质子磁力仪
 

       20世纪50年代中期，帕卡德和互里安首先发现在一线圈内装满水溶液并向线圈通以强电流，当这极化电流突然中断后的大约一秒钟内，在线圈上就可测出音频信号，这信号的频率正比于外磁场；从而发明了质子旋进磁力仪。



       这种仪器在航空、海洋及地面磁测等领域均得到了应用。这种仪器具有灵敏度，准确度高的特点，可测量地磁场总强度T的绝对值，或相对值、梯度值。
 

       一、质子旋进及测量原理
 

       (一）质子的旋进


 

       质子磁力仪使用的工作物质（探头中）有蒸馏水、酒精、煤油、苯等富含氢的液体。

宏观看水（H20)是逆磁性物质，但其各个组成部分磁性不同。水分子中的氧原子核，不具磁性。它的电子，其自旋磁矩都成对地互相抵消了，而电子的运动轨道又由于水分子间的相互作用被“封固”。当有外界磁场加来时，因电磁感应作用，各轨道电子的速度略有改变，因而显示出水的逆磁性。此外，水分子中的氢原子核（质子）,由自旋产生的磁矩，在外加磁场的影响下逐渐地转到外磁场方向。这就是逆磁性介质中的“核子顺磁性”。
 

       当没有外界磁场作用于含氢液体时，其中质子磁矩无规则地任意指向，不显现宏观磁矩。若垂直地磁场T的方向，加一强人工磁场Ho,则样品中的质子磁矩，将按Ho方向排列起来，此过程称为极化。然后，切断磁场Ho,则地磁场对质子有MDXT的力矩作用，试图将质子拉回到地磁场方向。由于质子自旋，因而在力矩作用下，质子磁矩心，将绕着地磁场T的方向作旋进运动（叫做拉莫尔旋进）,它好像地面上倾斜旋转着的陀螺，在重力作用下并不立刻倒下，而绕着铅垂方向作旋进运动的情景一样。
 

       (二）仪器的组成
 

       质子磁力仪一般是由仪器主机、探头及电池盒三部分组成。主机采用半密封结构，探头为全密封结构，采用防磁材料。


 

       （三）质子磁力仪的特点
 

       1)仪器测程范围宽，灵敏度、精确度高，梯度容限大。在磁场梯度变化较大的地方，亦能保证质子旋进信号的测量。
 

       2)仪器轻便、灵活，使它成为便携式、移动式和基点式磁力仪；能自动测日变。
 

       3)操作简便。大部分情况下能明了其表示的内容。
 

       4)仪器可连接通用打印机、网络、和计算机完成数据处理。
 

       5)多种电源可供选择，仪器工作温度范围宽。
 

       质子磁力仪的探头一般有两个轴线互相垂直且垂直地磁场的线圈，绕在盛有工作物质的有机玻璃容器外面。一个是高频线圈，产生射频磁场，频率等于电子顺磁共振频率，约为几十兆赫；另一个是低频接收线圈。在工作物质中，存在着电子自旋磁矩及质子磁矩两个磁矩系统。在射频场的作用下，电子自旋磁矩极化。由于两种磁矩间的强相互作用，电子顺磁共振或电子的定向排列会导致核子的强烈极化，这种效应称为欧弗豪泽效应。因此质子磁矩沿地磁场方向磁化，可达很大数值；然后在垂直于地磁场方向上加一短促的脉冲磁场(叫做转向磁场）,使质子磁矩偏离地磁场方向，质子即绕地磁场作旋进运动；测出旋进频率，即测出地磁场的量值。在欧弗豪泽效应作用之下，可用一个很小的探头即可得到很强的旋进信号及很高的灵敏度；探头小还可提高梯度容限。由于射频场不间断的作用，因此产生一个不衰减的连续的质子旋进信号，可以有很高的采样率甚至是连续地测定地磁场。

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