朱云

摘 要:目前來(lái)說(shuō),磁力儀分為質(zhì)子旋進(jìn)式與光泵式兩種基本類型,本文就圍繞著質(zhì)子旋進(jìn)式與光泵式兩種海洋磁力儀對(duì)其應(yīng)用展開(kāi)了探討,并且對(duì)質(zhì)子旋進(jìn)式海洋磁力的一個(gè)發(fā)展分支——Sea Spy磁力儀的原理及應(yīng)用進(jìn)行了介紹,最后,對(duì)海洋磁力儀的其他應(yīng)用做了簡(jiǎn)要概述。

關(guān)鍵詞:質(zhì)子旋進(jìn)式光泵式Sea Spy

中圖分類號(hào):TP212．13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)06(b)-0089-01

人們?cè)谠缙诘纳a(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)中就已經(jīng)對(duì)地磁場(chǎng)有了初步的認(rèn)識(shí),磁力線是從地球的北極出發(fā)一直延伸到地球的南極的,隨著時(shí)間的推移,科技在不斷進(jìn)步,磁力儀的種類發(fā)展越來(lái)越來(lái)多。眾所周知,磁法勘測(cè)在海洋地理調(diào)查中起著至關(guān)重要的作用,所以海洋磁力儀的普及使用也在海洋調(diào)查中大面積開(kāi)展起來(lái)。

1海洋磁力儀的原理與應(yīng)用

在被大家熟知每一片地球區(qū)域,相關(guān)磁力場(chǎng)都是有規(guī)律的存在與分布著的。某一區(qū)域的的磁力場(chǎng)如果受到外界鐵質(zhì)物體的入侵,則這個(gè)磁力場(chǎng)將會(huì)受到鐵質(zhì)物體在磁力場(chǎng)中產(chǎn)生的相對(duì)于本磁力場(chǎng)的外力作用,從而對(duì)該磁力場(chǎng)造成干擾。這些外力干擾基本上都是存在于這個(gè)入侵的鐵質(zhì)物體的周圍的。磁力在磁場(chǎng)中的相關(guān)應(yīng)用可以幫助工作人員測(cè)量出某個(gè)地球區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度,如果磁場(chǎng)受到外來(lái)入侵,導(dǎo)致了場(chǎng)強(qiáng)變化,放置在其中的磁力儀也會(huì)相應(yīng)地改變磁力數(shù)值,由于能夠改變磁力場(chǎng)的物質(zhì)都是鐵磁物質(zhì)構(gòu)成的,所以磁力儀能夠勘測(cè)出任何會(huì)使磁力場(chǎng)發(fā)生改變的物體,同樣,磁力儀的使用能夠滿足人們的應(yīng)用需要。海洋磁力儀就是測(cè)量地球磁力場(chǎng)強(qiáng)度的一款精度很高的測(cè)量設(shè)備。磁力儀的兩種基本類型分為質(zhì)子旋進(jìn)式與光泵式兩種,Sea Spy磁力儀是質(zhì)子旋進(jìn)式的一個(gè)發(fā)展分支,它也屬于質(zhì)子旋進(jìn)式。

1.1 質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀

標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀是將少量附有氫原子核的液體,比如說(shuō)甲醇或者煤油之類的,裝入其傳感器中。在這些液體中,除了氫原子核能夠顯示較為微弱的磁矩,其的自旋磁矩并沒(méi)有被抵消,液體中的其他分子的自旋、電子軌道以及原子核自選的所有相關(guān)磁矩都被成對(duì)地進(jìn)行了彼此抵消。氫原子在外磁場(chǎng)強(qiáng)度為零值時(shí)的磁矩取向是任意無(wú)規(guī)則的。

當(dāng)傳感器中富含氫原子的液體周圍被附加上了由線圈產(chǎn)生的強(qiáng)大的人造磁場(chǎng),則這個(gè)然早磁場(chǎng)會(huì)引起液體中的大量質(zhì)子向同一方向自旋,并且這些質(zhì)子的排列方向都是定向地以人造磁場(chǎng)方向?yàn)樽孕S進(jìn)行排列的。一旦這種人造磁場(chǎng)消失,就會(huì)發(fā)生質(zhì)子旋進(jìn)現(xiàn)象,具體表現(xiàn)為氫原子在地磁場(chǎng)力與其的原本持有的自旋慣性的相互作用下以同樣的相位往磁場(chǎng)方向旋進(jìn)。

在質(zhì)子旋進(jìn)的初期階段,由于質(zhì)子的相位相同,通過(guò)其磁性的宏觀顯示,質(zhì)子有周期性在容器外的線圈進(jìn)行切割,從而發(fā)出相應(yīng)地電感應(yīng)的信號(hào),切割頻率與其的旋進(jìn)頻率是大體相同的。但是熱攪動(dòng)會(huì)引起進(jìn)動(dòng)一致性的降低,這就會(huì)使得電感應(yīng)信號(hào)也隨之發(fā)生很大的改變,具體表現(xiàn)為電感應(yīng)信號(hào)的急劇下降,所以,要在衰變錢的0.5s也就是心噪值較高時(shí)來(lái)對(duì)質(zhì)子的旋進(jìn)頻率進(jìn)行詳細(xì)具體的測(cè)量。然后通過(guò)對(duì)旋進(jìn)信號(hào)的頻率測(cè)量結(jié)果的出地磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小。

1.2 Sea Spy磁力儀

Sea Spy磁力儀作為質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀的發(fā)展與延伸,雖然它也是以質(zhì)子自旋共振原理為基礎(chǔ)的,但是其較質(zhì)子旋進(jìn)磁力來(lái)說(shuō)還是做了相當(dāng)大的改進(jìn)的。Sea Spy磁力儀的相關(guān)效應(yīng)是通過(guò)電子-質(zhì)子的偶合現(xiàn)象達(dá)到質(zhì)子極化這一目標(biāo)的,這是Sea Spy磁力儀與質(zhì)子旋進(jìn)最大的不同之處。Sea Spy磁力儀是將一種經(jīng)過(guò)特殊處理的富含著帶有一個(gè)游離電子的放射性原子的相應(yīng)的化學(xué)試劑添加到富質(zhì)子液體當(dāng)中。其中的游離電子在暴露于某種特定的躍遷能級(jí)較低的低頻射線中被有效地激發(fā),它將自己的能量就近傳給相近的質(zhì)子,但是并不輻射出射線來(lái)釋放相關(guān)能量,這樣在對(duì)質(zhì)子的極化時(shí)就不需要施加過(guò)于強(qiáng)大的人造磁場(chǎng)。

Sea Spy磁力儀最大輸出信號(hào)是由相關(guān)的化學(xué)試劑來(lái)決定的,其預(yù)輸入傳感器的能量并無(wú)太大關(guān)系。所以,只使用l～2W的能量磁力儀傳感器就能夠清楚產(chǎn)生相關(guān)的強(qiáng)大進(jìn)動(dòng)信號(hào),這是標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)子磁力儀則即使耗費(fèi)上千瓦的能量也無(wú)法匹敵的,Sea Spy磁力儀很大程度上提高了質(zhì)子磁力儀的可用信息量,相比于標(biāo)準(zhǔn)的,其的采樣頻率是相當(dāng)高的。Sea Spy磁力儀擁有著標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀同樣的優(yōu)良精確特性,其也具有很強(qiáng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性,所以,Sea Spy磁力儀作為質(zhì)子磁力儀的擴(kuò)展與延伸,其更具靈敏度,對(duì)電能的節(jié)約也是很明顯,帶寬更大。

1.3 光泵磁力儀

光泵磁力儀是在20世紀(jì)中期出現(xiàn)的的新型磁力儀器,其可以進(jìn)行連續(xù)觀測(cè),對(duì)周圍磁場(chǎng)的梯度要求不是特別嚴(yán)格,不需要具體定向,無(wú)零點(diǎn)漂移而且靈敏度是十分高的。光泵磁力儀在接通傳感器的電源后,磁力儀射燈振蕩器的RP功率會(huì)逐漸增強(qiáng)至整個(gè)射燈都開(kāi)始發(fā)光,而后降低振蕩器的相應(yīng)功率,使其光線可進(jìn)行調(diào)控,吸收室由于強(qiáng)光的照射溫度會(huì)逐漸變高,使得銫原子發(fā)生物理變化,氣化成蒸汽。

在以上過(guò)程中,相應(yīng)光線會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)透鏡變成平行光線,而后經(jīng)過(guò)濾波器,產(chǎn)生具有特定波長(zhǎng)的光線,然后再通過(guò)偏振鏡使得其產(chǎn)生極化方向相反的兩束光線,讓其射向吸收室,這兩束光線分別通過(guò)吸收室中的兩個(gè)被看做獨(dú)立的的分室中的,光線在通過(guò)吸收室后,再經(jīng)過(guò)其中第二個(gè)透鏡使其聚焦在相應(yīng)地光敏元件上,最后通過(guò)檢測(cè)光電流的變化放大取得地磁場(chǎng)強(qiáng)的最終測(cè)定。

2海洋磁力儀的其他應(yīng)用

海洋磁力儀的操作實(shí)際上是非常簡(jiǎn)單的,磁力儀一般經(jīng)過(guò)基本測(cè)試后,在以后幾個(gè)月內(nèi)的實(shí)際使用中都不需要做大的調(diào)整,不過(guò)在每次的船上作業(yè)前還是建議檢修海洋磁力儀,確保機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn),在航海船只受地域以及風(fēng)浪影響的時(shí)候,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)船上鐵制品的客觀遺失,在樣的情況下就可以應(yīng)用海洋磁力儀,其可以發(fā)揮很大的作用。

綜上可知,海洋磁力儀作為海洋工程中的重要勘測(cè)工作,因其精度高、準(zhǔn)度好,深度跨度大優(yōu)良特點(diǎn),越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在海洋工程磁力勘測(cè)工作中,為航海事業(yè)的發(fā)展推波助瀾。

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