試析海洋磁力儀的應用姜進勝

朱云

摘 要:目前來說,磁力儀分為質子旋進式與光泵式兩種基本類型,本文就圍繞著質子旋進式與光泵式兩種海洋磁力儀對其應用展開了探討,并且對質子旋進式海洋磁力的一個發展分支——Sea Spy磁力儀的原理及應用進行了介紹,最后,對海洋磁力儀的其他應用做了簡要概述。

關鍵詞:質子旋進式光泵式Sea Spy

中圖分類號:TP212．13 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(b)-0089-01

人們在早期的生產實踐活動中就已經對地磁場有了初步的認識,磁力線是從地球的北極出發一直延伸到地球的南極的,隨著時間的推移,科技在不斷進步,磁力儀的種類發展越來越來多。眾所周知,磁法勘測在海洋地理調查中起著至關重要的作用,所以海洋磁力儀的普及使用也在海洋調查中大面積開展起來。

1海洋磁力儀的原理與應用

在被大家熟知每一片地球區域,相關磁力場都是有規律的存在與分布著的。某一區域的的磁力場如果受到外界鐵質物體的入侵,則這個磁力場將會受到鐵質物體在磁力場中產生的相對于本磁力場的外力作用,從而對該磁力場造成干擾。這些外力干擾基本上都是存在于這個入侵的鐵質物體的周圍的。磁力在磁場中的相關應用可以幫助工作人員測量出某個地球區域的磁場強度,如果磁場受到外來入侵,導致了場強變化,放置在其中的磁力儀也會相應地改變磁力數值,由于能夠改變磁力場的物質都是鐵磁物質構成的,所以磁力儀能夠勘測出任何會使磁力場發生改變的物體,同樣,磁力儀的使用能夠滿足人們的應用需要。海洋磁力儀就是測量地球磁力場強度的一款精度很高的測量設備。磁力儀的兩種基本類型分為質子旋進式與光泵式兩種,Sea Spy磁力儀是質子旋進式的一個發展分支,它也屬于質子旋進式。

1.1 質子旋進式磁力儀

標準質子旋進式磁力儀是將少量附有氫原子核的液體,比如說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磁矩都被成對地進行了彼此抵消。氫原子在外磁場強度為零值時的磁矩取向是任意無規則的。

當傳感器中富含氫原子的液體周圍被附加上了由線圈產生的強大的人造磁場,則這個然早磁場會引起液體中的大量質子向同一方向自旋,并且這些質子的排列方向都是定向地以人造磁場方向為自旋軸進行排列的。一旦這種人造磁場消失,就會發生質子旋進現象,具體表現為氫原子在地磁場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方向旋進。

在質子旋進的初期階段,由于質子的相位相同,通過其磁性的宏觀顯示,質子有周期性在容器外的線圈進行切割,從而發出相應地電感應的信號,切割頻率與其的旋進頻率是大體相同的。但是熱攪動會引起進動一致性的降低,這就會使得電感應信號也隨之發生很大的改變,具體表現為電感應信號的急劇下降,所以,要在衰變錢的0.5s也就是心噪值較高時來對質子的旋進頻率進行詳細具體的測量。然后通過對旋進信號的頻率測量結果的出地磁場的場強大小。

1.2 Sea Spy磁力儀

Sea Spy磁力儀作為質子旋進式磁力儀的發展與延伸,雖然它也是以質子自旋共振原理為基礎的,但是其較質子旋進磁力來說還是做了相當大的改進的。Sea Spy磁力儀的相關效應是通過電子-質子的偶合現象達到質子極化這一目標的,這是Sea Spy磁力儀與質子旋進最大的不同之處。Sea Spy磁力儀是將一種經過特殊處理的富含著帶有一個游離電子的放射性原子的相應的化學試劑添加到富質子液體當中。其中的游離電子在暴露于某種特定的躍遷能級較低的低頻射線中被有效地激發,它將自己的能量就近傳給相近的質子,但是并不輻射出射線來釋放相關能量,這樣在對質子的極化時就不需要施加過于強大的人造磁場。

Sea Spy磁力儀最大輸出信號是由相關的化學試劑來決定的,其預輸入傳感器的能量并無太大關系。所以,只使用l～2W的能量磁力儀傳感器就能夠清楚產生相關的強大進動信號,這是標準的質子磁力儀則即使耗費上千瓦的能量也無法匹敵的,Sea Spy磁力儀很大程度上提高了質子磁力儀的可用信息量,相比于標準的,其的采樣頻率是相當高的。Sea Spy磁力儀擁有著標準質子磁力儀同樣的優良精確特性,其也具有很強的長期穩定性,所以,Sea Spy磁力儀作為質子磁力儀的擴展與延伸,其更具靈敏度,對電能的節約也是很明顯,帶寬更大。

1.3 光泵磁力儀

光泵磁力儀是在20世紀中期出現的的新型磁力儀器,其可以進行連續觀測,對周圍磁場的梯度要求不是特別嚴格,不需要具體定向,無零點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功率會逐漸增強至整個射燈都開始發光,而后降低振蕩器的相應功率,使其光線可進行調控,吸收室由于強光的照射溫度會逐漸變高,使得銫原子發生物理變化,氣化成蒸汽。

在以上過程中,相應光線會經過一個透鏡變成平行光線,而后經過濾波器,產生具有特定波長的光線,然后再通過偏振鏡使得其產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吸收室中的兩個被看做獨立的的分室中的,光線在通過吸收室后,再經過其中第二個透鏡使其聚焦在相應地光敏元件上,最后通過檢測光電流的變化放大取得地磁場強的最終測定。

2海洋磁力儀的其他應用

海洋磁力儀的操作實際上是非常簡單的,磁力儀一般經過基本測試后,在以后幾個月內的實際使用中都不需要做大的調整,不過在每次的船上作業前還是建議檢修海洋磁力儀,確保機器的正常運轉,在航海船只受地域以及風浪影響的時候,經常會出現船上鐵制品的客觀遺失,在樣的情況下就可以應用海洋磁力儀,其可以發揮很大的作用。

綜上可知,海洋磁力儀作為海洋工程中的重要勘測工作,因其精度高、準度好,深度跨度大優良特點,越來越廣泛地應用在海洋工程磁力勘測工作中,為航海事業的發展推波助瀾。

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