Luận án tiến sĩ hệ đo gradient từ trường trái đất bằng phương pháp cộng hưởng từ

ud DAU Việc đo gradient tr trvong trai đất la rất cần thiết trong các điều tra cơ ban, chẳng Hạn như thăm do địa vật lý, nghiên cứu về truyền sóng, đánh giá cường độ va sự phân bổ hệ đồng điện ở tầng ion, nghiên cứu động lực học núi lửa, tiên đoán động đất v. Cac phép đo loại nay còn cần cho ngành khảo eỗ học, hai đương học và nhiều nganh kinh tế khác Dựa trên nguyên lý cộng hưởng tử hạt nhân (dược phat minh bởi G,M. Pureell va Feliz Bloch 1946), trong những năm gần đây, các từ kế lượng tử đa được chế tạo, Cac may nay che phép đo giá trị tuyệt đối cương độ từ trương vơi độ chính xác cao hơn, do việc thay thể phép đo từ trường bằng phóp đc tần số tuế sai của mômen từ hạt nhân. VÌ vậy tử kế loại nay có độ chính xao cao hơn các từ kế được chế tạo địa trên nguyên tắc: khác.

vi dụ như các tử xế cộng hương từ hạt nhân do gian đoạn của Packard va Varian tùng để đo gia trị tuyệt đối sườn độ từ trưởng trai đất ; cac tử kế đo liên tục nhừữ cac "may phát" cua Benoit. ` £ £ ee ; ^ Ngươi ta do tin số tuế sai hạt aban bằng cách tra ° ? `. nm vơi tín hiệu sua may ghat shuẩn va sao øhacn được ghỉ cing z z ` vi cac vạch chuẩn thời gian trân bộ tự shỉ, Xhi đó việc ? ` £ ˆ a + , 4 ` š ` , giam tần số lam việc sử lý lễ đang hơn va giam bót yêu cầu Xan F t4 bd e ` ^ f \ về độ chỉnh xac cua sac vạch c¬uln. D6 chich xac Sau được fa - in aR i : trong thực tế cơ 0,25 zamma /”7 7, bay vậy sử lý shi shai £ ^ ˆ _ ^ + rat cong phu.

D 1a tu “6 hoạt Jộnz tiêu tao phách. £ ầ ` ` - + ` {goni na ngượi se đa sbŠ >ao sne loại z? tế to crén ` a a7 # « #4 : a ` be nguyên tac dem so clu ky csuê sai N sau nột choanz thoi Sian +. SA 3 o 4 ` “ f qui định (tư kế -= tân cỗ) hoặc theo aguyén tic đếm số chu Xd > ac ` +? TẾ + a es” , : ^ cua the chudn a sau not thoi zian +2 nột số lượng ~ định z ` z a « * J ˆ cac chu ky tue sai ray co (tv tế ~ chu cự l6). đao từ xế any pas : ee.

: 1 19g1 1 thuận zin hơa vị cất qua do ma shung tL lệ thuận ee e vơi Vo (nghĩa la wi Hy lộ và có thê thu được trực tiếp theo đơn vị ,sường độ từ TỶ Các đụng cụ đo loại 2 cho thầy phép đếm tÌ 1g thuận vơi 1/ Yo (hay wi 1/H,) doi hoi phải abi kết qua theo don vị của cường độ từ ko ve Tuy rằng aơ đề điện từ của đụng cụ đo khi đố don gian hơn (không đồi hỏi nhận tần số tuế sai). Về nguyên tắc, sai số tổng cộng được xác định theo tỉ số tíÍn hiệu trên tạp. Độ nhậy co trên đươi 1 gamma ( ¥ ). Uu điểm của loại đựng cy đo dung may đếm điện tử la không co những yếu tố gây sự địch chuyển điểm không.

Năm 1960 Faini da đưa ra một dụng cụ đo từ chống nhiễu, đo kiểu gián đoạn có độ chính xác cao 107". Phép đe được tiến hành theo điều khiển bằng tay tần số va pha của may phat tin hiệu tựa. Nhược điểm của đụng cụ do là cấu trúc phức tap do co cấu ngắt mạch chậm trường phân cực va quay vectơ từ hóa nhỏ xung 90°, cơ cấu điều chế vòng một giai biên. Ngoai ra người ta da ché tgo loại từ xế tác dụng liên tục, như từ kể dùng may phat cộng hưởng hạt nhân co chất lòng chay.

Ổ đây tÍn hiệu tuế sai hạt nhân được so sanh với tín hiệu tử ney phat tia (dung thạch anh) ở bộ trộn tần hay bộ tách sóng pha. Việc đo tần số cộng trưởng (tỉ lệ thuận vui H.) được tiến hanh theo sự quay oha theo trời sian Ủao › đây 1ã thời gian được xác định theo vạch mếc thot gian. ieee trường họp tín hiệu liên tục; công thức của độ nhạy số đạng : Ñ1= V2” ( X trong đo x 18 hệ số tử quay, A la ti số tỉa niệu trên tạp co thé nang cao nhờ co thất giai “truyền que cua bê khuếch đại. Tuy vậy khi đó phổ ote cae trường đo arye se mt giơi hạn, như thế không phai Lúc nao sưng: cho phép được._ thÌ kho oe Lạt các „tháng Lang chu xi ngắn.

Hơn nữa việc tăng “bạo laa tang tinh gian đoạn của phương -3- pháp, lâm mất ưu thể cua nó trươc phép đo tuế sai tự do. Sy + cần thiết của việc øia công chỉ tiết gian đồ đao động khi đo chÍnh xác gây nhiều bất tiện va tốn thơi gian. Cec thiếu sốt trên đã khử được một phần trong công trình của Bopodux ÏÏ. Trong sông trì nh này dung mạch 19¢ cộng hưởng hạt nhân va may phat được ồn tịnh aot bằng thạch anh.

Mạch lọc cộng hưởng bạt nhân có thể dùng một thié bị não số các đặc trưng cộng hưởng hạt, nhân với Yo =X5„/zr tht au may phat cộng hưởng hạt nhân của Cxpu no§vơ4 mạch phan hễi bị cắt hoặc thiết bị tương tự co phân cực động hạt nhân. Ổ lối rạ oủa mạch lọc; pha va biển độ của điện áp thay đổi tương ưng vơi từ trường trai đất, sau đó, qua tach song pha, tín hiệu tỉ lệ ÈÀñ dược đưa vào thiết bị ghỉ hay dao động ký. Đặc điểm của thiết bị đo nay là có độ nhạy cao vơi tử trường Biển thiên không nhiều, Khi ghỉ ; các nhiễu loạn từ truong lon hon +(2 - 3) gemma da co sự biến đạng của tín bigu ghi, sau do co ca sự triệt tiêu tín hiệu hoàn toàn do tính phi tuyến của đường đặc trưng (Aw ) (pha che tín hiệu ra theo tần số tuế sai hay từ trường). bo (Aw) ~ arc tg (T,.

AW ) Vol 7, la thoi sien hoi phục soin - spin. Việc sử méo phi tuyến đa thực hiện được nhờ điều chỉnh độ địch pha xuất ở lổi ra tach loc bằng mạch xin chữa vong Helnaoltz. Wgoäi ra, độ nảy xi1 hạn của nhương pháo dhe cũng; ah phương phấp tần số xế trên chỉ được nâng ao trong + ° Tường hợn từ trưởng đo Hq la không đổi hay thay đổi chin. Xhi ting van tée do từ atin, độ nhậy7 sian ¿ “xhao sát tịna tín a, van F4 - %.

tốc cho phep đề đo ÀH được xác định bởi hệ thie a (fsa) * "2 Ta 2 ae me -4- ti kế có mạch lọc hạt nhân ghi không bién dgng cac nhiễu loạn từ trưởng khi thực hiện đo từ 2s đến 1h. Sac nhiều, — nhanh hợn bị bỉ ấn dang về biên độ. Độ nhậy giơi hen của phếp đo nhiễu pa tu aes băng tự ghi vào cơ li (gamma). Mật nhược điểm nữa của từ kế theo phương pháp pha cũng như phương pháp dựa trên phép đo tần số 14 sấu t tap, cổng kỀnh : tạo hệ xung phưc tạp, hệ tạo mẫu chất long chay ay Trong công trình tr ké co ty điểu chỉnh, dùng mạch bấm sat va máy phat phân cực nội.

Phép đếm được tiến hành theo góc quay của động cơ của hệ bám sát, Ơáo mấy phát spin có thiếu sot quan trọng 1à tồn tại "hiện tượng lôi cuốn", Bopo2u ILM. đa đùng cuộa Helnholtz điều hương trường theo tần sổ của may phat chuẩn, nhờ đó hệ bám sát ở đây đạt tính chống nhiễu tối ưu, khử được "hiện tượng lôi cuốn tần gsế" và giam được sự cần thiết của may đếm điện tử và các bộ ghỉ phức tạp. Trong khi đồ; từ xế cua Salvi dat nguong nhay cao 0,0: gemma ning lgi doi hoi độ bất $n định điện áp ngudn nuôi cực thấp = 1074, Những Ỹ đồ đầu tiên về đo gradient vã từ trường theo chuyển động tuế sai của hạt nhân tự do xuất hiện sšăm 1958 trong cac công trình cua M@1bHusc6 A.Mopescs A, Ava Waters Gas #ranois P. Trong các công trinn nay, có thể đo theo tần số phách của hai tín hiậu tử hai đầu do ast tai cac diem trong khéng gzian số độ lợn sươm.? 3 từ trường khac nhau.

Khi hai tín hiệu có cùng biên độ va pha, biên độ tín niệu vết qua là U, =U, exp (- 1 )eosTT A3 + wiAy = —— Aä, Ôi là niệu từ trường, Độ chính xác 3 2 ay aN của phep do clung 0,01 Hz, nghia la chung 0,23 zemma cht da dye Khi Ihao sat ti mi iiin tiếp sac dao động a3. Proag kh: đồ ở loại từ kế vi sai mắc nối tiếp hai đầu đo dùng mật xên + , @ ? 7 ` + ` eo. độ chỉnh xac cua phep đo con nho hon 0,4 gamma va thông _—_ Pe Ped — lợi để đo tín hiệu lớn hơn ị gamma. từ kể đùng may đến thuận nghịch gay sei sổ cồn lơn hơn (1, 4 gemma).

™hi Su gót ở sáo từ kể kiều may đếm là không bao dam tfan chống nhiễn tối ưu. h Để nghiên cứu va phát hiện cao biển thiên nhanh của từ trường yếu, R. Fussell /”26_7 đa quan tâm đến các biến tz mang mong từ. Những tinh chất đặc biệt của nó cho phép dùng vao việc đo tử trường mà các vật liệu khối không thể thực hiện được.

Những đặc tính đó là : tinh dị hương đơn trục mạah, tốc độ dao từ lớn, tiêu hao đồng xoay nhỏ, điện trở suất của mang cao, tiêu hao năng lượnzg do đạo từ nhỏ. Mang mong từ thường dùng có độ day 200 + 3000a°, được chế tạo bằng hợp kim eổ từ siao bằng O nh pemnalloy 80 Ni 20 Fe, Mang được chế tạo bằng phương pháp bếc bay trong chi không trên một để thủy tỉnh đốt nong đặt trong một từ trường gong song wi đế (phương pháp Epitaxi). Mang mong thu được cd tinh đị hương đơn trục mạnh, trong đó trục đã từ hoa son gong wi hương từ trường một chiều đặt trong lúc bếc bay trong chân không, Theo *rục đề nay được từ trễ có dạng vuông gốc, cổ lực kháng từ thường nằm trong khoang H, = 2-6 0e. Phép đo đặc trưng tử taeo trục iho tir hoa la tre vuông sóc vơi trục đã va nằm Mins mặt phẳng mang ss cỡ được ` đường trễ hep, bao hòa từ về phía trục đương và âm (sỡ HỒ z ‹ Đường trễ theo aay kno thu được 1a đo sự quay.