計の出力における映像
電圧に行きつく。
【００３５】ゼロ指示器としての電圧Ｖ１（図４）又は
電圧Ｖs （図６）を使用する磁界帰還により、上記電圧
を積分し、それに比例する電流を再注入することによっ
て、直線性を向上することができる。またこの電流はコ
イルの結果として磁界を作り、そのコイルの軸はＨb の
方向に平行とする。このような手順は磁気測定では標準
的なものである（資料（７）参照）。
【００３６】このような磁力計の主な欠点は分極磁界Ｈ
b の安定度とつながっている。必要条件の精密さは、次
の例の助けによって評価することができる。
【００３７】１０ｐＴの精密さを有する５０μＴの測定
磁界Ｈex及び、Ｈexより１００倍強い分極磁界Ｈb 、す
なわち５ｍＴの磁界Ｈb について考えてみよう。Ｈb の
どんな変動もＨexの変動として解釈することができる。
従って、相対的精密さで磁界Ｈb は１０ｐＴ以内で安定
でなければならない、すなわち２・１０9 の安定度が必
要となる。これは事実上既知の方法では達成することが
できない。
【００３８】試験済みの一つの解決法は、磁界Ｈb が交
互に共振線を正になったり負になったりするようにして
記述するように、磁界Ｈb をｆ0 より十分小さいある周
波数ｆp で脈動させることから成る（資料（２），
（３），（４）参照）。従って解決すべき安定度の問題
は、１／ｆp の期間にわたる短時間の安定度を得ること
に移される。
【００３９】上記解決法に関連した問題は、正弦波又は
三角波の性質の１／ｆp という走査時間の極く短かい何
分の一かの部分の間を除いて、共鳴がその最大感度帯
（資料（５）参照）の中で利用されるのではないという
点である。
【００４０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、中でも時間
や温度とつながったドリフトを持たず、既知の方向性共
鳴磁力計よりも良い分解能を有する、方向性共鳴磁力計
を提案することによって、前述の欠点をすべて回避する
ことを目的としている。
【００４１】
【課題を解決するための手段】本発明は、与えられた方
向の磁界Ｈexの投影である磁界Ｈ１exを測定するための
方向性共鳴磁力計に関係するもので、その磁力計は次の
ものから成るものである。 ・共鳴スピンを有する物質から作った試料、 ・試料の近傍に置かれ、スピンの共鳴を励振し、励起さ
れた共鳴を検出するための第一の磁気手段、
【００４２】更に次のものを持っていることを特徴とし
ている。すなわち、 ・試料の近傍に置かれ、予め決めた方向に従い磁気分極
磁界Ｈb を生ずるよう働き、磁界Ｈ１exを補償するため
の第二の磁気手段、第一の磁気手段及び第二の磁気手段
に接続された処理並びに閉ループ制御手段、この制御手
段はＨo を共鳴時試料に加えられる、Ｈexより十分大き
い（すなわち、少くともＨexの約１０倍に等しい）磁界
の値とするとき、（Ｈb −Ｈo ＋Ｈ１ex）及び（Ｈo −
Ｈb ＋Ｈ１ex）に共鳴の近傍でそれぞれ比例する電圧値
を得ることを可能としており、更に第二の磁気手段を経
由して磁界Ｈb を誘起し、上記磁界Ｈ１exに比例する電
圧Ｖmes を与えることを可能とする方形波パルス電流。
【００４３】本発明の提案する実施例によれば、処理並
びに閉ループ制御手段は次のものから成る。
【００４４】第一の磁気手段及び第二の磁気手段に接続
され、一方ではＨo を共鳴時試料に加えられる、Ｈexよ
り十分大きい（すなわち、少くともＨexの約１０倍に等
しい）磁界の値とするとき、共鳴の近傍で（Ｈb −Ｈo
＋Ｈ１ex）及び（Ｈo −Ｈb＋Ｈ１ex）にそれぞれ比例
する電圧値を得ることを可能にし、もう一方では第二の
磁気手段を経由して磁界Ｈb を誘起することを可能にす
る方形波パルス電流を得ることを可能とする処理手段、
及び
【００４５】一方では処理手段に、他方では磁界Ｈ１ex
を補償するため又この磁界Ｈ１exに比例する電圧を供給
する第二の磁気手段に接続される閉ループ制御手段。
【００４６】閉ループ制御手段は、この手段で制御され
る積分器、その入力が積分器の出力に接続され、その出
力は第二の磁気手段に供給される電圧−電流変換器を組
込むことができる。
【００４７】本発明に基づく磁力計の第一の実施例によ
れば、処理手段は次のものから成る。Ｈo に対応するLa
rmor周波数での電流が第一の磁気手段に、また出力のと
ころで電圧信号を供給するための電子的手段。試料に加
える磁界の関数としての電圧信号の変動は上記試料の分
散曲線に対応している。
【００４８】電子的手段の出力に接続され、電圧ゲイン
を交互に＋１と−１にすることを許容する第一の電子装
置。その入力が第一の電子装置の出力に接続され、その
出力が閉ループ制御手段を制御する試料及び保持回路。
電圧源。
【００４９】上記電圧源から供給され、電圧ゲインを交
互に＋１と−１にすることを許容する第二の電子装置。
及びその入力が第二の電子装置の出力に接続され、第二
の磁気手段に供給する別の電圧−電流変換器。
【００５０】第一の実施例と異り、同期検波を使用する
第二の実施例によれば、処理手段は次のものから成る。
Ｈo に対応するLarmor周波数での電流によって第一の磁
気手段に供給し、ある可聴周波数での電圧信号による制
御された同期検波に基づく出力において電圧信号を供給
するための電子的手段。試料に加える磁界の関数として
の電圧信号の変動は上記試料の吸収曲線の微分値に対応
している。その入力が電子的手段の出力に接続され、電
圧ゲインを交互に＋１と−１にすることを許容する第一
の電子装置。その入力が第一の電子装置の出力に接続さ
れ、その出力が閉ループ制御手段を制御する、サンプル
保持回路。電圧源。
【００５１】上記電圧源から供給され、電圧ゲインを交
互に＋１と−１にすることを許容する第二の電子装置。
及びその入力が第二の電子装置の出力に接続され、第二
の磁気手段に供給を行う別の電圧−電流変換器。
【００５２】やはり同期検波を用いる第三の実施例によ
れば、処理手段は次のものから成る。Ｈo に対応するLa
rmor周波数において第一の磁気手段に電流を供給し、あ
る可聴周波数において電圧信号で制御される同期検波に
基づき、電圧信号を出力に供給するための電子的手段。
試料に加える磁界の関数としての電圧信号の変動は、上
記試料の吸収曲線の微分値に対応している。
【００５３】その入力が電子手段の出力に接続され、そ
の出力が閉ループ制御手段を制御するサンプル保持回
路。電圧源。上記電圧の和に等しい電圧信号を出力に供
給し、その信号は可聴周波数である加算手段。
【００５４】加算手段の出力に接続され、電圧ゲインを
交互に＋１と−１にすることを許容する電子装置。及び
その入力が電子装置の出力に接続され、第二の磁気手段
に供給を行う別の電圧−電流変換器。
【００５５】
【実施例】図７に線図として示す本発明に基づく方向性
共鳴磁力計は、図３に２，４，６，８，１０，１６，１
８及び２０で指定し、図３と同じように配置された、す
べての要素から成る。
【００５６】本発明で使用可能な試料、特に図面に示す
磁力計に使用できる試料は、例えば資料（６）の第３頁
と第４頁に記述されているものの一つである。図７の場
合は、方向Ｄの分極磁界Ｈb はコイル３２によって生じ
るが、その軸はコイル４の軸に直角でこれから述べるよ
うに電源を供給されるか、励磁される。
【００５７】今説明している手段はまた移相器３４を有
しており、これによって高周波発生器６の高周波信号ｆ
0 が平衡形混合器１８に供給され、移相器３４は上記信
号の位相をずらし、低域フィルタ２０が出力において電
圧Ｖ１を供給し、この電圧の試料２に加える磁界の関数
としての変化は、図４の分散曲線によって表わされる。
【００５８】図７の磁力計はまた電子装置３６、サンプ
ル保持回路３８及び積分器４０を持っており、これらは
フィルタ２０の後にこの順番に並んでいる。積分器４０
の出力はスイッチ４２（２位置、すなわちオンとオフを
有する）を経由して、電圧−電流変換器４４の入力に接
続され、その出力がコイル３２に電流を供給する。
【００５９】図７の磁力計の動作中オンになっているス
イッチ４２の出力には表示手段４６も接続されており、
積分器４０の出力電圧を表示できるようにしている。
【００６０】図７の磁力計はまた好ましい程度に安定で
調整可能の電圧又は電力源４８を有しており、この電源
が装置３６と同じ装置５０及び変換器５２を経て、安定
な電流をコイル３２に与えることを可能にしている。従
ってコイル３２は周波数ｆ0にほぼ対応する磁界Ｈb を
生じる。４４及び５２の変換器は例えば電気抵抗であっ
てもよい。
【００６１】装置３６と５０のそれぞれは、パルス形の
クロック信号ｃｋ＋とｃｋ−によって制御される電子装
置で、この装置がクロック信号ｃｋ＋を受信すると＋１
の電圧ゲインを得させ、クロック信号ｃｋ−を受信する
と−１の電圧ゲインを得させる。
【００６２】サンプル保持装置３８は例えば、アナログ
デバイス社が製造するＡＤ５８５形のようなものであ
る。それはパルス式クロック信号でｃｋで制御され、ｃ
ｋの間その入力に到達する信号に「従う」もので、又ｃ
ｋと次のｃｋの間は上記信号を記憶する。クロック信号
ｃｋ，ｃｋ＋，ｃｋ−は正の電圧で定義される。クロッ
ク信号発生器５４は、装置３６及び５０並びにサンプル
保持回路３８を信号ｃｋ，ｃｋ＋，ｃｋ−で適切に制御
するが、そのクロノグラムを図１０に示す。この発生器
５４は、クロックと状態デコーダによって制御される、
数値カウンタの形式をとることができ、図１０のクロノ
グラムを得ることを可能にする。
【００６３】本発明に基づく別の磁力計を図８に線図で
示すが、これは可聴周波の同期検波を使用するものであ
る。図８の磁力計は図５で２，４，６，８，１０，１
６，１８，２２，２４，２６，２８及び３０と番号をつ
けた構成要素すべてから成り、図５と同様の仕方で配置
されている。
【００６４】図８の磁力計はまた図７の要素３６，３
８，４０，４２，４４，４６，４８，５０，５２及び５
４をも組込み、図７の場合と同じように配置している。
但し図８の場合は、同期検波手段３０の出力が装置３６
の入力に接続され、変換器４４と５２がコイル２４に電
流を供給する点が異る。
【００６５】従って、図８の磁力計では、分極磁界Ｈb
と可聴周波擾乱磁界ｆm は同じコイル２４によって作ら
れ、共線的である。明かに、同一の軸を持つ二つの別々
のコイルでこれらの磁界を作ることは（もしやれば）で
きることである。
【００６６】同様にして、図７の変換器４４と５２（従
って図８でも）は同一軸を有する二つの分離したコイル
に、従って同一コイル３２に（図８ではコイル２４）で
はなく電流を供給することもできる。
【００６７】注意すべきことは図８の場合は、同期検波
手段３０の出力が電圧Ｖs を供給し、その試料２に加え
る磁界の関数としての変動が図６の曲線で表わされると
いう点である。
【００６８】装置３６又は５０の既知の構造は図９に線
図で示すが、二つの差働増幅器５６，５８及び二つの電
磁リレー６０，６２（２位置ｐ１（電源入らず）、ｐ２
（電源入る）が存在）から成り、リレーコイルはそれぞ
れ図９に６４，６６で見られるようになっている。
【００６９】図９の装置の入力Ｅは、抵抗器ｒ1 を通し
て増幅器５６の反転入力に接続され、抵抗器ｒ2 を通し
て増幅器５８の反転でない方の入力に接続される。増幅
器５６の反転しない方の入力は抵抗器ｒ3 を介して接地
されている。上記増幅器５６の出力は抵抗器ｒ4 を通じ
てその反転入力に接続され、また増幅器５８の出力は抵
抗器ｒ5 を介してその反転入力に接続されている。
【００７０】例えば、抵抗器ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ4 ，ｒ5 が
１００ｋΩであり、抵抗器ｒ3 は４７ｋΩである。二つ
のｃｋ−パルスの中間では、リレー６０はｐ１の位置に
あり、パルスｃｋ−持続時間内ではｐ２の位置にあるの
で、ｐ２の位置にある間は図９の装置の出力Ｓは増幅器
５６の出力につながる。又、二つのｃｋ＋パルスの中間
では、リレー６２がｐ１の位置にあり、パルスｃｋ＋の
持続時間内ではｐ２の位置にあるから、ｐ２の位置にあ
る間は出力Ｓは増幅器５８の出力につながる。
【００７１】図１０のクロノグラムを説明する。信号ｃ
ｋは時間幅ｔｃｋで周期Ｔのパルスである。信号ｃｋ＋
は時間幅ｔ＋、周期２Ｔのパルスで、ｔ＋はｔｃｋより
も大きい。信号ｃｋ−は時間幅ｔ−で周期２Ｔのパルス
で、ｔ−はｔｃｋよりも大きい。パルスｃｋは交互にパ
ルスｃｋ＋とパルスｃｋ−によって覆われる。
【００７２】図７及び図８の磁力計の動作は以下に説明
するとおりである。スイッチ４２はオフで磁界Ｈexは小
さい（Ｈo はＨexよりも十分大きい）と仮定しよう。コ
イル２４又は３２中の電流の強さＩの値は、対応する磁
界Ｈ（試料が置かれる全磁界）がほぼ共鳴の「中心に」
ある（ＨはＨo から僅かしか異らない）ように調節され
ている。
【００７３】Ｈの正又は負の変化に対するフィルタ２０
（又は同期検波手段３０）の出力における電圧Ｖ１又は
Ｖs の変化は、図１１の二重曲線Ｃ１−Ｃ２で与えられ
る。今後の記述の便のため今迄定義されたＶ１及びＶs
の両方を「ＶＳ」と呼ぶことにする。Ｃ１は図４又は図
６に示す形の曲線で、Ｃ２は縦線ＶＳに関してＣ１と対
称である。
【００７４】図１０のクロノグラムのパルスｃｋ＋の期
間中、フィルタ２０（又は同期検波手段３０）の出力に
おける電圧は、 ＶＳ＋＝−Ｋ・（Ｈb −Ｈo ＋Ｈ１ex）＋Ｖoff Ｋは図１１の曲線のほぼ直線部分に対応する正の比例定
数であり、Ｖoff は電子装置の欠陥を考慮したオフセッ
ト電圧である。
【００７５】前記のＶＳ＋の式はＨexが図１１の曲線の
直線部分に止まっている程十分小さければ成立つ。
【００７６】パルスｃｋ−の期間中は、フィルタ２０
（又は同期検波手段３０）の出力における電圧は、 ＶＳ−＝Ｋ・（−（Ｈb −Ｈo ）＋Ｈ１ex）＋Ｖoff これは、パルスｃｋ−の期間中は電圧はＨの負値の側に
あり、装置は電源４８が供給する電圧Ｖo 値を、反対値
−Ｖo に変換するからである。
【００７７】図１１は、分極磁界Ｈb がＨb1と−Ｈb1の
二つの値の間で方形波パルス（曲線Ｃ３）の形で時間中
変化することを示している。但しＨb1はＶo に比例す
る。上記走査のピーク値（Ｈb1）は共鳴時（Ｈ＝Ｈo ）
図４又は図６の曲線の傾斜の最大値に対応する。
【００７８】磁力計の誤差は電源４８が供給する電圧Ｖ
o の変動、及びＶoff （電子装置のドリフトを表わす）
から生じる。図７及び図８の磁力計はこれらの誤差を補
償することをこれから示す。装置３６の出力において、
電圧ＶＳはパルスｃｋ−の間に反転する。
【００７９】サンプル保持回路３８は、不感時間の間そ
の入力値を記憶し、パルスｃｋの間にそれらをサンプリ
ングする。パルスｃｋは図１０のクロノグラムによりパ
ルスｃｋ＋及びｃｋ−の「内部に」現れる。
【００８０】サンプル保持回路３８の出力に存在する信
号は、図１２の曲線Ｃ４で表わされ、次の値の継続とな
る。 −Ｋ（Ｈb −Ｈo ＋Ｈ１ex）＋Ｖoff 及び−Ｋ（−（Ｈ
b −Ｈo ）＋Ｈ１ex）−Ｖoff すなわちＶＳ＋及びＶＳ−で、その平均値は （（Ｖs ＋）＋（−Ｖs −））／２＝−Ｋ・Ｈ１ex となる。Ｈexがゆっくりと変化する場合は、サンプル保
持回路３８の出力での単純な低域フィルタリングで、こ
れらの変化に追従することができる。従ってゆっくりし
たドリフトは消去される。
【００８１】従ってこのサンプリングシステムでは、サ
ンプリング周波数ｆe は二つのパルスｃｋを距てている
時間Ｔの逆数である。このようなシステムの理論に従え
ば、入力信号（Ｈ１ex）の最大通過帯域はｆe ／２に等
しくなる。
【００８２】スイッチ４２がオンのとき、サンプル保持
回路３８の出力信号は制御ループ中に誤差信号として介
入する。その平均値は上記ループによってゼロに保た
れ、積分器４０及び変換器４４を経て帰還電流がコイル
２４又は３２中に生じ、Ｈexの変化に反抗する。
【００８３】この場合、もしシステムが共鳴に関して
「かぎでひっかけ」てあれば、「次のもの」が図１１の
曲線の直線部分をひどく超過することができる。それは
常に共鳴にセンタリングがあるからである。第一に、直
線性は電流とコイル２４又は３２中の磁界の間の変換に
よるのみである。
【００８４】オンスイッチ４２の出力では、電圧信号が
得られるが、これは帰還磁界の映像を構成し、Ｈ１exに
比例する。表示手段４６は従ってＨ１exを知ることを可
能にする。
【００８５】図８の磁力計の変形の一部を線図で図１３
に示す。この場合は、もう一度同期検波を可聴周波ｆm
で使用するが、装置３６は取除かれる。装置３６で行わ
れた符号反転は、各パルスｃｋ−において、周波数ｆm
の励振信号の位相を１８０°スイッチングすることに代
る。
【００８６】図１３からわかるように、加算手段６８が
この目的のために使用され、電圧源４８と装置５０との
間に接続される。この加算手段６８は、その入力におい
て電圧源４８から供給されたＶo という電圧を受け、又
周波数信号ｆm を発振器２２から受け、装置５０にこれ
ら二つの和を与える。
【００８７】図７及び図８の磁力計においては、ｔ＋及
びｔ−がＴに等しいような対称クロック信号発生器５４
の使用が、サンプル保持回路３８を消去することを可能
とし、装置３６の出力が直接積分器４０に接続される。
【００８８】本発明に基づく磁力計を三つ、それぞれの
測定方法を互いに直角になるように連動させることによ
り、明かに三つの方向による磁界Ｈexの三成分を測るこ
とができる。
【００８９】本発明は、方形波のパルスによる分極磁界
Ｈb を使用することで先行技術とは異るものであること
に注意することが望ましい。パルス磁界Ｈb の使用が、
ゆっくりした時間ドリフト及び温度ドリフトを無くすこ
とを、特に分極電流Ｉ（コイル２４又は３２に供給され
る）のドリフトを無くすことを可能にしているのであ
る。
【００９０】方形波磁界（図１０の場合は周期２Ｔ）の
使用は、分散曲線又は吸収曲線の微分値の（図７、図
８、図１３の場合はＶo を調節することにより）最大傾
斜点で作動することを可能にし、従ってＳ／Ｎ比を改善
している。
【００９１】サンプル保持回路は、方形波電流をコイル
２４又は３２に供給している間に起りがちな、寄生振動
を避けることを可能にする。
【００９２】Ｔに比べてｔ＋とｔ−を小さくすること
（図９）は、コイル２４又は３２中で消費される電力を
減らすことができ、従って磁力計のエネルギー消費を節
約することができる。サンプル保持回路と連動して方形
波磁界Ｈb を使用することも磁力計の電力消費を減らす
ことができる。
【００９３】本発明の他の利点は、図１３の場合を除
き、電子装置に固有のオフセット電圧及びドリフトを補
償することである。
【００９４】本発明は電子共鳴に限定されるものではな
い。核共鳴にも適用することができ、本発明で使用され
る試料は電子スピンの代りに核及び、例えばプロトンの
スピンを含むこともできる。
【００９５】図７の磁力計の一変形では、コイル３２は
変換器５２に接続されるだけで分極磁界Ｈb を生じるこ
とを可能とする。別のコイル３２ａ（図１４）がコイル
３２と同一の軸を共有しており、これが一方では接地に
つながれ、他方では変換器４４の出力に接続され、上記
コイル３２ａが磁界Ｈ１exを補償している。
【００９６】図８に示す磁力計の一変形では、コイル２
４は発振器２２につながれるだけで可聴周波の擾乱磁界
を生じることができる。コイル２４と同一の軸を有する
別のコイル２４ａ（図１５）が、一方では接地につなが
れ、もう一方では変換器４４の出力に接続され、上記コ
イル２４ａが磁界Ｈ１exを補償する。コイル２４及びコ
イル２４ａと同一の軸を有する補助のコイル２４ｂは、
一方では接地され、他方では変換器５２の出力に接続さ
れ、分極磁界Ｈb を生じる。図８の図示していない一変
形では、同一の軸を有する二つのコイルを使用し、その
中の一つは三つの要素２２，４４、及び５２の一つに、
三つの次の機能の一つを履行する目的で接続されてい
る：Ｈb の創出、擾乱磁界の作成、及びＨ１exの補償。
二つのコイルのもう一方は、他の二つの機能を履行する
目的で三つの要素の他の二つに接続される。例えば、二
つのコイルの中の一つは擾乱磁界を生ずるため発振器２
２に接続され、他のコイルは分極磁界Ｈb を生じ、磁界
Ｈ１exを補償するための変換器４４及び５２に接続され
る。
【００９７】周波数ｆ0 に同調してある共振回路１０
（図７及び図８参照）は非調節となることができる。上
記共振回路１０を周波数ｆ0 に同調した状態を保つため
には、図７に示す磁力計を図１６に関して今後説明する
ように変更することができる。
【００９８】共振回路１０にはコンデンサＣ２、可変容
量ダイオードＤ１、分極抵抗器Ｒ１、及びコンデンサＣ
３が接続されている。更に図７の磁力計には、サンプル
保持回路１０ａ及び積分器１０ｂが追加される。
【００９９】説明的、非制限的方法で、ダイオードＤ１
は１４３に関してＲＴＣにより市場に出されている形式
のものであり、抵抗器Ｒ１は１００ｋΩ、コンデンサＣ
２及びＣ３は共に１０ｎＦの容量を持っている。
【０１００】共振回路１０の端子Ｂ１はコイル４と可変
コンデンサＣ１共通に接続され、且つ接地されている
が、またダイオードＤ１の陽極にも接続されている。上
記ダイオードの陰極はコンデンサＣ２の一つの端子に接
続され（その機能はコイル４によるダイオードＤ１の短
絡防止である）、同時に抵抗器Ｒ１の一方の端子に接続
されている。コンデンサＣ２のもう一方の端子は可変コ
ンデンサＣ１の他の端子Ｂ２に接続されている。サンプ
ル保持回路１０ａはパルス形式クロック信号ｃｂで制御
され、その入力は平衡形混合器１８の出力に接続され、
一方その出力は積分器１０ｂの入力に接続されている。
積分器の出力は抵抗器Ｒ１のもう一方の端子に接続さ
れ、同時にコンデンサＣ３の一方の端にも接続され、そ
の他方の端子は接地され、その機能は高周波信号が積分
器１０ｂの方に漏れるのを防ぐことである。この高周波
信号は発生器６から来るものである。
【０１０１】サンプル保持回路１０ａを制御するのに使
われる信号ｃｂは正の電圧で定義されている。この信号
ｃｂは、図１７にそのクロノグラムが示されているが、
方形波の論理信号であって、そのゼロでないパルスは信
号ｃｋ＋及びｃｋ−のゼロでないパルスの外側に現れ
る。ｃｋ＋及びｃｋ−のように、信号ｃｂは発生器５４
から供給され、これは図１７のクロノグラムを得るよう
に適当に変更されている。
【０１０２】図８の磁力計は図１８を参照して、その共
振回路１０を周波数ｆ0 に同調した状態に保つために今
後述べるように変更することができる。
【０１０３】図８の磁力計に図１６におけると同様に配
置した要素Ｃ２，Ｃ３，Ｄ１，Ｒ１，１０ａ及び１０ｂ
を追加する。但しサンプル保持回路１０ａの入力は、図
１８の場合混合器１８の出力につながない点を除く。図
１８の磁力計を得るためには、また図８の磁力計に、移
相器１０ｃ、及び別の平衡形混合器１０ｄ（混合器１８
と同形式）を追加する。移相器１０ｃは高周波信号を移
相器２８から受け、混合器１０ｄに基準信号を供給す
る。この基準信号は、混合器１８の基準信号に比べて＋
９０°又は−９０°だけ位相をずらしてある。上記の移
相の符号は共振回路の同調の閉ループ制御が安定である
ように選ぶ。増幅器１６の出力信号はまた混合器１０ｄ
の入力に供給され、混合器１０ｄの出力はサンプル保持
回路１０ａの入力に接続される。
【０１０４】また一変形では、図１６及び図１８の可変
コンデンサＣ１は図１９に示すように無くし、手段Ｄ１
−Ｃ２が端子Ｂ１とＢ２の間に接続される。
【０１０５】本発明に基づく磁力計には、下記の演算を
行うことにより得られる誤差信号Ｖeps に、電圧源４８
を依存させることにより、Ｈb1の値における試料２の分
極を自動的にＨo に等しく保つ（もっと詳細に言えば、
自動的にＨb の最大値Ｈb1と最小値−Ｈb1をそれぞれＨ
o と−Ｈo に等しく保つ）ことのできる手段を設けるこ
とが出来、利点とすることができる。 Ｖeps ＝（Ｖs ＋）＋（Ｖs −）＝−２Ｋ・（Ｈb −Ｈ
o ）＋２Ｖoff
【０１０６】Ｖoff を小さくする、あるいはもっと精密
に言えばＫ・（Ｈb −Ｈo ）と比較して無視できるよう
にできる場合は、小ドリフトの電子回路を使えば可能で
あるのだが、Ｖeps の項は電圧Ｖo を、Ｈb1が厳密にＨ
o に等しくなるように制御することを可能とする。これ
がないとＨo 付近のＨb1の微少変動は磁力計のドリフト
は招来しないが、図４又は図６（資料（５）も参照）の
曲線の最大傾斜帯から外れるときＳ／Ｎ比の劣化に行き
着く。更に、共鳴線が非常に細い、すなわちＤＨ１とＤ
Ｈ２がＨo に比べて小さい場合は、電源４８のＶo に対
する調節は困難となることがある。従って試料の分極を
Ｈo の値に自動的に保つことは利点がある。何故なら
ば、磁力計を最適のＳ／Ｎ比で利用して電圧源４８の調
整を避けることができるからである。
【０１０７】この自動維持は、３８に等しいサンプル保
持回路７０と、４０に等しい積分器７２とを連動するこ
とにより、電圧源４８を取換えることで得られる（図２
０及び図２１参照）。
【０１０８】もっと精密に言えば、図７の形式の磁力計
については、フィルタ２０（図２０）の出力信号は装置
３６にのみでなく、サンプル保持回路７０の入力にも供
給され、保持回路７０は信号ｃｋで制御され、その出力
は積分器７２の入力に接続される。積分器の出力は装置
５０の入力に接続される。
【０１０９】図８のような磁力計については、装置３６
のみならずサンプル保持回路７０の入力にも供給される
のは、同期検波手段３０（図２１）の出力信号である。
保持回路はなお積分器７２に接続され、これが順次図２
０に関して説明したとおり装置５０に接続される。
【０１１０】従って積分器７２の出力においては、Ｈo
（Larmorの関係によってスピンの共鳴周波数ｆ0 に接続
される磁界の値）に比例する電圧Ｖo がある。
【０１１１】本発明に基づく磁力計は、示した例では、
コイル２４，２４ａ，２４ｂ，３２及び３２ａを含む第
二の磁気手段の寸法的変化と関連している、伝送係数の
変動によるドリフトを消去することのできる手段を備え
ることができ、有利である。このようにこれらの磁力計
及び実際上すべての磁界帰還形磁力計の他の欠点は、そ
の帰還コイル（図７の３２及び図８の２４）の寸法的変
動から成る。これらの変動は特に温度によるものであ
る。
【０１１２】従って、スイッチ４２の出力で読まれた
（スイッチがオンのとき）磁力計の出力信号Ｖmes は次
の関係式で表わすことができる。 Ｖmes ＝−Ａ・Ｈ１ex 帰還コイル内の電流と帰還磁界−Ｈ１exの間の比を記す
のにはＴＢが使われ、ＲはＶmes と変換器４４による帰
還電流との間の比である。そこで次のように書くことが
できる： Ａ＝Ｒ・ＴＢそしてＶmes ＝−Ｒ・ＴＢ・Ｈ１ex Ｈ１exが「目盛の端部に」あるときは、Ｖmes に関する
ＴＢの変動の影響の範囲は顕著である筈である。例え
ば、Ｈ１exに対する１００マイクロテスラの値及び１０
０ピコテスラの希望する分解能は１０-6の変化に対応
し、Ｒ・ＴＢの積に関しては受入れられるものである。
このような精密さは要素４４について維持することがで
きるが、帰還コイルの寸法的変動（図７の３２）、特に
帰還コイルが温度変化を受ける場合は維持できない。例
えば−３０〜＋７０℃の広い温度範囲で使用される磁力
計に関しては、そして非常に高性能材料でその膨張係数
が例えば１０-5／℃である材料から出来ているコイル支
持体の場合は、１０-3の相対変化は全温度範囲にわたっ
て得られ、測ろうとする磁界が目盛の一端にある場合は
１００ｎＴの誤差に至るのである。一般にこの現象は補
償されないか、温度を測り補正係数を適用するかして補
償されるか、あるいは第二の磁気手段の温度を一定の値
に保つことにより消去される。補正係数による補償には
限界があり、膨張現象はしばしば非可逆的である。更
に、一定温度の維持には補足手段が必要である。
【０１１３】本発明では、寸法変化の問題はもし帰還コ
イル及び分極磁界を生じるコイルが同一係数のＴＢを有
するか、両コイルが一致しているか（一つに合体してい
るか）（図７及び図８の場合）ならば、次のようにして
解決される。
【０１１４】Ｒ４４及びＲ５２は変換器４４及び５２
（例えば抵抗器で出来ている）のそれぞれ電圧／電流比
であるとすると、Larmorの関係式により次のように記述
することができる。 Ｖo ＝Ｒ５２・ＴＢ・Ｈo ＝Ｒ５２・ＴＢ・２ｐｉ・ｆ
0 ／（ｇ・Ｍo ）
【０１１５】これはまた次のように書くこともできる。 Ｖmes ＝−Ｒ４４・ＴＢ・Ｈ１ex 寸法変化の問題は、図２０の磁力計（又は図２１の磁力
計）に要素７４（図２２）を、スイッチ４２の出力と表
示手段４６との間に追加することにより解決される。こ
の要素７４は、その入力においてスイッチ４２の出力信
号（Ｖmes ）と、積分器７２の出力信号を受け、演算Ｖ
mes ／Ｖo を遂行することができる。この除算の結果は
従って表示手段４６の入力に供給される。この要素７４
はアナログデバイス社が市販している形式のアナログ除
算器でも、二入力を有する電圧計−コンピュータのよう
な既知のアナログ−ディジタル手段でもよく、後者は要
素４６の機能を包含しているので要素４６は無くすこと
ができる。従って除算は次のように記述することができ
る。 Ｖmes ／Ｖo ＝−（Ｒ４４／Ｒ５２）・ｇ・Ｍo ・Ｈ１
ex／（２ｐｉ・ｆ0 ）
【０１１６】従ってＴＢの変化は消去される。確度に寄
与する残りの因子は、その精度が高周波発生器６によっ
て与えられ、容易に１０-8以上に到達できるｆ0 （例え
ば水晶で安定化した発振器又は熱安定化発振器を使用す
る）、及び二つの変換器４４及び５２が同じように変化
する場合は一定である比Ｒ４４／Ｒ５２の値（例えばそ
れらが同じ温度に置かれ、同じ熱的ドリフトを持ってい
る場合）である。
【０１１７】引用文書 （１）F.M.Neubauer他、ジョット磁力計実験、J.Phys.
E:Sci.Instrum. 誌、２０巻、１９８７年、ｐｐ７１４
〜７２０． （２）ＵＳ−Ａ−１９１１１８、P.Jung他。 （３）D.Bourdel 他、電子共鳴磁力計、性能の最適化
（フランス語）、Revuede Physique Appliquee.Vol.5,1
970年２月５日、ｐｐ１８７〜１９０ （４）D.Bourdel 他、常磁性共鳴磁力計の感度に対する
改善（フランス語）、Revue de Physique Appliquee.Vo
l.7,1972年３月、ｐｐ２３〜２７ （５）フランス特許出願、申請番号８８０９８３０、１
９８８年７月２０日、及びＥＰ−Ａ−０３５９５９８、
D.Duret 及びM.Beranger （６）フランス特許出願、申請番号８６１２２７８、１
９８６年９月１日、M.Dufour及びC.Salvi （７）フランス特許出願、申請番号８７１７５６６、１
９８７年１２月１６日、J.Crescini及びD.Duret
【図面の簡単な説明】
【図１】既に図式的に述べた、既知の方向性共鳴磁力
計。
【図２】既に述べた、図１の磁力計について得ることが
できる吸収曲線。
【図３】既に図式的に述べた、既知のスペクトル測定装
置。
【図４】既に述べた、図３の装置について得ることがで
きる分散曲線。
【図５】既に述べた、別の既知の方向性共鳴磁力計。
【図６】既に述べた、図２の曲線の微分値である、図５
の磁力計で得ることのできる曲線。
【図７】同期検波を使用しない本発明に基づく磁力計の
実施例の線図。
【図８】本発明に基づき、同期検波を使用する磁力計の
別の実施例の線図。
【図９】図７及び図８の磁力計に使用される電子装置の
線図。
【図１０】図７及び図８の磁力計に使用されるクロック
信号を示すクロノグラム。
【図１１】図７及び図８の磁力計の動作を説明する、磁
界対電圧及び時間対磁界曲線。
【図１２】図７及び図８に示す磁力計の動作を説明す
る、別のクロノグラム。
【図１３】図８の磁力計の線図で表わした、部分的に構
造上の変形。
【図１４】図７及び図８の磁力計の変形。
【図１５】図７及び図８の磁力計の変形例である。
【図１６】図７及び図８の磁力計の変形例である。
【図１７】図７及び図８の磁力計の変形例である。
【図１８】図７及び図８の磁力計の変形例である。
【図１９】図７及び図８の磁力計の変形例である。
【図２０】図７及び図８の磁力計の変形例である。
【図２１】図７及び図８の磁力計の変形例である。
【図２２】図７及び図８の磁力計の変形例である。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 磁界Ｈexのある方向（Ｄ）における投
    影、Ｈ１exという磁界を測定するための、以下の項目か
    ら成ることを特徴とする方向性共鳴磁力計：共鳴スピン
    を有する物質から作られた試料（２）、 試料の近傍に置かれ、スピンの共鳴を励振し、励起され
    た共鳴を検出する第一の磁気手段（４）、 試料の近傍に置かれ、予め定められた方向に従って磁気
    分極磁界Ｈb を生じるように働き、磁界Ｈ１exを補償す
    るための第二の磁気手段（２４，３２，３２ａ，２４
    ａ，２４ｂ）、及びＨo を共鳴時試料に加えられ、Ｈex
    より十分に大きい磁界の値とし、方形波パルス電流が第
    二の磁気手段（２４，３２，３２ａ，２４ａ，２４ｂ）
    を経由して磁界Ｈb を誘起し、上記磁界Ｈ１exに比例す
    る電圧（Ｖmes ）を供給することを可能とするとき、第
    一の磁気手段（４）及び第二の磁気手段（２４，３２）
    に接続され、共鳴の近傍において（Ｈb −Ｈo ＋Ｈ
    １ex）及び（Ｈo −Ｈb ＋Ｈ１ex）にそれぞれに比例す
    る電圧値を得ることを可能とする、処理及び閉ループ制
    御手段（６，８，１６，１８，２０又は２２−２６−２
    ８−３０，３６−３８−４８−５０−５２又は３８−４
    ８−５０−５２−６８；４０，４１）。
  2. 【請求項２】 前記処理及び閉ループ制御手段が次の項
    目から成ることを特徴とする、請求項１の磁力計：Ｈo
    を共鳴時試料に加えられ、Ｈexより十分に大きい磁界の
    値とするとき、第一の磁気手段（４）及び第二の磁気手
    段（２４，３２）に接続され、共鳴の近傍において一方
    では（Ｈb −Ｈo ＋Ｈ１ex）及び（Ｈo −Ｈb ＋Ｈ
    １ex）にそれぞれ比例する電圧値を得ることを可能に
    し、もう一方では方形波パルス電流が第二の磁気手段
    （２４，３２，３２ａ，２４ａ，２４ｂ）を経由して磁
    界Ｈb を誘起することを可能とさせる処理手段（６，
    ８，１６，１８，２０又は２２−２６−２８−３０，３
    ６−３８−４８−５０−５２又は３８−４８−５０−５
    ２−６８）、及び磁界Ｈ１exを補償するため、一方では
    処理手段に接続され、他方では第二の磁気手段（２４，
    ３２，３２ａ，２４ａ，２４ｂ）に接続され、上記磁界
    Ｈ１exに比例する電圧を供給する、閉ループ制御手段
    （４０，４４）。
  3. 【請求項３】 請求項２の閉ループ制御手段がこの手段
    で制御される積分器（４０）、その入力が積分器の出力
    に接続され、その出力が第二の磁気手段（２４，３２，
    ３２ａ，２４ａ，２４ｂ）に供給を行う、電圧−電流変
    換器（４４）から成ることを特徴とする請求項２の磁力
    計。
  4. 【請求項４】 請求項２の処理手段が次の項目から成る
    ことを特徴とする、請求項２の磁力計：第一の磁気手段
    （４）に、Ｈo に対応するLarmor周波数での電流を供給
    し、その出力において前記試料（２）に加えられる磁界
    の関数としての電圧信号の変化が、試料の分散曲線に対
    応するような電圧信号を供給する電子手段（６，８，１
    ６，１８，２０）、 上記電子手段の出力に接続され、電圧ゲインが交互に＋
    １と−１になることを許容する第一の電子装置（３
    ６）、 その入力が上記第一の電子装置（３６）の出力に接続さ
    れ、その出力が閉ループ制御手段（４０，４４）を制御
    するサンプル保持回路（３８）、 電圧源（４８，７０，７２）、 上記電圧源（４８，７０，７２）から供給を受け、電圧
    ゲインが交互に＋１と−１になることを許容する第二の
    電子装置（５０）、及びその入力が第二の電子装置（５
    ０）の出力に接続され、第二の磁気手段（２４，３２，
    ３２ａ，２４ａ，２４ｂ）に供給を行う別の電圧−電流
    装置（５２）。
  5. 【請求項５】 請求項２の処理手段が次の項目から成る
    ことを特徴とする、請求項２の磁力計：第一の磁気手段
    （４）に、Ｈo に対応するLarmor周波数での電流を供給
    し、その出力において前記試料（２）に加えられる磁界
    の関数としての電圧信号の変化が、上記試料の吸収曲線
    の微分値に対応するような上記電圧信号を、可聴周波数
    におけるある電圧信号による制御された同期検波により
    供給する電子手段（６，８，１６，１８，２２，２６，
    ２８，３０）、 上記電子手段の出力に接続され、電圧ゲインが交互に＋
    １と−１になることを許容する第一の電子装置（３
    ６）、 その入力が上記第一の電子装置（３６）の出力に接続さ
    れ、その出力が閉ループ制御手段（４０，４４）を制御
    するサンプル保持回路（３８）、 電圧源（４８，７０，７２）、 上記電圧源（４８，７０，７２）から供給を受け、電圧
    ゲインが交互に＋１と−１になることを許容する第二の
    電子装置（５０）、及びその入力が第二の電子装置（５
    ０）の出力に接続され、第二の磁気手段（２４，３２，
    ３２ａ，２４ａ，２４ｂ）に供給を行う別の電圧−電流
    変換器（５２）。
  6. 【請求項６】 請求項２の処理手段が、次の各項目から
    成ることを特徴とする、請求項２の磁力計：第一の磁気
    手段（４）に、Ｈo に対応するLarmor周波数での電流を
    供給し、その出力において前記試料（２）に加えられる
    磁界の関数としての電圧信号の変化が、上記試料の吸収
    曲線の微分値に対応するような上記電圧信号を、可聴周
    波数におけるある電圧信号により制御された同期検波に
    より供給する電子手段（６，８，１６，１８，２２，２
    ６，２８，３０）、 その入力が上記電子手段の出力に接続され、その出力が
    閉ループ制御手段（４０，４４）を制御するサンプル保
    持回路（３８）、 電圧源（４８，７０，７２）、 その出力において上記電圧の和に等しい電圧信号を供給
    し、また可聴周波数での信号を供給する加算手段（６
    ８）、 上記加算手段（６８）の出力に接続せられ、電圧ゲイン
    が交互に＋１と−１になることを許容する電子装置（５
    ０）、 その入力が上記電子装置（５０）の出力に接続され、第
    二の磁気手段（２４，３２，３２ａ，２４ａ，２４ｂ）
    に供給を行う別の電圧−電流変換器（５２）。
  7. 【請求項７】 前記第二の磁気手段が、分極磁界Ｈb を
    生じるための第一の磁気コイル（３２，２４ｂ）、及び
    磁界Ｈ１exを補償するための第二の磁気コイル（３２
    ａ，２４ａ）から成り、第一及び第二コイルは同一軸上
    にあることを特徴とする、請求項１の磁力計。
  8. 【請求項８】 前記第二の磁気手段が、可聴周波数にお
    いて試料中に磁気擾乱磁界を生じる第一の磁気コイル
    （２４）、分極磁界Ｈb を生じる第二の磁気コイル（２
    ４ｂ）、及び磁界Ｈ１exを補償する第三の磁気コイル
    （２４ａ）から成り、第一、第二、第三の各コイルが同
    一軸上にあることを特徴とする、請求項５の磁力計。
  9. 【請求項９】 前記第二の磁気手段が、分極磁界の生
    成、磁界Ｈ１exの補償、及び試料中に可聴周波数におい
    て磁気擾乱磁界の生成という三つの機能の中の一つを遂
    行する第一の磁気コイル、及び上記三機能の中の他の二
    つを遂行する第二の磁気コイルから成り、第一及び第二
    のコイルが同一軸上にあることを特徴とする、請求項５
    の磁力計。
  10. 【請求項１０】 第一の磁気手段（４）を内蔵し共鳴周
    波数ｆ0 に同調されている共振回路（１０）、及び同時
    にこの共振回路（１０）を周波数ｆ0 に同調された状態
    に維持することができる手段（Ｃ２，Ｃ３，Ｄ１，Ｒ
    １，１０ａ，１０ｂ；Ｃ２，Ｃ３，Ｄ１，Ｒ１，１０
    ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）を有することを特徴とす
    る、請求項１の磁力計。
  11. 【請求項１１】 分極磁界の最大値と最小値をそれぞれ
    Ｈo と−Ｈo に等しく保つことができる手段（７０，７
    ２）をも含むことを特徴とする、請求項１の磁力計。
  12. 【請求項１２】 第二の磁気手段が、磁気分極磁界Ｈb
    を生じることができる磁気コイル（２４，３２）を含
    み、処理及び閉ループ制御手段が上記コイルの電源に対
    する手段（７０，７２，５０，５２）を組込み、その電
    源供給手段が電圧源（７０，７２）を含み、処理及び閉
    ループ制御手段がまた、磁界Ｈ１exに比例する前記電圧
    （Ｖmes ）を、電圧源（７０，７２）の電圧で割った値
    に等しい信号を、出力において供給することができる少
    くとも一つの手段（７４）をも内蔵していることを特徴
    とする、請求項１の磁力計。
  13. 【請求項１３】 第二の磁気手段が、試料中に可聴周波
    数での磁気擾乱磁界を生じる第一の磁気コイル（２
    ４）、分極磁界Ｈb を生じる第二の磁気コイル（２４
    ｂ）、及び磁界Ｈ１exを補償する第三の磁気コイル（２
    ４ａ）から成り、第一、第二、第三の各コイルが同一軸
    上にあることを特徴とする、請求項６の磁力計。
  14. 【請求項１４】 前記第二の磁気手段が、分極磁界の生
    成、磁界Ｈ１exの補償、及び試料中に可聴周波数におい
    て磁気擾乱磁界の生成という三つの機能の中の一つを遂
    行する第一の磁気コイル、及び上記三機能の中の他の二
    つを遂行する第二の磁気コイルから成り、第一及び第二
    のコイルが同一軸上にあることを特徴とする、請求項６
    の磁力計。
JP3170364A 1990-06-25 1991-06-17 方向性共鳴磁力計 Withdrawn JPH05288820A (ja)

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