Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Ответы на билеты.doc
Скачиваний:
235
Добавлен:
17.02.2016
Размер:
28.14 Mб
Скачать

2. Способы измерения геомагнитного поля. Принцип свободной прецессии протонов.

Методы элементов земного магнитного поля подразделяются на динамические и статические.

Динамическими называются методы, при которых наблюдается движение, а непосредственно измеряемой величиной является время (частота).

Статическими называются методы, при которых наблюдаемой величиной является положение равновесия и непосредственно измеряемой величиной лилейное или угловое смещение.

К динамическим методам измерения составляющих магнит­ного поля относятся наблюдения над качанием магнита, а также наблюдения частоты прецессии вектора ядерного намагничивания. Статические методы измерения составляющих земного магнит­ного поля заключаются в уравновешивании момента вращения магнитной стрелки, обусловленного действием земного магнитного поля, моментом силы тяжести, моментом кручения нити или пружины.

Измерения силы тяжести и составляющих магнитного поля Земли подразделяются на абсолютные и относительные.

Абсолютными называются методы, при которых измеряется полное значение со­ставляющих магнитного полей.

Относительными называются методы определения разности составляю­щих магнитного поля в данном пункте и в не­котором другом (исходном).

Принцип свободной прецессии протонов.

На практике применяются ядерно-прецессионные или просто ядерные магнитометры. Сущность ядерного (протонного) метода состоит в точном определении частоты прецессии вектора ядерного намагничения вокруг вектора земного магнитного поля после выклю­чения дополнительного, искусственно создаваемого сильного маг­нитного поля.

Протоны обладают механическим моментом Р (или спином) и магнитным моментом µ.

Находящийся в магнитном поле протон прецессирует (т.е. совершает круговые конические вращения) вокруг силовых линий магнитного поля. Частота этих колебаний (или частота свободной прецессии протона) определяется по формуле:

ω=γ*Т,

где γ – герромагнитное отношение протона, равное отношению магнитного момента протона к механическому.

γ=µ/Р

На принципе прецессии основана одна из методик измерения напряженности магнитного поля.

В качестве материала для создания эффекта прецессии исполь­зуются богатые протонами жидкости (вода, спирт, бензол и др.).

При помощи катушки, внутрь которой помещается сосуд с жидкостью, создается сильное магнитное поле Н, направленное приблизительно перпендику­лярно к направлению вектора земного поля Т. В этом случае век­торы ядерного намагничения ориентируются в направлении, близ­ком к направлению поля Н. После мгновенного выключения поля Н вектор ядерного намагничения будет стремиться ориентироваться по направлению поля Т, совершая за время релаксации (процесса перехода из направления Н в направление Т) движение вокруг вектора Т.

Вектор ядерного намагничения, прецессируя вокруг вектора Т, наводит переменную ЭДС в приемной катушке, окружающей сосуд с жидкостью. В применяемой аппаратуре катушка возбужде­ния одновременно является и приемной катушкой. При этом частота прецессии вектора ядерного намаг­ничения будет равна частоте наведенной переменной ЭДС. Индук­тируемая ЭДС убывает за время релаксации по экспоненциаль­ному закону. Однако, поскольку время релаксации исчисляется долями секунды, этого времени оказывается достаточно для измерения частоты с необходимой точностью.

Ядерный магнитометр состоит из следующих основных узлов:

1) датчика, представляющего собой тороидальный сосуд, на­полненный жидкостью и окруженный катушкой;

2) радиоканала, в котором происходит усиление сигнала, умно­жение частоты сигнала, фильтрация и смешение сигналов от дат­чика и счетного устройства;

3) счетного устройства, представляющего собой кварцевый ге­нератор для получения строго фиксированного интервала счета;

4) регистрирующего устройства, перерабатывающего пришед­шие сигналы и печатающего результат

5) источников питания установки.

Основные достоинства ядерного магнитометра заключаются в из­мерении абсолютного значения Т при практически стабильном нуле, высокой чувствительности и точности измерений, а также в отсутствии необходимости точной ориентировки датчика, влияний температуры, влажности, давления, ударных нагрузок и вибраций.

Недостатком ядерных магнитометров является продолжительность измерений, порядка 1—2 сек, затрачиваемых на поляризацию ядер, и измерение частоты прецессии. Это не позволяет применять существующие конструкции ядерных магнитометров для непрерывных измерений при воздушных съемках, так как за 1—2 сек самолет проходит 100—150 м. Поэтому при воздушных съемках в настоящее время ядерные магнитометры или ядерные приставки используются для периоди­ческих измерении абсолютных значений напряженности магнитного поля.