Изобретение относится к области испол зования явления ядерного магнитного резо ,нанса (ЯМР) в гироскопии и может быть реализовано в системах автономной навигации. Ядерные гидротахометры (ЯГ), основанные на явлении ядерного магнитного резонанса (ЯМР ) обладают, как показывают расчеты, предельной чувствительностью . -1 равной Ю - Ю сек . В этих устро ствах объекты в инерциальном пространстве фиксируются путем регистрации изменений дисперсионного сигнала ЯМР или по глощаемой ядрами мощности радиочастотного магнитного поля, возбуждающего Bbtнужденную ядерную прецессию. Трудность применения ЯГ состоит в том что изменение напряженности магнитного поля на величину JH приводит к такому же изменению поглощаемой ядрами мощности (изменению сигнала дисперсии ЯМР), что и вращение вокруг направления поля с угло вой скоростью SI ,(1) |где Jjj - гиромагнитное отнощение ядер. Известные способы уменьшения влияния нестабильности внещнего постоянного ма1--. нитного поля на работу ЯГ заключаются в суперстабилизации поля и (или) в представлении малых вариаций поля неизвестным эквивалентом угловой скорости и исключении этой составл5пощей из выходного сигнала ЯГ техническими средствами (электронными или электромеханическими), что значительно усложняет аппаратуру. Для уменьшения влияния малых вариаций внешнего магнитного поля на работу ЯГ и повьпления чувствительности измерс ний предлагается способ, по которому в качестве рабочего вещества применяют пара- магнитный образец, содержащий рабочие ядра; динамически поляризуют рабочие ядра, насьш1ая электронные переходы на частоте, отличной от резонансной дня выбранного значения напряженности магнитного поля, а напряже1пюсть магнитного поля, выбирают соответствующей середине образовавшегося квазиплоского участка результирующего сигнала поглощения или дисперсии ядерного магнитного резонанса. Используется физический эффект искажения сигнала поглощения ЯМР при эффек те Оверхаузера и сдвига при некоторьк условиях максимума этого сигнала или искажения сигнала дисперсии, вследствие чего упомянутая эквивалентность (1) вращения и изменения магнитного поля нарущается. На чертеже даны диаграммы, иллюстри рующие описываемый способ (с использо- ваниам сигнала абсорбции). На чертеже обозначено: Н - напряженность магнитного поля; 9(Н) - форм-функция сигнала , абсорб ции обычного (без эффекта Оверхаузера ЯМР; К (Н) - форма коэффициента усиления сигнала ЯМР за счет эффекта Оверхаузера (функции g (Н) и К (Н) на чертеже показаны отнесенными к их максимальным значениям); Ф 9 (1) форма сигнала абсор НИИ ЯМР при эффекте Оверхаузера в зави симости от маг штного поля; U Р - значение магнитного поля оп у, при котором в отсутствие вращения наб- людается максимум сигнала абсорбции обычного ЯМР при постоянной частоте 00 возбуждения ядерных переходов; Н Ге - значение магнитного поля, при котором наблюдается максимум сигна ла абсорбции электронного парамагнитно- го резонанса (ЭПР) (максимум коэффициента усиления К (Н) при постоянной частоте Wg накачки электронных переходов; Уц - электронное гидромагнитное отнош ние; н н „-н„„. Н -рабочая точка ЯГ, выбираемая при значении магнитного поля, соответствующем максимуму кривой Q (И) К (Н); I HNiv-1 - изменение магнитного по п ля для обычного ЯМР, эквивалентное вращению системы с угловой скоростью 51 BOKjiyr направления поля Н. Известно, что форма сигнала абсорбции ЯМР при эффекте Оверхаузера опреде ляется произведением функции 9 (Н), описывающей форму сигнала абсорбции обымнотчэ ЯМГ-, и коэффициента усиления К (Н), совпадающего по форме с насыщен ной линией ЭПРили,осли частота накачки ; ЭПР не paBiia резонансной частоте электронных спинов в магнитном поле Н , в котором наблюдается максимум сигнала абсорбции обычного ЯМР, то максимум коэффициента усиления наблюдается в поле Н , отличающемся от значения поля Н ое,.,,.son CUg п на величинудИ VуJ еJ П: Форма получаемого таким образом сигнала абсорбции ЯМР при эффекте Оверхаузера, определяемая произведением (Н) К (Н), в зависимости от магнитного поля искажается по сравнению с формой сигнала М) обычного ЯМР; максимум сигнала 9 (Н) К (Н) смещается в сторону поля Н , а вблизи максимума возможно образование квазиплоского участка. Очевидно, что описьшаемые эффекты наиболее заметны в тех случаях, когда функции (Н) и К(Н), измеренные в единицах иагнитного поля, сравнимы между собой по щирине. На чертеже форма наблюдаемого сигнала абсорбции ЯМР при эффекте Оверхаузера изображена только для случая, когда |е| ) При Н Н и одинаковых Л Н возможные ое оп эффекты искажения по сравнению с рассмотренными Bbmie будут симметричными относительно значения поля Н При отсутствии вращения системыj ( JL 0, диаграмма а) рабочее поле Н ЯГ устанавливают соответствующим максимуму функции Ф (максимуму .искаженного описанным способом сигнала абсорбции) ЯМР при эффекте Оверхаузера) или, если имеется заметный квазиплоский участок, соответствующим середине квазиплоского участка. При таком выборе рабочего поля крутизна (т. е. первая производная) сигнала абсорбции ЯМР при эффекте Оверхаузера к изменениям магнитного поля равна нулю, так что малые вариации поля в , окрестности Н не приводят к изменению поглощаемой ядрами высокочастотной MOHIности, определяемой произведением (Н ) К(Н ), следовательно, ЯГ становится нечувствительным к малым нестабильностям рабочего магнитного поля. Вращение объекта, несущего ЯГ, в рассматриваемом случае не является эквивалентом вариации магнитного поля и может, быть измерено с высокой точностью. Действительно, ..если SE О С. - единичный орт вдоль направления поля Н ), то частота поляризованной по кругу компоненты , индуцирующей ядерные переходы, становится равной JL + Cv)
максимум сигнала абсорбции обычного ЯМР смещается в с№рону большего значения поля на величину | ч Hj -г- ,
i п как это качественно изображено на черт
же (диаграмма & ). Положение коэффициента усиления К(Н) на оси магнитного поля при этом пра1стически не изменяется, так как эквивалентное вращению изменение магнитного поля (|( Для линии
ЭПР пренебрежимо мало, поскольку
О
(обычно tjgl 10 Ifn Следовательно, сигнал абсорбции ЯМР при эффекте Оверхаузера в случае SI О определяется функцией - 5 Н) К(Н ) и возрастает по сравнению со случаем покоя системы 52 О.
Подобным образом можно показать, что при сигнал абсорбции ЯМР при эффекте Оверхаузера уменьщается (диаграмма 6 ) и определяется произведением Q (Н + (S Н) К(Н ). В первом случае
; р.- р
( Я О ) поглощаемая ядерной спин-системой из катушки спин-детектора ЯМР высокочастотная мощность увеличивается
по сравнению со случаем 51 О, во втором (fSl - О) - уменьщается. Другими словами, крутизна сигнала абсорбции ЯМР к угловым скоростям вращения при эффекте Оверхаузера и указанном выше выборе рабочего поля не равна нулю.
Величина и знак изменения поглощаемой ядрами мощности, обусловленного вращением, жестко связаны с величиной и и знаком скорости вращения объекта в инерциальном пространстве, что и используется в рассматриваемых ЯГ для регистрации указанной скорости.
Аналогичные рассуждения справедливы при использовании сигнала дисперсии, в этом случае рабочая точка выбирается посредине более протяженного квазипло- I ского участка кривой сигнала ЯМР.
6
Теоретическое исследование предлагаемого способа показьшают, что при ис пользовании, например, в качестве рабо- чего образца жидкого раствора натрия в аммиаке чувствительность абсорбционного ЯГ к малым нестабильностям магнитного поля примерно в 5О-100 раз меньше, чем к эквивалентным им согласно со« отнощению (1) угловым скоростям враще-
ния. ЕСЛИ вращение объекта лежит вблизи порога чувствительности ЯГ, то влияние эквивалентной в обычном ЯМР вариации поля практически полностью исключается. Предлагаемый способ позволяет не
только решить задачу исключения влияния нестабильностей, магнитного поля на работу ЯГ, но и значительно повьпиает его чувствительность за счет усиления 1щерной поляризации.
.,
Предмет изобретения
Способ измерения вращения, основанный на явлении ядерного магнитного резонанса, заключающийся в регистрации пропорционального скорости вращения ухода частоты прецессии магнитных моментов атомных ядер рабочего вещества во внешнем магнитном поле, отличающи й-1 с я тем, что, с целью уменьшения влияния малых вариаций внешнего магнитного поля и повышения чувствительности измерений, в качестве рабочего вещества применяют парамагнитный образец, содержащий рабочие ядра; динамически поляризуют рабочие ядра, насьпцая электродные переходы на частоте, отличной от резонансной для выбранного значения напряженности магнитного поля, а напряженность магнитного поля выбирают соответствующей середине образовавшегося квазиплоского участка результирующего сигнала поглощения или дисперсии ядерного магнитного резонанса.
