Predkosc katowa co moze przy¬ bierac wartosci stosunkowo duze i bardzo roz¬ maite, wówczas gdy pomiar jest wykonywany na pokladzie samolotu, statku powietrznego lub po¬ cisku, który moze wirowac dokola osi pola mag¬ netycznego. Jest bardzo trudne, dokonanie korek¬ cji predkosci katowej co, z powodu zmian wielkosci predkosci katowej co, i stad wlasnie pochodza bar¬ dzo klopotliwe bledy popelniane przy okreslaniu wartosci natezenia H, a zwlaszcza jego zmian.Przeprowadzone badania i poszukiwania geofi¬ zyczne substancji mineralnych, bazowane na zmia¬ nach natezenia H pola magnetycznego sa narazone na niebezpieczenstwo popelniania bledów, jezeli zostanie pominiety wplyw tej predkosci katowej co.Celem wynalazku jest usuniecie wspomnianych wyzej wad przez umozliwienie mierzenia nateze¬ nia pola magnetycznego za pomoca wywolywania rezonansu magnetycznego, zwlaszcza jadrowego, eliminujac przy tym wp^yw wirowania dokola te¬ go pola bedacego w ruchu jednego z wyzej wy¬ mienionych srodków przenoszenia, w którym prze¬ prowadza sie taki pomiar i/lub w którym jest umieszczone urzadzenie sluzace do tego pomiaru.Sposób wedlug wynalazku, pomiaru natezenia pola magnetycznego, zwlaszcza slabego pola mag¬ netycznego (o natezeniu ponizej 1 gausa), znajdu-' jacego sie w okreslonej strefie pomiarowej na po¬ kladzie poruszajacego sie srodka przenoszenia, za pomoca wykrywania sygnalów rezonansu magne¬ tycznego czastek podatomowych, zwlaszcza jader atomów o scisle okreslonym stosunku geomagne¬ tycznym, wyróznia sie tym, ze we wspomnianej strefie wykrywa sie dwa sygnaly rezonansu mag¬ netycznego, dwóch zespolów czastek podatomo¬ wych o róznych stosunkach giromagnetycznych, nieruchomych wzgledem siebie, nastepnie z tych dwóch sygnalów wyprowadza sie trzeci sygnal, którego czestosc jest równa róznicy algebraicznej czestosci tych dwóch sygnalów rezonansu magne¬ tycznego, przy czym na te dwie ostatnie czestosci oddzialywuje znak stosunku giromagnetycznego odpowiednich czastek, a wreszcie mierzy sie czes¬ tosc tego trzeciego sygnalu, który jest proporcjo¬ nalny do natezenia H przeznaczonego do zmierze¬ nia pola magnetycznego i jest niezalezny od obra¬ cania sie wspomnianych zespolów w stosunku do tego pola magnetycznego.Magnetometr wedlug wynalazku, przeznaczony do stosowania sposobu bedacego równiez przedmio¬ tem wynalazku zawiera generatory rezonansu mag¬ netycznego, wzbudzajacego napiecie o larmorows- kiej czestosci czastki podatomowej o scisle okreslo¬ nym stosunku girometycznym, oraz czestosciomierz, który wyróznia sie tym, ze zawiera dwa takie ge¬ neratory rezonansu magnetycznego z dwoma nie¬ ruchomymi wzgledem siebie zespolami czastek podatomowych o róznych stosunkach giromagne¬ tycznych, przy czym generatory te wzbudzaja dwa 5 napiecia o dwóch róznych czestosciach, oraz zespo¬ ly polaczone z wyjsciami z tych dwóch generato¬ rów i przeznaczone do odbierania tych dwóch na¬ piec i wysylania trzeciego napiecia, którego cze¬ stosc jest równa róznicy algebraicznej czestosci 10 dwóch pierwszych napiec, przy czym wspomniany czestosciomierz jest polaczony z wyjsciem powyz¬ szych zespolów w celu odbierania tego trzeciego napiecia i mierzenia jego czestosci.Zespoly te, najkorzystniej skladaja sie z mie- 15 szacza za którym nastepuje filtr pasmowy, które¬ go pasmo przepuszczania jest nastawione na wspomniana róznice algebraiczna czestosci.Dla czestosci ft i f2 rezonansu magnetycznego dwóch czastek o stosunku giromagnetycznym od- powiednio Yi i Y2 istnieja nastepujace zaleznosci: 25 2nf1 = YiH —co 2IIf2 = Y2H — co (3) (4) w przypadku gdy Yi i Y2 s3 dodatnie to znaczy wtedy jezeli polaryzacja promieniowania rezonan¬ su magnetycznego dwóch rodzajów czastek ma ten sam kierunek.Jezeli oznaczymy przez f8 róznice czestosci f± i f2 to otrzyma sie zaleznosc: 2IIf8 = 2nfi — 2IIf2 = (Yi — Y2) H = GH (5) oznaczajac przez G róznice Yi — Y2 i przy zaloze¬ niu, ze Yi Jest wieksze od Y2- Jezeli wartosc Yi i Y2 sa okreslone z duza dokladnoscia, to tak samo jest okreslona róznica G.Równanie (5) zastepuje zatem równanie (1) z ta przewaga, ze czestosc f8 jest scisle proporcjonalna 40 do natezenia H nawet jezeli magnetometr jest wprawiony w ruch obrotowy dokola kierunku H.W przypadku gdy Yi i Y2 n*e s3 tego samego znaku, przy czym Yi Jest na przyklad dodatnie a Y2 — ujemne, to równosc (3) pozostaje prawdziwa, 45 podczas gdy równania (4) i (5) zostaja zastapione przez nastepujace równania: 2nfa = co—y2'H (4a) 2n (f! + f2) = (Yi — Y2)H = GH (5a) 50 w zalozeniu, ze we wszystkich przypadkach G oznacza róznice algebraiczna dwóch stosunków giromagnetycznych.Jako pary czastek podatomowych odpowiednich 55 dla realizacji niniejszego wynalazku, mozna przy¬ toczyc nastepujace pary: protony i jadra fluoru, protony i jadra fosforu oraz protony i jadra helu 3 (wszystkie te jadra maja stosunek giromagne- tyczny dodatni, za wyjatkiem helu 3, który ma 60 stosunek giromagnetyczny ujemny).Dla dwóch pierwszych par czastek podatomo¬ wych, generatory napiecia o czestosci rezonansu magnetycznego najkorzystniej realizuja proces po¬ laryzacji dynamicznej za pomoca pompowania ele- 65 ktroniczriego, bedacego przedmiotem patentu por-56309 6 tugalskiego nr 34958 (patent nr 1), to znaczy za¬ wieraja rozpuszczony w rozpuszczalniku zawiera¬ jacym wspomniane jadra (protony, jadra fluoru, jadra fosforu) rodnik paramagnetyczny zawiera¬ jacy niesparowany elektron, przy czym nasycenie linii rezonansu elektronowego zwieksza natezenie sygnalu jadrowego. Natomiast w przypadku, gdy stosuje sie pare protony — jadra helu 3, genera¬ tor zawierajacy protony jest wspomnianego wyzej typu, natomiast generator o jadrach helu 3 jest typu o pompowaniu optycznym a nie elektronicz¬ nym.Wynalazek zostanie blizej objasniony za pomoca dalszego opisu, a takze rysunku, przy czym dalszy opis i rysunek sa podane jedynie tytulem wyjas¬ nienia.Fig. 1 wspomnianego rysunku przedstawia po¬ dany tytulem przykladu uklad magnetometru, wy¬ posazonego w ulepszenia wedlug wynalazku.Fig. 2 przedstawia uklad mieszacza jaki zawiera magnetometr pokazany na fig. 1.Przedstawiony na fig. 1 magnetometr zawiera dwa generatory rezonansu magnetycznego, nada¬ jace sie do wzbudzania dwóch napiec o czestosci fi i f2, równych czestosci larmorowskiej dla dwóch czastek podatomowych, zwlaszcza dla dwóch jader atomowych o róznych stosunkach giromagnetycz- nych Yi i Y2 Przy czym generatory rezonansu mag¬ netycznego moga byc na przyklad takie jak opi¬ sane w patencie belgijskim nr 514472, (patent nr 2) z powolaniem sie na fig. 4 tego patentu (typu oscylatora spinu).W takim przypadku kazdy z generatorów la, Ib rezonansu magnetycznego obejmuje pojemnik 2a, 2b zawierajacy roztwór 3a, 3b który miesci w sobie z jednej strony rozpuszczalnik, który zawiera jadra atomowe o momencie magnetycznym i o momencie kinetycznym róznym od zera, a zatem o scisle okreslonym stosunku giromagnetycznym, a z drugiej strony rozpuszczony w tym rozpuszczal¬ niku wolny rodnik paramagnetyczny majacy bar¬ dzo drobne odchylenie (to znacy czestosc rezonansu w polu magnetycznym równa zeru) stosunkowo duze oraz wiazanie dipolowe pomiedzy spinami niesparowanych elektronów wolnego rodnika i spi¬ nami jader atomowych rozpuszczalnika, przy czym nasycenie linii rezonansu elektronicznego tego ro¬ dzaju rodnika zwieksza, przez efekt Overhauser- -Abragama, natezenie sygnalu o czestosci larmo¬ rowskiej jader atomowych. Wspomniane jadra ma¬ ja najkorzystniej bardzo slaby moment kwadru- polowy.Tytulem przykladu pojemnik 2a zawiera roztwór 3a w ilosci 200 cm3 wody zawierajace] w roztwo¬ rze 0,5 G siarczanu peroksylaminy (S08)2 NOK2, którego czestosc rezonansowa w polu zerowym jest rzedu 56 MHz, podczas gdy pojemnik 2b zawiera roztwór 3b w ilosci 200 cm3 C6H4 (CF3)2 pod po¬ stacia meta, nasyconego siarczanem peroksylami¬ ny.Obydwa pojemniki 2a, 2b sa umocowane sztyw¬ no jeden wzgledem drugiego za pomoca sztyw¬ nego zlacza 2 i linia rezonansu elektronowego o czestosci 56 MHz siarczanu peroksylaminy, zawar¬ tego w kazdym z pojemników, jest nasycona za 15 30 pomoca odpowiedniej cewki 4a, 4b umieszczonej w jednym ze wspomnianych pojemników i zasila¬ nych przez wspólosiowy przewód 5 z generatora lub oscylatora wielkiej czestosci 6, dajacego na- 5 piecie sinusoidalne o czestosci równej 56 MHz, przy czym moc zuzywana przez oscylator jest na przyklad rzedu wata.Wskutek nasycenia linii rezonansu elektronowe¬ go o czestosci 56 MHz siarczanu peroksylaminy, 10 natezenie sygnalu rezonansu magnetycznego pro¬ tonów roztworu 3a i jader fluoru roztworu 3b w polu magnetycznym o natezeniu H, znajdujacym sie w strefie 7 zajmowanej przez pojemniki 2a i 2b, zostaje zwiekszone przez efekt Overhauser- Abragama.Sygnal o czestosci larmorowskiej w kazdym po¬ jemniku 2a i 2b jest wykrywany za pomoca kon¬ strukcji typu oscylatora spinu, opisanego we wspomnianym wyzej patencie nr 2 z powolaniem sie na fig. 4 tego patentu.Kazda z tych konstrukcji zawiera dwa uzwo¬ jenia 8a i 8b oraz 9a i 9b, które otaczaja pojemnik i które moga na przyklad zawierac odpowiednio 6000 i 200 zwojów. Pomiedzy uzwojeniami zew¬ netrznymi 8a, 8b i 9a, 9b z jednej strony i cewka¬ mi wewnetrznymi 4a, 4b z drugiej strony jest przewidziany znany ekran elektryczny (nie poka¬ zany na rysunku), praktycznie nieprzepuszczajacy promieniowania elektromagnetycznego o czestosci 56 MHz, lecz przepuszczajacy promieniowanie re¬ zonansu magnetycznego o czestosci odpowiednio równej: Tl T2 f! = — • H i f2 = — < H 2tc 2% 35 Tylko ze wzgledu na przejrzystosc rysunku przedstawiono uzwojenia 8a, 8b i 9a, 9b odsuniete od pojemników 2a, 2b.Pomiedzy zaciskami kazdego z uzwojen 8a, 8b znajduja sie dwa kondensatory lOa, lOb, przy czym 40 zespoly 8a — lOa, 8b — lOb tworza obwód rezo¬ nansowy nastrojony odpowiednio na czestosc lar- morowska flt f2.Kazde uzwojenie 8a, 8b jest polaczone z wzmac¬ niaczem liniowym lla, llb bez znieksztalcania faz, przy czym wzmacniacz ten jest najkorzystniej wzmacniaczem selektywnym o waskim pasmie przepuszczania, nastawionym odpowiednio na cze¬ stosc fj lub f2. W takim przypadku selektywnosc obwodu rezonansowego (którego wspólczynnik przepiecia lub wspólczynnik dobroci moze byc rzedu 4 lub 5, azeby zmniejszyc przeciaganie cze¬ stotliwosci i wzmacniacza eliminuja znaczna czesc szumu reaktancji i zwiekszaja przez to stosunek sygnalu do szumu.Dwa wzmacniacze lla, llb, które moga miec wzmocnienie rzedu 70 decybeli, zasilaja poprzez opornosci 13a, 13b, rzedu 100 000 omów, uzwojenia 9a, 9b. Srodkowe punkty uzwojen 8a, 8b i 9a, 9b i wzmacniaczy lla, llb kazdego kanalu sa pola¬ czone z masa.Osie uzwojen 8a, 8b i 9a, 9b sa wzajemnie pro¬ stopadle, azeby zrealizowac odsprzezania elektrycz¬ ne kazdej pary uzwojen 8a—9a i 8b—9b. Szczatko- 65 we sprzezenie jest doprowadzone do minimum za 45 55 60pomoca potencjometrów równowazacych 14a, 14b o opornosci 25000 omów. W tych warunkach od- sprzezenia elektrycznego jedynie zjawisko rezo¬ nansu jadrowego moze sprzegac uzwojenia 9a, 8a z jednej strony, a uzwojenia 8b, 9b z drugiej stro¬ ny.Gdy w uzwojeniach 8a, 8b indukuja sie zmien¬ ne sily elektromotoryczne indukcji jadrowej o czestosci larmorowskiej, odpowiadajacej polu mag¬ netycznemu o natezeniu H i odpowiednio stosun¬ kowi giromagnetycznemu Yi i Y2 to kazda sila elektromotoryczna jest wzmacniana przez wzmac¬ niacze lla, llb, nastepnie jest doprowadzana do uzwojenia 9a, 9b, któremu pole magnetyczne za¬ pewnia stan ustalony tej elektromotorycznej sily, a to powoduje utrzymanie drgan.Mozna powiedziec, ze zespól 8a, lla, 9a wraz z pojemnikiem 2a z jednej strony, a zespól 8b, llb, 9b wraz z pojemnikiem 2b z drugiej strony tworza wlasciwy oscylator kwantowy, odpowiada¬ jacy klasycznemu oscylatorowi ze sprzezeniem zwrotnym, w którym krzywa rezonansu jadrowego gra role krzywej obwodu drgajacego w oscylato¬ rach klasycznych. Gdy zachodzi sprzezenie przy czestosci larmorowskiej, to oscylator drga z ta czestoscia.Jezeli wiec zalozy sie ze natezenie H = 0, to do wzmacniacza lla, llb nie bedzie doprowadzony prad wskutek odsprzegniecia uzwojen 8a—9a, 8b—9b. Natomiast gdy natezenie H jest rózne od zera, to momenty magnetyczne jader wodoru roz¬ tworu 3a i jader fluoru roztworu 3b ulegaja pre¬ cesji czestosci larmorowskiej i kazdy generator lub oscylator jadrowy la, Ib, a w szczególnosci kazdy wzmacniacz lla, llb przesyla napiecie o czestosci równej wspomnianej czestosci larmorowskiej, badz fi dla wzmacniacza lla, badz f2 dla wzmacniacza llb.Dodatkowe szczególy konstrukcji i dzialania kazdego z oscylatorów spinu sa podane w wyzej wymienionym patencie nr 2.Mieszacz 15 otrzymuje napiecie o czestosci fi i f2, podawane przez wyjscia 12a, 12b i przesyla z wyjscia 24 sygnal o czestosciach flt f2, fi + f2 i fi — f2. Filtr pasmowy 16 pozwala na przechodze¬ nie tylko czestosci fi — f2 (gdy Yi i Y2 sa dodatnie, jak w wybranym przykladzie), lub tez fi + f2 (gdy Yi i Y2 maja przeciwne znaki), na które jego pasmo przepuszczania jest nastawione.Zgodnie z wzorami 5 (lub 5a jezeli Yi i Y2 rnaja przeciwne znaki) czestosc f8 napiecia wychodza¬ cego z filtru 16 jest scisle proporcjonalna do na¬ tezenia H pola magnetycznego przeznaczonego do zmierzenia w strefie 7 i jest niezalezna od pred¬ kosci katowej co.Czestosc f8 jest mierzona znanym czestosciomie- rzem 17, a wielkosc tej czestosci moze byc zapisa¬ na za pomoca aparatu rejestrujacego 18.W wybranym przykladzie i w przypadku gdy mierzy sie natezenie H (rzedu 0,5 gausa) pola mag- netycznego ziemskiego: fi = 2100 Hz, f2 = 1975 Hz i f8 = 125 Hz.W przykladzie rozwiazania wedlug wynalazku przedstawionym na fig. 1, pojemnik 2a moze rów¬ niez zawierac roztwór siarczanu peroksylaminy na- 8 sycony metafosforanem sodu, przy czym druga czastka jest wiec fosforem. Tylko nastrajane cze¬ stosci f2 i f8 sa rózne.Na fig. 2 przedstawiono sposób wykonania mie- 5 szacza 15.Napiecia o czestosci fx i f2, podawane z wyjsc 12a i 12b wzmacniaczy lla i llb, przychodza od¬ powiednio na opornosci 19a, 19b o wielkosci od¬ powiednio 10 000 omów i 33 000 omów. Wlasciwy 10 mieszacz jest utworzony z tranzystora, na przyklad z tranzystora krzemowego typu pnp, takiego jak tranzystor BEZ 11, którego baza 21 jest zasilana sila elektromotoryczna o czestosci f2 poprzez opor¬ nosc 19b i do którego kolektora 22 doprowadzona 15 jest czestosc ft poprzez opornosc 19a, podczas gdy emiter 23 jest polaczony z masa. Wyjscie przewo¬ du 24 jest polaczone z kolektorem 22. W przewo¬ dzie tym uzyskuje sie wzmocniona skladowa o czestosci fi — f2. W innym przykladzie wykonania 20 wyjscie 12a i przewód 24 moga byc polaczone z emiterem, przy czym kolektor jest wtedy pola¬ czony z masa.Na fig. 1 przedstawiono dwa pojemniki 2a i 2b polaczone sztywno za pomoca zlaczki 2. Jest oczy- 25 wistym, ze te dwa pojemniki moga byc równiez sklejone. Jest równiez mozliwe umieszczenie oby¬ dwóch zespolów czastek (protonów i jader fosfo¬ ru lub protonów i jader fluoru), których rezonans jest wykrywany, w jednym tylko pojemniku, z 30 którym bylyby jednoczesnie sprzezone dwie pary uzwojen 8a, 9a oraz 8b, 9b.Jakkolwiek wynalazek zostal przedstawiony w przypadku zrealizowania dwóch oscylatorów spi¬ nu, typu opisanego w wymienionym wyzej paten- 35 cie nr 2 z powolaniem sie na fig. 4, zwlaszcza z zespolami protonów z jednej strony i z zespo¬ lami jader fosforu lub fluoru z drugiej strony, wynalazek moze byc równiez zrealizowany z tymi samymi zespolami czastek, z innymi typami ge- 40 neratorów rezonansu magnetycznego, na przyklad z generatorami typu maser, opisanymi w patencie nr 2 lub z generatorami o swobodnej precesji, równiez opisanymi w patencie nr 2, przy czym te dwa typy generatorów najkorzystniej realizuja 45 efekt Overhauser — Abragama.Siarczan peroksylaminy zostal równiez wskazany jako przyklad roztworu o wolnym rodniku para¬ magnetycznym (to znaczy o niesparowanym ele¬ ktronie) zastosowanym w pojemnikach 2a i 2b. 50 Zamiast tego rodzaju roztworu mozna by zastoso¬ wac roztwory dwufenylopikrylohydrazylu lub wol¬ nego rodnika zawierajacego zgrupowanie nitroksy- dorodnikowe, którego atom azotu jest poza tym zwiazany wylacznie z dwoma atomami wegla, z 55 których kazdy jest zwiazany z trzema innymi atomami wegla, w szczególnosci jeden z wolnych rodników wymienionych w patencie nr 2. Oczy¬ wiscie czestosc nasycenia linii rezonansu elektro¬ nowego, która w przypadku soli Fremy wynosi 60 56 MHz, zamienia jeden wolny rodnik paramagne¬ tyczny na drugi.Wreszcie w przypadku gdy jeden zespól cza¬ stek podatomowych jest utworzony z zespolu ja¬ der helu 3, to generator czestosci larmorowskiej 65 odpowiadajacy tym jadrom jest najkorzystniej56309 9 utworzony z generatora o pompowaniu optycznym, opisanego przez L. D. Schearera w „Advances in Quantum Electronics" na str. 239—251 (wydawca 7.J. R. Singer — Columbia University Press, New York et Londres,1961). 5 Jest rzecza oczywista, ze wynalazek nie ograni¬ cza sie jedynie tylko do przytoczonych przyklauów rozwiazan przedstawionych bardziej szczególowo, ale obejmuje on równiez wszystkie jego odmiany. 10 PL