Приборы для измерения индукции и напряженности, основанные на явлении ядерного магнитного резонанса. Свободная прецессия

Принцип измерения:

1 Ядро обладает магнитным и механическим моментами.

2 Ядро в магнитном поле совершает прецессионное движение.

3 Частота прецессии определяется механическими свойствами и силой взаимодействия магнитного момента с магнитным полем.

4 Ядро атома имеет вполне конкретно определенные механические и магнитные свойства, которые не зависят от внешних условий (температура, давление, влажность).

5 Следовательно, частота прецессии определяется только измеренной напряженностью:

; ,

где – круговая частота прецессии; – магнитная постоянная; – частота прецессии; – напряженность; – индукция; – гиромагнитная постоянная – отношение магнитного момента к механическому. можно определить экспериментально.

Для ядер протона:

· ;

· напряженность магнитного поля: .

Также используются литий и дейтерий:

; .

Частота прецессии в одном и том же поле ядер ниже частоты для ядер протонов, а для ниже частоты . Это позволяет использовать различные вещества для различных диапазонов измерения.

Метод свободной прецессии.

Применяется для измерения слабых полей с использованием ядер водорода (1·10⁴ ¸ 2·10⁶ А/м), а также для измерения сильных полей с использованием солей лития и тяжелой воды.

Ампула (А) содержит активное вещество и окружена измерительной катушкой (ИК) с большим числом витков. На поле Н накладывается намного большее поле Н₀, которое создается намагничивающей катушкой (НК). Н и Н₀ направлены перпендикулярно друг к другу.

Если подать ток в НК, то почти все атомы будут ориентированы в направлении Н₀. при отключении тока под действием измеряемого поля Н ядра прецессируют и их моменты переориентируются в направлении поля Н. Время релаксации составляет 1 ¸ 2 с, чего достаточно для точного измерения частоты прецессии.

Напряжение на входе усилителя (У) составляет единицы мкВ. Коэффициент усиления усилителя»10⁵ ¸ 10⁶.

Точность измерения зависит от соотношения:

; ,

где: – отношение объема образца к объему ИК; – объем образца; – фактор шума (»1); – полоса пропускания усилителя; – время поляризации; – время с момента отключения поля Н₀; –время релаксации.

Это соотношение зависит от геом. размеров катушек и ампулы, и от активного вещества.

При конструировании нужно получить: , что обеспечит время релаксации=1¸2с.

Применяется для:

· измерения слабых магнитных полей до 10³ А/м;

· при исследовании геофизических свойств Земли и космических объектов;

· для увеличения точности измерения (учитывая большую однородность поля Земли, применяют объем рабочего тела от 100 до 300 см³);

· для метрологических исследований (не удается получить высокую однородность магнитного поля, по этому применяются датчики с объемом от 3 до 5 см³).

Дата добавления: 2015-10-28