试析海洋磁力仪的应用姜进胜

摘 要:目前来说,磁力仪分为质子旋进式与光泵式两种基本类型,本文就围绕着质子旋进式与光泵式两种海洋磁力仪对其应用展开了探讨,并且对质子旋进式海洋磁力的一个发展分支——Sea Spy磁力仪的原理及应用进行了介绍,最后,对海洋磁力仪的其他应用做了简要概述。

关键词:质子旋进式 光泵式 Sea Spy

中图分类号:TP212．13 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(b)-0089-01

人们在早期的生产实践活动中就已经对地磁场有了初步的认识,磁力线是从地球的北极出发一直延伸到地球的南极的,随着时间的推移,科技在不断进步,磁力仪的种类发展越来越来多。众所周知,磁法勘测在海洋地理调查中起着至关重要的作用,所以海洋磁力仪的普及使用也在海洋调查中大面积开展起来。

1 海洋磁力仪的原理与应用

在被大家熟知每一片地球区域,相关磁力场都是有规律的存在与分布着的。某一区域的的磁力场如果受到外界铁质物体的入侵,则这个磁力场将会受到铁质物体在磁力场中产生的相对于本磁力场的外力作用,从而对该磁力场造成干扰。这些外力干扰基本上都是存在于这个入侵的铁质物体的周围的。磁力在磁场中的相关应用可以帮助工作人员测量出某个地球区域的磁场强度,如果磁场受到外来入侵,导致了场强变化,放置在其中的磁力仪也会相应地改变磁力数值,由于能够改变磁力场的物质都是铁磁物质构成的,所以磁力仪能够勘测出任何会使磁力场发生改变的物体,同样,磁力仪的使用能够满足人们的应用需要。海洋磁力仪就是测量地球磁力场强度的一款精度很高的测量设备。磁力仪的两种基本类型分为质子旋进式与光泵式两种,Sea Spy磁力仪是质子旋进式的一个发展分支,它也属于质子旋进式。

1.1 质子旋进式磁力仪

标准质子旋进式磁力仪是将少量附有氢原子核的液体,比如说甲醇或者煤油之类的,装入其传感器中。在这些液体中,除了氢原子核能够显示较为微弱的磁矩,其的自旋磁矩并没有被抵消,液体中的其他分子的自旋、电子轨道以及原子核自选的所有相关磁矩都被成对地进行了彼此抵消。氢原子在外磁场强度为零值时的磁矩取向是任意无规则的。

当传感器中富含氢原子的液体周围被附加上了由线圈产生的强大的人造磁场,则这个然早磁场会引起液体中的大量质子向同一方向自旋,并且这些质子的排列方向都是定向地以人造磁场方向为自旋轴进行排列的。一旦这种人造磁场消失,就会发生质子旋进现象,具体表现为氢原子在地磁场力与其的原本持有的自旋惯性的相互作用下以同样的相位往磁场方向旋进。

在质子旋进的初期阶段,由于质子的相位相同,通过其磁性的宏观显示,质子有周期性在容器外的线圈进行切割,从而发出相应地电感应的信号,切割频率与其的旋进频率是大体相同的。但是热搅动会引起进动一致性的降低,这就会使得电感应信号也随之发生很大的改变,具体表现为电感应信号的急剧下降,所以,要在衰变钱的0.5s也就是心噪值较高时来对质子的旋进频率进行详细具体的测量。然后通过对旋进信号的频率测量结果的出地磁场的场强大小。

1.2 Sea Spy磁力仪

Sea Spy磁力仪作为质子旋进式磁力仪的发展与延伸,虽然它也是以质子自旋共振原理为基础的,但是其较质子旋进磁力来说还是做了相当大的改进的。Sea Spy磁力仪的相关效应是通过电子-质子的偶合现象达到质子极化这一目标的,这是Sea Spy磁力仪与质子旋进最大的不同之处。Sea Spy磁力仪是将一种经过特殊处理的富含着带有一个游离电子的放射性原子的相应的化学试剂添加到富质子液体当中。其中的游离电子在暴露于某种特定的跃迁能级较低的低频射线中被有效地激发,它将自己的能量就近传给相近的质子,但是并不辐射出射线来释放相关能量,这样在对质子的极化时就不需要施加过于强大的人造磁场。

Sea Spy磁力仪最大输出信号是由相关的化学试剂来决定的,其预输入传感器的能量并无太大关系。所以,只使用l～2W的能量磁力仪传感器就能够清楚产生相关的强大进动信号,这是标准的质子磁力仪则即使耗费上千瓦的能量也无法匹敌的,Sea Spy磁力仪很大程度上提高了质子磁力仪的可用信息量,相比于标准的,其的采样频率是相当高的。Sea Spy磁力仪拥有着标准质子磁力仪同样的优良精确特性,其也具有很强的长期稳定性,所以,Sea Spy磁力仪作为质子磁力仪的扩展与延伸,其更具灵敏度,对电能的节约也是很明显,带宽更大。

1.3 光泵磁力仪

光泵磁力仪是在20世纪中期出现的的新型磁力仪器,其可以进行连续观测,对周围磁场的梯度要求不是特别严格,不需要具体定向,无零点漂移而且灵敏度是十分高的。光泵磁力仪在接通传感器的电源后,磁力仪射灯振荡器的RP功率会逐渐增强至整个射灯都开始发光,而后降低振荡器的相应功率,使其光线可进行调控,吸收室由于强光的照射温度会逐渐变高,使得铯原子发生物理变化,气化成蒸汽。

在以上过程中,相应光线会经过一个透镜变成平行光线,而后经过滤波器,产生具有特定波长的光线,然后再通过偏振镜使得其产生极化方向相反的两束光线,让其射向吸收室,这两束光线分别通过吸收室中的两个被看做独立的的分室中的,光线在通过吸收室后,再经过其中第二个透镜使其聚焦在相应地光敏元件上,最后通过检测光电流的变化放大取得地磁场强的最终测定。

2 海洋磁力仪的其他应用

海洋磁力仪的操作实际上是非常简单的,磁力仪一般经过基本测试后,在以后几个月内的实际使用中都不需要做大的调整,不过在每次的船上作业前还是建议检修海洋磁力仪,确保机器的正常运转,在航海船只受地域以及风浪影响的时候,经常会出现船上铁制品的客观遗失,在样的情况下就可以应用海洋磁力仪,其可以发挥很大的作用。

综上可知,海洋磁力仪作为海洋工程中的重要勘测工作,因其精度高、准度好,深度跨度大优良特点,越来越广泛地应用在海洋工程磁力勘测工作中,为航海事业的发展推波助澜。

参考文献

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