Электромагнитные поля в биосфере. Том 1 - Красногорская Н.
Скачать (прямая ссылка):
Феррозондовые трехкомпонентные магнитометры применяются также для геомагнитных индукционных исследований в широком диапазоне частот /26/, а кольцевые феррозонды с продольным возбуждением используют для космических исследований [21]. Подобный магнитометр был установлен на поверхности Луны и обеспечил измерения МП и его вариаций с частотой до 3 Гц. Имеется много работ советоких и зарубежных авторов, посвященных теории феррозондовых магнитометров /28,29/. Исследования, выполненные в последние года, направлены на повышение чувствительности и стабильности измерений /§87. В магнитометрах с трубчатым ферритовым сердечником чувствительность составляет 5-10 мкВ/нТл, нестабильность не превышает 2,5 нТл за 15 сут /§§7.
Измерять слабые МП можно магнитометром, основанным на пршенении тонких ферромагнитных пленок /6,307. Уникальные свойства таких пленок -отсутствие доменных барьеров; четко обозначенная осевая анизотропия, низкие потери на вихревые токи и высокое поверхностное сопротивление -обеопечивают применение их в приборах для магнитных измерений. Процесс измерения аналогичен измерениям на феррозонде с продольным возбуждением. Простейшее аналитическое описание процессов намагничивания тонких пленок предполагет, что пленки представляют собой единый домен, все магнитные изменения которого обусловлены когерентным вращением вектора намагниченности М под влиянием внешнего поля и энергией одноосевой анизотропии. Благодаря большой величине коэффициента размагничивания в направлении, перпендикулярном поверхности пленки, it всегда остается в плоскооти пленки /3</.
Квантовые магнитометры
Квантовые приборы включают три типа магнитометров, принцип действия которых основан на измерении частоты свободной ядерной прецессии (про-тонно-прецеосионный магнитометр), на оптической ориентации атомов и на эффекте сверхпроводимости.
Принцип действия протонно-прецессионного магнитометра состоит в следующем /3?7. Протоны (атомные ядра) обладают, 1фоме масоы и электрического заряда, также механическим моментом количества движения р и магнитным моментом j* . Ядро можно представить в виде элементарного гироокопа, вдоль оои которого направлен магнитный момент.Внешнее МП напряженностью Н стремится ориентировать ядра таким образом, чтобы их магнитные моменты повернулись вдоль этого поля, но механические моменты ядер препятствуют изменению ориентации. Под действием этих сил происходит прецессия ядер, при которой магнитные моменты ядер описывают конусы вокруг направления внешнего поля. Угловая частота прецессии пропорциональна модулю напряженности поля/Н[; со = Ур/iTf (ХР=)ур - гиромагнитное отношение протона).^
Измерение поля j Н I сводится к измерению частоты црецесоии. Так как $р является мировой конотантой, то измерения модуля вектора МП методом протонной прецессии могут быть названы абсолютными. Для получения свободной ^церной прецессии в протоносодержащей жидкости .^находящейся в пола Н , создается дополнительнее поляризующее поле НР , значительно превосходящее поле И и направленное к нему под углом. Для этого через обмотку датчика, внутри которой находится протоносодаржащая жидкооть, в течение некоторого времени пропускается ток. Возникшая принудительная ориентация протонов создает в датчике намагниченность М , направленную вдоль результирующего поля. Поляризующее поле выключается доотаточно быстро, чтобы за время выключения вектор М практически не успел изменить своей ориентации. В этом случае вектор ядерного намагничивания начинает свободно прецессировать вокруг поля Й , наводя в обмотке датчика ЭДС, частота которой пропорциональна полю И . После
отключения'источника тока, обеспечивающего поляризацию, обмотка датчика подключается к усилителю и сигнал, наведенный в датчике, усиливается до величины, необходимой для измерения частотомером. Необходимость поляризации приводит к дискретности измерений. Магнитометр измеряет модуль вектора МП. Дда компонентных измерений необходима дополнительная специальная колечная система /317.
Протонно-прецессионные магнитометры нашли широкое применение вследствие выоокой точности абсолютных и относительных измерений, широкого температурного диапазона, отсутствия дрейфа отсчетного уровня оигнала, практической независимости показаний прибора от ориентации датчика в пространстве относительно направления измеряемого поля (при соответствующей конструкции датчика), надежности и устойчивости в работе. Основные области применения этих магнитометров - измерения модуля Н буксируемыми приборами за кораблем и самолетом, космические исследования, поисковые геолого-разведочные работы и абсолютные наблюдения в обсерваториях /6,7,317. Для увеличения чувствительности и быстродействия протонных магнитометров применяется метод динамической поляризации ядер /327. Разработанный в И2МИРАН СССР протонный магнитометр Ш -4 использовался для измерений МП на больших высотах с искусственных спутников Земли /32(7.
Новые разработки протонно-прецессионных магнитометров для морских и самолетных съемок имеют специальные приспособления для обеспечения одновременной аналоговой и цифровой регистрации-/347• Применение двух и 'более датчиков позволяет измерять градиент Ш и обеспечивает нижний предел измерений от 0,05 до 0,1 нТл /35,367-
