DE1291831B

DE1291831B - Vorrichtung zur Messung von schwachen Magnetfeldern, insbesondere des magnetischen Erdfeldes, durch Kerninduktion

Info

Publication number: DE1291831B
Application number: DEC33660A
Authority: DE
Inventors: Rochet Andre; Servoz-Gavin Pierre
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1963-09-04
Filing date: 1964-08-18
Publication date: 1969-04-03
Also published as: FR84811E; US3371270A; CH434774A; ES303659A2; AT248720B; GB1078294A; NL6410347A; SE326309B; LU46746A1; BE652491A

Description

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Das Hauptpatent 1152 188 und das Zusatzpatent seinerzeit bekannten Verfahren die Anlegung des

1 214 776 beziehen sich auf Einrichtungen zur Messung Hilfsfeldes mehrere Sekunden lang erfolgte,

schwacher magnetischer Felder durch Kerninduktion, Bei Durchführung des Verfahrens nach dem

insbesondere auf Magnetometer, bei denen eine flüssige Hauptpatent erfolgte die Messung der freien Präzession

Probe benutzt wird, die einerseits ein Lösungsmittel 5 mit Hilfe eines Frequenzmessers, der Einrichtungen

mit Atomkernen mit einem kinetischen Moment zur Erzeugung eines Rechtecksignals, dessen Dauer

(oder Spin) und einem von Null verschiedenen gleich einer vorbestimmten ganzen Zahl von Larmor-

magnetischen Moment und andererseits eine in diesem perioden ist und einen Zähler enthält, der (mit gleicher

Lösungsmittel gelöste paramagnetische Substanz mit Wiederholungsfrequenz ausgesandte) Zeitimpulse

Hyperfeinstruktur enthält, wobei der Overhauser- ίο während der Dauer dieses Signals zählt, wobei die

Abragam-Effekt auftritt, wenn eine Elektronen- Zahl dieser Impulse der Stärke des zu messenden

resonanzlinie dieser Substanz durch ein elektro- Magnetfeldes umgekehrt proportional ist.

magnetisches Feld gesättigt wird. Gegenstand des Hauptpatentes ist ferner eine voll-

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe ständig elektronisch arbeitende Umschalteinrichtung,

zugrunde, die erwähnten Einrichtungen oder Magneto- 15 welche die Spule, die die Probe umgibt, abwechselnd

meter insbesondere im Hinblick auf die Automati- mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines nur in

sierung und die Handhabung sowie auf die Empfind- einer Richtung verlaufenden Stromes zur Erzeugung

lichkeit und die Genauigkeit der Messung von Magnet- des Hilfsfeldes und mit dem mit dem Frequenzmesser

feldern zu verbessern. verbundenen Verstärker zur Bestimmung der freien

Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren und eine 20 Präzessionsbewegung verbindet, d. h. eine ultra-Vorrichtung zur Messung von schwachen Magnet- schnelle Umschaltvorrichtung, die die Wiederholungsfeldern (unterhalb von etwa 10 Gauß) mit Hilfe einer frequenz der Messungen vergrößert. Probe aus einem Stoff, der Atomkerne mit einem von Das Zusatzpatent 1214 776 betrifft ein Verfahren, Null verschiedenen magnetischen und kinetischen bei dem systematisch die Anlegung des magnetischen Moment enthält, durch Kerninduktion, d. h. durch 25 Hilfsfeldes für jeden Vorgang zur Messung des Anlegung eines Hilfsmagnetfeldes, das etwa senkrecht Magnetfeldes nach der Bestimmung der Frequenz des zu dem zu messenden Magnetfeld liegt, um die Präzessionssignals des vorhergehenden Meßvorganges magnetischen Momente der Atomkerne der Probe in begonnen wird, wenn die magnetischen Momente der die Richtung des resultierenden Magnetfeldes (d. h. Atomkerne der Probe mit einem von Null verschiedes zu messenden Feldes und des Hilfsfeldes) ein- 30 denen magnetischen und kinetischen Moment vor zustellen, worauf das Hilfsfeld plötzlich aufgehoben ihrer Ausrichtung auf das zu messende Magnetfeld wird, damit die magnetischen Momente der Atomkerne eine genau bestimmte und konstante Lage auf dem eine freie Präzessionsbewegung um das zu messende Präzessionskegel einnehmen, d. h. für einen bestimmten Magnetfeld mit der sogenannten Larmorfrequenz Phasenwinkel, der durch die Präzession dieser magneausführen können, die genau proportional der Stärke 35 tischen Momente induzierten elektromotorischen dieses Magnetfeldes ist. Kraft, wobei diese Lage und der Winkel etwa der

Die Messung der Frequenz der elektromotorischen größten Amplitude des Präzessionssignales entKraft, die in einer die Probe umgebenden Spule, deren spricht.

Achse senkrecht zu dem zu messenden Feld liegt, Gegenstand des erwähnten Zusatzpatentes ist ferner

durch das sich mit der Larmorfrequenz drehende Feld 40 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

erzeugt wird, das dieser Präzession des magnetischen die Einrichtungen enthält, welche aus dem in dem

Momentes zugeordnet ist, ermöglicht die Ermittlung Frequenzmesser erzeugten Rechtecksignal, dessen

der Stärke des zu messenden Magnetfeldes; die Spule Dauer gleich einer vorbestimmten ganzen Zahl von

dient dabei dank einer geeigneten Umschaltvorrichtung Larmorperioden ist, einen Impuls ableiten, der zu einer

auch dazu, bei ihrer Speisung mit einem nur in einer 45 der zu dem Beginn oder vorzugsweise zu dem Ende

Richtung verlaufenden Strom das Hilfsfeld zu erzeugen. dieses Signals synchron ist, wobei Einrichtungen, die

Bei diesem Verfahren hat man in der Probe eine diesen Impuls um eine konstante, aber einstellbare

paramagnetische Substanz mit Hyperfeinstruktur (z.B. Dauer verzögern (welche gegebenenfalls kleiner als

Kaliumnitrosodisulfonat) aufgelöst, die den Over- eine Larmorperiode ist), sowie Einrichtungen vor-

hauser-Abragam-Effekt auslösen kann, und diese 50 gesehen sind, die durch den verzögerten Impuls den

einem radioelektrischen Feld mit der Frequenz der in einer Richtung verlaufenden Strom auslösen,

Elektronenresonanz ausgesetzt, um eine ihrer Elek- welcher in der die Probe umgebenden Spule das

tronenresonanzlinien, die eine Hyperfeinstruktur auf- Hilfsmagnetfeld erzeugt.

weist, zu sättigen. Auf diese Weise konnte nicht nur Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe die Stärke des magnetischen Hilfsfeldes auf eine 55 zugrunde, die oben beschriebenen Magnetometer zu Größenordnung verringert werden, die nur wenig verbessern; sie besteht darin, das Umschalten und oberhalb der Stärke des zu messenden Magnetfeldes Speisen der die Probe umgebenden Spule mit einem liegt (z. B. betrug die Stärke des magnetischen Hufs- in einer Richtung verlaufenden Strom in an sich feldes das etwa Zwei- bis Fünffache der Stärke des zu bekannter Weise mit Hilfe von zwei Monovibratoren messenden Feldes), sondern es war darüber hinaus 60 vorzunehmen. Einer von diesen steuert, wenn er zu möglich, das magnetische Hilfsfeld nur während einer Beginn jedes Meßzyklus angelegt wird, das Kippen äußerst kurzen Dauer anzulegen, die etwa in der eines Hauptrelais aus seiner Ruhelage, in der es die Größe der Larmorperiode (d. h. des Kehrwertes der Spule mit einem regelbaren Kondensator, der in Reihe Larmorfrequenz) liegt; für Wasserstoff kerne (Pro- geschaltet ist und einen ersten Kreis bildet, der mit tonen) beträgt diese Periode in dem Erdfeld etwa 65 der Larmorfrequenz schwingt, und mit einer Ver-0,5 ms, wobei das Anliegen insbesondere während Stärkereinheit verbindet, die den erwähnten Frequenzeiner Dauer erfolgt, die etwas oder merklich größer messer speist, in seine Arbeitsstellung, in der es die als ein Viertel dieser Periode ist, während bei den Spule mit einem Dämpfungswiderstand verbindet,

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dessen Wert die kritische Dämpfung der Schwingungen F i g. 3 den Abschnitt A der Fi g. 1, der mit sicherstellt, die in einem zweiten Schwingungskreis unterbrochenen Linien umrandet ist, d. h. die Umerzeugt werden, der aus der Induktivität der Spule und schalteinrichtung, genau gesagt mit dem Meßkopf B, den Fremdkapazitäten der Spule sowie dem Verbin- der die Materialprobe enthält, in der sich Atomkerne dungskabel besteht. 5 mit von Null verschiedenem magnetischem und

Der zweite Monovibrator, der später als der erste kinetischem Moment und die paramagnetische Sub-

bei jedem Meßzyklus angelegt wird, steuert die Ver- stanz mit Hyperfeinstruktur befinden,

bindung der Spule mit einer Quelle eines in einer F i g. 4 und 5 Formen von Signalen, die bei dem

Richtung verlaufenden Stromes. Die Anlegedauer Magnetometer gemäß F i g. 1 und 2 benutzt werden,

jeder der beiden Monovibratoren in ihrem instabilen io wobei F i g. 4 die Form der Signale bei dem in

oder angeregten Zustand wird in der Weise geregelt, F i g. 1 dargestellten Teil, F i g. 5 die Form der

daß der zweite Monovibrator in seinen stabilen Signale bei dem in F i g. 2 dargestellten Abschnitt

Anfangszustand oder seine Ruhelage zurückkehrt, des Magnetometers darstellt,

vorzugsweise am Ende einer Zeit in der Größen- Fig. 6 die Anordnung einer der vier bistabilen

Ordnung der Larmorfrequenz oder eines Bruchteils 15 Kreise mit Tunneldiode und Transistor, von denen

dieser Periode, bevor der erste Monovibrator in jede die Speichereinrichtung der Registriervorrichtung

seinen stabilen Anfangszustand oder seine Ruhe- bildet, die das Magnetometer enthalten kann;

stellung zurückkehrt. F i g. 7 zeigt die Charakteristik der Tunneldiode

Vorzugsweise verwendet man gemäß einem weiteren des bistabilen Kreises der F i g. 6.
Merkmal der Erfindung ein Hilfsrelais, das beim ao Ein Magnetometer zur Messung schwacher Magnet-Anlegen des ersten Monovibrators eingeschaltet wird felder durch Kerninduktion als Hauptanwendungsund in seine Ruhestellung mit einer leichten Ver- gebiet, mit dem man automatisch und in einfacher zögerung in bezug auf die Rückkehr des Hauptrelais Weise Messungen mit großer Empfindlichkeit und in seine Ruhelage zurückkehrt, wobei dieses Hilfs- Genauigkeit durchführen kann, ist gemäß der Erfinrelais, wenn es sich in der Arbeitsstellung befindet, 35 dung wie folgt aufgebaut:

einen Schwingungskreis oder einen abgestimmten Die Umschaltung und Speisung der Spule 1 zum

Kreis des auf die Larmorfrequenz zentrierten Frequenz- Aufbau des magnetischen Hilfsfeldes und zum

bandes öffnet, der in der Verstärkungseinrichtung Abnehmen des Kernsignals im Meßkopf B mit in einer

angeordnet ist und so die Verstärkung desselben in der Richtung verlaufendem Strom erfolgt mit Hilfe von

Nähe dieser Frequenz verringert. 30 zwei Monovibratoren 3 und 4 (monostabile Multi-

Das Anlegen der beiden Monovibratoren kann wie vibratoren). Die Spule umgibt einen Behälter 2, der

folgt erfolgen: . die Materialprobe enthält, die aus Atomkernen mit

Einmal durch einen astabilen Multivibrator mit von Null verschiedenem magnetischem und kine-

einem unsymmetrischen Zyklus, der den ersten tischem Moment einer paramagnetischen Substanz

Monovibrator bei jedem Kippen aus seinem ersten 35 mit Hyperfeinstruktur besteht, die den Overhauser-

astabilen Zustand in seinen zweiten astabilen Zustand Abragam-Effekt zeigt; man sättigt eine Elektronen-

und den zweiten Monovibrator bei jedem Kippen aus resonanzlinie dieser Substanz durch eine Anordnung/),

seinem zweiten in seinen ersten astabilen Zustand wobei der Behälter beispielsweise eine wäßrige Lösung

auslöst; andererseits kann man von Einrichtungen von Kaliumnitrosodisulfonat enthält,

zur Phasenverzögerang der magnetischen Kern- 40 Der Monovibrator 3 steuert, wenn er zu Beginn

momente ausgehen, wie sie in dem ersten Zusatz- jedes Meßzyklus (der einige Sekunden dauern kann,

patent beschrieben sind, d. h. von Einrichtungen, die wenn man die Meßergebnisse druckt, oder einen

den beschriebenen verzögerten Impuls hervor- Bruchteil einer Sekunde, wenn man Einrichtungen

rufen. benutzt, die in dem Patent 1 214 776 beschrieben sind

Die Erfindung betrifft in der Hauptsache Magneto- 45 und bei dem man die Ergebnisse nicht druckt) beauf-

meter zur Messung des magnetischen Erdfeldes und schlagt wird, das Kippen eines Hauptrelais 5 aus

seiner Veränderlichen, beispielsweise für Forschungs- seiner Ruhelage, in der sein beweglicher Kontakt 6

zwecke. auf dem festen Ruhekontakt 7 liegt, um die Spule 1

In Verbindung mit der Vorrichtung gemäß der mit einem regelbaren Kondensator 8, der in Reihe Erfindung werden zweckmäßigerweise eine spezielle 50 geschaltet ist und einen ersten Schwingungs- oder Meßeinrichtung zur Messung der Dauer der Larmor- Resonanzkreis 9 bei der Larmorfrequenz bildet, und periode und ferner besonders Einrichtungen zum mit einem Verstärker £zu verbinden, der den Frequenznumerischen Drucken der Meßresultate und zur messer F speist, in seine Arbeitsstellung, in der der Analogregistrierung der Meßergebnisse benutzt; auf bewegliche Kontakt 6 sich gegen den festen Arbeitsdiese Einrichtungen wird bei der Erläuterung eines 55 kontakt 10 legt, um die Spule 1 mit einem regelbaren Ausführungsbeispieles der Erfindung näher eingegaii- Dämpfungswiderstand 11 zu verbinden. Der regelbare gen. Für die vorgenannten Einrichtungen wird im Wert des Widerstandes sichert die kritische Dämpfung Rahmen der vorliegenden Erfindung weder allein noch der Schwingungen mit der Larmorfrequenz (ungefähr in Verbindung mit der Vorrichtung gemäß der Erfin- 2000 Hz im Falle einer Probe, die als Atomkerne dung Schutz begehrt. 60 Protonen enthält und wenn das Magnetometer in dem

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der magnetischen Erdfeld angeordnet ist) in einem

Erfindung dargestellt. Es zeigen zweiten Schwingungs- oder Resonanzkreis 12, der

F i g. 1 und 2 als Blockschaltung ein Magneto- durch die Induktivität der Spule 1 und die Fremdmeter mit Kerninduktion gemäß vorliegender Erfin- kapazitäten dieser Spule und des Verbindungsdung, wobei F i g. 1 den Teil des Magneto meters bis 65 kabeis 13 gebildet wird.

zur Zählstufe C zeigt, während in F i g. 2 die Der zweite Monovibrator 4, der bei jedem Meß-

Anzeige-, Druck- und Registriereinrichtung dargestellt zyklus später an den ersten Monovibrator 3 angelegt

ist, die von der Zählstufe aus gesteuert wird, wird, steuert die Verbindung der Spule 1 mit einer

Quelle 14 eines in einer Richtung verlaufenden den ersten Monovibrator 3 mit positiven Stufen mit Stromes. Die Anlegedauer der beiden Monovibra- der Dauer 26, die eine Halbleiterdiode 32 durchtoren 3 und 4 in ihrem instabilen oder erregten queren, und an einem zweiten Ausgang 33 den zweiten Zustand wird in der Weise geregelt, daß der zweite Monovibrator 4 mit den negativen Stufen mit der Monovibrator 4 in seinen stabilen Anfangs- oder 5 Dauer 28.

Ruhezustand zurückkehrt, vorzugsweise am Ende einer Die drei Reiter 34, 35 und 36 stellen die Verbindun-Dauer der Größe der Larmor-Periode oder eines gen des astabilen Multivibrators 22 mit der Strom-Bruchteils dieser Periode, beispielsweise nach 0,125 ms quelle 14, dem Monovibrator 3 und dem Monoim Falle der Präzession der Protonen in dem magne- vibrator 4 her. Wenn man diese Reiter anhebt, nimmt tischen Erdfeld, d. h., wenn die Larmor-Periode io man den Multivibrator 22 aus dem Kreis heraus und ungefähr gleich 0,5 ms ist, bevor der erste Mono- legt ihn direkt an die Eingänge 37 und 38 des ersten vibrator in seinen stabilen Anfangs- oder Ruhezustand und zweiten Monovibrators 3 und 4 an, wodurch zurückkehrt. diese wie bei den Einrichtungen des Patentes 1214776

Vorzugsweise benutzt man in Kombination mit der gesteuert werden können, d. h. ausgehend von einem erwähnten Einrichtung ein Hilfsrelais 15, das in 15 Monovibrator mit Phasenverschiebung der magneti-Tätigkeit gesetzt wird durch Anlegen des ersten sehen Momente, wie sie in dem erwähnten Patent be-Monovibrators 3 und das in seine Ruhelage zurück- schrieben sind.

kehrt mit einer leichten Verzögerung (in der Größen- Es sei daran erinnert, daß die Einrichtung zur

Ordnung von einigen Larmor-Perioden), die erzeugt Phasenverzögerung der Spins nach dem Patent wird durch eine Verzögerungszelle 16 beim Rückgang ao 1214 776 im wesentlichen aus einem Monovibrator des Hauptrelais 5 in seine Ruhelage, wobei das Hilfs- besteht, der eine Spannungsstufe von regelbarer Dauer relais 15 durch seinen beweglichen Kontakt 17, wenn mit Genauigkeit liefert.

es sich in der Arbeitsstellung befindet, einen Schwin- Die Dauer muß geregelt werden können im Falle

gungskreis 18 des auf die Larmor-Frequenz zentrierten der Angleichung an eine Einrichtung gemäß vorFrequenzbandes mit Kondensator 19 und Spule 20 35 liegender Erfindung, damit sie wenigstens gleich der (deren Induktivität durch eine Steuereinheit 21 ver- Kippzeit des beweglichen Schaltelementes 6 vom ändert werden kann) öffnet; der Kreis liegt in der Kontakt 7 auf den Kontakt 10 ist. Diese Dauer wird Verstärkeranordnung E, wodurch die Verstärkung in geregelt, damit der Impuls des in einer Richtung verder Nähe dieser Frequenz verringert wird. laufenden Stromes in einem genau bestimmten Augen-

Die Betätigung der beiden Monovibratoren 3 und 4 30 blick der Larmor-Periode abgegeben wird. Aus diesem kann gemäß den F i g. 1 und 3 durch einen astabilen Grunde wird der Monovibrator mit Phasenverzöge-Monovibrator 22 mit unsymmetrischem Zyklus erfol- rung durch das Signal 115 (F i g. 5) beaufschlagt, gen, der den ersten Monovibrator 3 bei jedem Kippen dessen Funktion in der Zähleinrichtung unter Bezugvon seinem ersten astabilen Zustand in seinen zweiten nähme auf die F i g. 2 und 5 später erläutert wird, astabilen Zustand und den zweiten Monovibrator 4 35 Dieses Signal 115 ist negativ, und der Monovibrator bei jedem Kippen von seinem zweiten astabilen Zu- mit Phasenverzögerung wird durch den Anstieg der stand in seinen ersten astabilen Zustand auslöst, oder Spannung ausgelöst, die das Signal beendet, um ein aber durch Einrichtungen zur Phasenverschiebung der negatives Signal zu geben, dessen Polarität in einem magnetischen Kemmomente, die in dem Behälter 2 Umkehrer umgekehrt wird, wobei der Umkehrer eine enthalten sind, wobei Einrichtungen dieser Art in dem 40 Spannungsstufe liefert, die positiv ist und die dem Ab-Patent 1 214 776 beschrieben sind, d. h. Einrichtungen, schnitt 26 des Signals α der F i g. 4 entspricht. Die die den verzögerten Impuls liefern. Verzögerungseinrichtung hat einen doppelten Aus-

Das in den Fig. 1 und 3 dargestellte Magneto- gang; wobei an jedem Ausgang eine Diode sitzt. Die meter kann wie folgt aufgebaut sein, wenn die beiden beiden Dioden sind »Kopf bei Fuß« befestigt, um den Monovibratoren 3 und 4 mit Hilfe eines Multi- 45 doppelten Ausgang einerseits mit dem Eingang 37 vibrators 22 gesteuert werden. des Monovibrators 3, um diesen mit den positiven

Der Multivibrator 22, der die Frequenz der Wieder- Impulsen des Ausganges zu speisen, und andererseits holung der Meßzyklen bestimmt, hat einen unsymme- mit dem Eingang 38 des Monovibrators zu verbinden» trischen Zyklus wie sich aus der Form der Welle α der um diesen mit den negativen Impulsen des Ausganges F i g. 4 ergibt. Er löst auf ihrer ansteigenden Front 23 5° zu speisen.

(bei seinem Durchgang von seinem ersten astabilen Der erste Monovibrator 3 wird ebenfalls mittels Zustand in seinen zweiten ebenfalls astabilen Zustand) zweier Transistoren PNP 39 aufgebaut. Er wird von den ersten Monovibrator 3 aus, während er auf seiner seinem ersten stabilen Zustand oder Ruhezustand in absteigenden Front 24 während seines Durchganges seinen zweiten instabilen oder angeregten Zustand von von seinem zweiten Zustand in seinen ersten den zwei- 55 der Rückfront 23 der Welle α gekippt, die er vom ten Monovibrator 4 auslöst. Multivibrator 22 oder von dem Monovibrator mit

In Fig. 3 ist ersichtlich, daß der astabile Multi- Phasenverzögerung der magnetischen Momente nach vibrator 22 mittels zweier Transistoren 25 des Typs der Umkehrung an seinem Eingang 37 empfängt, wo-PNP verwirklicht wird, wobei die Anlegedauer 26 in bei er an seinem Ausgang 40 eine Spannungsstufe mit seinem ersten astabilen Zustand mittels eines ersten 60 der Dauer 41 aussendet, die mittels eines Potentio-Potentiometers 27 zwischen 10 und 50 ms geregelt meters 42 zwischen 5 und 50 ms regelbar ist; diese wird, während die Anlegedauer 28 seines zweiten Spannungsstufe wird an den Eingang eines Transistors astabilen Zustandes mittels eines zweiten Potentio- PNP 43 angelegt, der als Emitterfolger geschaltet ist. meters 29 zwischen 150 und 7000 ms geregelt werden Dieser speist darüber hinaus über einen Widerstand 44, kann. Der Multivibrator 22 wird von einer stabilisier- 65 der das Niveau der Stufe zu regeln gestattet, und einen ten Spannungsquelle 14 mit beispielsweise —10 Volt Transistor PNP 45, der ebenfalls als Emitterfolger gegespeist, wenn der Unterbrecher 30 der Steuerung ge- schaltet ist, eine Relaisspule 5, die den beweglichen schlossen ist, und speist an einem ersten Ausgang 31 Kontakt 6 steuert.

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Die Dauer 41 der Spannungsstufe, die die Relais- aus einem Behälter 2, wie er in dem französischen spule 5 speist, ist in den F i g. 3 und 4 mit 46 bezeich- Patent 1 358 352 beschrieben ist; in diesem befinden net (Welle d); diese negative Stufe 46 speist gleichzeitig sich beispielsweise 200 cm⁸ einer wäßrigen Lösung von über eine Verzögerungseinheit 16 eine zweite Relais- Kalium-nitrosodisulfonat mit 1 g Nitrosodisulfonat spule 15, nämlich die des Hilfsrelais, die geeignet ist, 5 pro Liter Wasser. Der Behälter ist von der Niederden beweglichen Schalter 17 des abgestimmten Kreises frequenzspule 1 umgeben, die beispielsweise aus 18 (F i g. 1) zu betätigen. Die Verzögerungseinheit 16 4800 Windungen feinen Drahtes gebildet sein kann besteht vorzugsweise aus einem T-Filter mit Diode 47, und eine Induktivität von ungefähr 1 bis 1,1 Henry Widerstand 48 und Kondensator 49. Die Diode 47 haben kann. Die beiden Enden der Spule 1 sind mit bewirkt verschiedene Zeitkonstanten für die Ladung io einem triaxialen Kabel 70 verbunden, dessen äußerer und Entladung des Kondensators 49. Man kann somit Leiter bei 71 mit der Masse und dessen innerer Leiter eine Zeitkonstante für die Ladung von 0,3 ms und einerseits mit dem ersten Ende der Spule 1 und für die Entladung von 2,4 ms verwirklichen und damit andererseits mit einer Klemme 72 verbunden ist, die eine sehr geringe Verzögerung von ungefähr 0,5 bis sowohl an dem Kollektor des Transistorunterbrechers 1 ms bei der öffnung des Relais 15 in bezug auf die 15 65 als auch an dem beweglichen Kontakt 6 des Relais 5 öffnung des Relais 5 und eine wesentlich größere Ver- angeschlossen ist, und dessen dazwischenliegender zögerung in der Größenordnung von 10 ms beim Leiter einerseits mit dem zweiten Ende der Spule 1 Schließen des Relais 15 in bezug auf das Relais 5 und andererseits an einer Erdklemme 73 über einen unter Berücksichtigung der Auslöseschwelle des Relais doppelten Umschalter 74 angeschlossen ist, der meh- 15 erreichen. Im übrigen wird das Ausgangssignal des 20 rere Widerstände 162, 163, 164 auswählt.
Transistors 43, der als Emitterfolger geschaltet ist, Der Inhalt des Behälters 2 wird ebenfalls dem Ein-

durch einen Transistor PNP 50 verstärkt, der als ge- fluß einer Hochfrequenzspule 75 unterworfen, die aus wohnlicher Emitter geschaltet ist, und beaufschlagt einigen Windungen besteht, deren Durchmesser viel einen der Transistoren 51 und 52, die als Emitter- größer als der der Windungen der Spule 1 ist, wobei folger geschaltet sind, bevor es an einem der Ausgänge 25 ein Schirm 165 die beiden Spulen 1 und 75 elektro-53 und 54 verfügbar ist, und somit die positive Span- statisch entkoppelt; die Spule 75 bildet mit einem nungsstufe 55, und die negative Spannungsstufe 56 Kondensator 76 einen Hochfrequenzresonanzkreis, der (die letztgenannte wird durch Ableitung einer der auf die Frequenz der Elektronenresonanz des Nitroso-Stufe 55 analogen Spannungsstufe in einem Differen- disulfonats (in der Größenordnung von 55 bis 56 MHz) zierkreis mit Widerstand 57 und Kondensator 58 und 30 abgestimmt ist. Der Resonanzkreis 75, 76 wird über durch Abnehmen nur der negativen Spitzen mit dem ein Koaxialkabel 77 von einer Anordnung D gespeist, Diodensystem 59 erhalten). Die Rolle der Signale 55 ' die aus einem Hochfrequenzgenerator besteht, der bei und 56 wird nachstehend in Zusammenhang mit der der Frequenz von 56 MHz 1,5 Watt leistet. Die AnErläuterung der Funktion des Frequenzmessers F Ordnung D kann, wie sich aus F i g. 1 ergibt, aus einem beschrieben. 35 Oszillator 78 mit Quarzsteuerung, einer Verstärker-

Der Monovibrator 4 wird in gleicher Weise wie der stufe 79 und einer Ausgangsstufe 80 bestehen, die als Monovibrator 3 aus zwei Transistoren PNP 60 ge- Gegentaktschwinger der Klasse B arbeitet, der durch bildet. Er empfängt an seinem Eingang 38 die Aus- den Oszillator 78 gesteuert wird. Die verschiedenen gangssignale des Multivibrators 22 oder die des Mono- Einheiten der Anordnung D werden aus Transistoren vibrators mit Phasenverzögerung des Patentes 1214 776. 40 gebildet, die geschützt werden durch ein Transistor-Im erstgenannten Fall wird er durch die hintere Front Schaltersystem, das in einer Mikrosekunde die Speise-24 der Welle a, um von seinem Ruhe- oder stabilen spannung der Anordnung D bei Überstrom auf Zustand in seinen erregten oder instabilen Zustand zu Null zurückgeführt, wobei der Schalter die Zerkippen, wobei er an seinem Ausgang 61 eine negative störung der sehr teuren Transistoren durch Über-Spannungsstufe 62 (Welle b der F i g. 4) liefert, die 45 strom vermeidet.

verstärkt und deren Polarität in dem Transitors- Der Meßkopf B arbeitet wie folgt: Die Anord-

verstärker 63 gewechslet wird (der von einer Span- nung D versorgt die Spule 75, die die in dem Behälter 2 nungsquelle von ungefähr —35 Volt gespeist wird), befindliche Lösung mit der elektromagnetischen wobei die verstärkte Stufe 66 mit positiver Polarität Energie von 56 MHz bestrahlt und somit eine Elek-(Welle c der F i g. 4) über eine Diode 64 an die Basis 50 tronenresonanzlinie des Nitrosodisulfonats sättigt, eines Transistors NPN 65, der normalerweise blockiert Durch Kopplung zwischen den Elektronenspins des ist und die Rolle des elektronischen Unterbrechers gelösten Nitrosodisulfonats und den Kernspins (den spielt, weitergegeben wird. Der Transistor 65 empfängt Protonen) des Lösungsmittels werden diese Kernspins die positive Stufe 66 als Entblockungsimpuls. Die dynamisch polarisiert. In einer ersten Phase jedes Dauer 67 der Stufen 62 und 66 ist zwischen 0,050 und 55 Zyklus mit der Dauer 67 der Stufe oder des Impulses 66 0,500 ms, beispielsweise auf 0,125 ms, mittels eines (Kurve c in F i g. 4) wird der Transistor 65 entPotentiometers 68 regelbar. blockt und das Relais 5 erregt. Infolge dieser Erregung

Das in F i g. 3 dargestellte Schema sieht zum legt sich der Kontakt 6 auf den festen Kontakt 10. Speisen der verschiedenen Transistoren neben der Während dieser Phase wird die Spule 1 einerseits von Hauptspeisung mit —10 Volt durch die Strom- 60 der stabilisierten Quelle 14 über den entblockten quelle 14 eine Speisung 69 mit +2 Volt für die Transistor 65 gespeist und andererseits mit dem regel-Monovibratoren 3 und 4 und die Speisung 161 mit baren Dämpfungswiderstand 11 verbunden. Da er —35 Volt vor. mit einer konstanten Spannung gespeist wird und die

Die Spannungsstufen 46 und 66, die von den Mono- Schwingungen durch den Dämpfungswiderstand 11 vibratoren 3 und 4 ausgesandt werden, dienen zum 65 unterdrückt werden, empfängt die Spule 1 einen Steuern der Umschaltung der Spule mit niedriger Spannungsimpuls 78a (Schwingung/ der F i g. 4) und Frequenz (Larmor-Frequenz), die in dem Meßkopf B wird von einem Stromimpuls 79 a (Schwingung i der enthalten ist. Dieser Kopf besteht in der Hauptsache F i g. 4) durchflossen. Der Stromimpuls steigt im

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wesentlichen linear an, weil der Strom sich in dem empfängt, in dem Schwingungskreis 9 erzeugt

Kreis 12 nach einer Exponetialfunktion mit einer werden; Zeitkonstanten in der Größenordnung von 3,7 mm

während 0,125 ms einstellt, von wo ab sie quasi einem Selektivverstärker 96, in dem der abgelinear ansteigt. Die Spule 1 erzeugt in dem Behälter 2 5 stimmte Kreis 18 angeordnet ist, der den Fre-

ein in einer Richtung verlaufendes Hilfsfeld, das wäh- quenzbereich dieses Verstärkers bestimmt, wobei

rend einer Dauer von 0,125 ms beispielsweise zwischen der abgestimmte Kreis als Belastung des Kollek-

0 und 0,5 Gauß im wesentlichen linear ansteigt. Die tors eines Transistors angeordnet ist; das induk-

Anordnung des Hilfsfeldes und des zu messenden tive Element 20 des abgestimmten Kreises oder

magnetischen Feldes (beispielsweise des Erdfeldes) ω des Resonanzkreises 18 besteht aus einem Ferrit-

. richtet die magnetischen Momente der flüssigen Probe, topf, wobei eine Kompensation der Temperatur-

die in dem Behälter 2 ist, längs einer Achse aus, die ableitung des induktiven Elementes 20 mittels

senkrecht zur Richtung des zu messenden Magnetfeldes · einer fortlaufenden Polarisation des Ferrits durch

verläuft, in dem der Behälter 2 angeordnet ist (tatsäch- eine Einheit 21 erfolgt; die Anordnung, die die

Hch liegen Bedingungen mit schnellem Durchgang 15 Abstimmfrequenz stabilisiert, erlaubt auch eine

vor). . Feinregelung dieser Frequenz mittels eines Poten-

Während des Abschaltens des magnetischen Hilfs- tiometers; feldes am Ende des Impulses 66, wenn der Transistor

65 in den blockierten Zustand zurückkehrt, tritt eine einem Spannungsverstärker, der eine Spannung

sehr kurze Störperiode auf (Abschaltungs-Spannungs- ao von 20 Volt, Scheitel an Scheitel mit dem Beginn

spitze 8Oa und Stromschwingung 81). Da der Dämp- des Präzessionssignals liefert, wobei das Signal,

fungswiderstand 11 noch mit der Spule 1 verbunden wie sich aus k der F i g. 4 ergibt, gedämpft

ist, werden in dem Kreis keine Schwingungen erzeugt. wird. Nach Ende der Störung, die der Stufe 55 folgt, legt

sich der Schalter 6 wieder auf den Kontakt 7. Inas Der Verstärker £ arbeitet wie folgt: In einer ersten F i g. 4 wurden mit g die Stellungen des Schalters 6 Phase eines jeden Meßzyklus, d. h. während des Aufdargestellt, nämlich durch den oberen Abschnitt 82, baus des magnetischen Hilfsfeldes, befindet sich der wenn der Schalter 6 sich auf dem Kontakt 7 befindet, Schalter 6 auf dem Kontakt 10, und der Verstärker E und durch den unteren Abschnitt 83, wenn sich der wird infolgedessen nicht gespeist. Wenn der Schalter 6 Schalter auf dem Kontakt 10 befindet. In diesem 30 sich am Ende dieser ersten Phase gegen den Kontakt 7 Augenblick wird die Spule 1 mit dem veränderlichen legt (Abschnitt82 von g in Fig. 4), wird der VerKondensator 8 verbunden^ der (vgl. F i g. 3) aus einem stärker E mit Schwingungen 99 mit der Larmor-Kasten mit parallelgeschalteten Kondensatoren be- Frequenz gespeist, die in dem Kreis 9 durch die steht, durch den in den Schwingungskreis 9 verschie- Präzession der magnetischen Kernmomente um die dene Kondensatoren mittels eines Umschalters 84 mit 35 Richtung des zu messenden Feldes erzeugt werden, grobem Regelbereich. eingeschaltet werden können. Im übrigen wird das Schließen des Relais 15 in bezug Mit diesem Schalter kann in den Kreis der Konden- auf das Auftreffen des Schalters 6 auf den Kontakt 7 sator 85 mit einer Kapazität von 3300 pF, die Kon- verzögert und der abgestimmte Kreis 18 des Selektivdensatoren 86 und 87 mit je 1500 pF (deren Reihen- Verstärkers 96 geöffnet; die Verstärkung desselben ist anordnung einem einzigen Kondensator mit 750 pF 40 sehr schwach. Auf diese Weise wird die Verstärkung entspricht) und/oder den Kondensator 88 mit 1500 pF des Verstärkers E während der Umschaltperiode vereingeschaltet werden, während mittels eines Schalters ringert und verstärkt daher die Fremdimpulse, die 89 mit feinem Regelbereich der Kondensator 90 mit beim Umschalten auftreten, nicht nennenswert. Wenn 47 pF, der Kondensator 91 mit 100 pF, der Konden- das Relais 15 erneut im Augenblick 98 geschlossen sator 92 mit 220 pF und/oder der Kondensator 93 mit 45 wird (Kurve h der F i g. 4), erhält der Verstärker E 430 pF eingeschaltet werden können. seine normale Verstärkung infolge des Schließens des Während des Abschaltens des magnetischen Hilfs- abgestimmten Kreises 18 und liefert sinusförmige feldes (wenn die Spule 1 nicht mehr durch den Transi- Schwingungen 99 mit der Larmor-Frequenz (2000 Hz stör 65 gespeist wird) führen die magnetischen Kern- im Falle der Präzession von Protonen im magnetischen momente eine freie Präzessionsbewegung um das zu 5<> Erdfeld); diese Schwingungen werden langsam kleiner messende magnetische Feld mit einer Frequenz aus, oder gedämpft (Kurvek der Fig. 4). die gleich der Larmor-Frequenz der magnetischen Die gedämpften Schwingungen verlassen bei 100 Momente in diesem Feld ist (diese Frequenz liegt in den Verstärker E, um den Frequenzmesser F zu der Größenordnung von 2000 Hz für im magnetischen erreichen, der dazu dient, die Frequenz oder die Erdfeld angeordnete Protonen), wobei die Umschalter 55 Periode 9 der Schwingungen 99 zu messen. Aus diesem 84 und 89 bewirken, daß die Frequenz des Schwin- Grunde empfängt der Frequenzmesser gleichzeitig von gungskreises 9 auf die Larmor-Frequenz geregelt dem Monovibrator 3 einerseits bei 101 die Stufen 55 wird; dadurch erhält man das Signal mit maximaler der positiven Spannung und andererseits bei 102 die Genauigkeit, das durch den Leiter 94 an den Ver- negativen Impulse 56.

stärker E geliefert wird. 60 Der Frequenzmesser F besteht aus einer Anordnung G, die negative Spannungssignale von einer

Der Verstärker E (vgl. Fig. 1) besteht aus Dauer erzeugt, die einer bestimmten Zahl, vorzugsweise einer regelbaren Zahl von Larmor-Perioden

einem Vorverstärker 95 mit niedrigem Pegel, der entspricht, d. h. von Perioden von Schwingungen 99,

beispielsweise mit einer Speisespannung von 65 die bei 100 in dem Frequenzmesser F ankommen,

1,35 Volt arbeitet, die von einem elektrischen wobei ein Oszillator H Schwingungen mit stabiler,

Element geliefert, und der an seiner Eingangs- gegebenenfalls regelbarer Periode erzeugt, und einer

stufe die Schwingungen mit Larmor-Frequenz Zählstufe C, die die Schwingungen zählt, die durch

11 12

den Oszillator H während der Dauer eines Signals der Fig. 4), die von dem zweiten bistabilen Kreis 109

Anordnung G erzeugt worden sind. Man führt so die an seinem Ausgang 112 ausgesandt wird, sowie

Bestimmung der Frequenz der Schwingungen 99 auf Einrichtungen zur Rückstellung auf Null, die

die Messung einer Periode zurück, indem man die am Ende eines jeden Meßzyklus den Teiler 122

Dauer (als Zahl der Schwingungen, die durch den 5 (dies ist unerläßlich, weil der Teiler am Ende Oszillator H erzeugt werden) einer bestimmten Anzahl einer Zählung der Larmorperioden sich nicht in

von Perioden der Schwingungen 99 bestimmt, deren der Stellung befindet, die man für eine neue

Frequenz man messen will. Zählung benötigt) und gegebenenfalls die bestabi-

Genauer gesagt benutzt man zur Messung der len Kreise 105 und 109, und zwar einfach durch

Dauer der Larmorperiode der Schwingungen 99 io Sicherheitsmessung, weil diese bistabilen Kreise gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung: normalerweise wenigstens so eingestellt sind, daß

ein Fremdimpuls kein unerwünschtes Kippen

eine Ableitungseinheit 121, die mit dem Ausgang hervorruft. Diese Einrichtungen zur Rückstellung

100 des Verstärkers E verbunden ist, um Recht- auf Null bestehen aus Leitern 176, 177 und 178

ecksignale mit der gleichen Periode abzuleiten, 15 (die beiden letztgenannten sind mit punktierten wobei Schwingungen 99 mit der Larmor-Frequenz Linien dargestellt, weil sie normalerweise nicht

in dem Schwingungskreis 9 durch die durch, die benutzt werden, da die Nullpunkteinstellung der

Spule 1 abgenommene Spannung erzeugt und in bistabilen Kreise 105 und 109 eine Sicherheits-

dem Verstärker E verstärkt werden; einstellung ist), die den Teiler 122, den ersten

20 Eingang 106 des bistabilen Kreises 105 und den

einen Teiler 122, der die Frequenz der Rechteck- Eingang 110 des bistabilen Kreises 109 steuern

signale durch eine bestimmte ganze Zahl teilt und (dabei sind die Impulse der Sicherheitseinstellung

vorzugsweise mittels eines Schalters 103 derart für die bistabilen Kreise 105 und 109 negativ,

regelbar ist, daß man mehrere Genauigkeits- während die Impulse der normalen Steuerung

bereiche erhält (die Genauigkeit und die Dauer 25 dieser bistabilen Kreise positiv sind; die Impulse des Meßzyklus wachsen mit dem Wert dieser für die Nullpunkteinstellung steuern die Eingänge

ganzen Zahl); 106 und 110 hinter den Dioden des Eingangs der

bistabilen Kreise).

einen Torkreis 104, der zwischen der Ableitungseinheit 121 und dem Teiler 122 so angeordnet ist, 30 ,In F i g. 4 ist mit 116 (Kurve ri) die Dauer der daß er die Speisung des Teilers 122 durch die Öffnung des Torkreises 104 dargestellt, der über das Ableitungseinheit 121 nur zuläßt, wenn der Tor- Ende der Stufe 108 gesteuert und durch den Anstieg kreis 104 gespeist wird; des zweiten Zählimpulses 117, der von dem Teiler 122

ausgesandt wird und durch die Kurve/? der Ausgangseinen ersten bistabilen Kreis 105 (bistabiler Multi- 35 spannung des Teilers 122 unterbrochen wird, der vibrator) zum Speisen des Torkreises nach vorteilhafterweise aus einer Reihe von Dekaden besteht, Empfang eines Verzögerungssignals an seinem wobei der erste Anstieg der Ausgangsspannung mit 118 ersten Eingang 106, das durch eine Verzögerungs- bezeichnet ist.

einheit 107 in bezug auf den Augenblick der Bei einer bevorzugten Ausführungsform liefert der

Verbindung der Spule 1 mit dem Verstärker E 40 Oszillator H Schwingungen mit einer Frequenz von verzögert ist, wobei die Verzögerungseinheit aus 1 MHz und einer wirksamen Spannung von 2 Volt, einem Monovibrator besteht, der durch die Rück- wodurch es möglich ist, die Dauer des Signals 115 front der positiven Spannungsstufe 55 ausgelöst in Mikrosekunden anzuzeigen,
wird (diese Rückfront wird als negativer Impuls Der Ableitungskreis 121 ist ein üblicher Kreis, der die

durch den Eingangskondensator des Mono- 45 Pseudosinuskurve k (gedämpfte Sinuskurve), die den vibrators, der die Verzögerungseinheit bildet, Verstärker ii verläßt, in Rechtecksignale mit der abgeleitet), um eine negative Spannungsstufe 108 Larmor-Frequenz umformt.

zu speisen, die auf der Kurve m der F i g. 4 Mit dem Schalter 103 ist es möglich, für den

gezeigt ist und die an den Eingang 106 angelegt ist; Teiler 122 den Bereich der gewünschten Empfindlicheinen zweiten bistabilen Kreis 109 (bistabiler 5° keit auszuwählen, beispielsweise in dem man mit dem Multivibrator), dessen beide Eingänge 110 und 111 Teiler 122 die Frequenz der Rechtecksignale durch 300, über den Ausgang des Teilers 122 gesteuert 500, 1000, 2000 oder 4000 teilt,
werden und dessen Ausgang 112, der während des Der Torkreis 104 ist so aufgebaut, daß er die

Kippens dieses bistabilen Kreises 109 gespeist Rechtecksignale der Ableitungseinheit 121 zum Teiler wird, das über den zweiten Impuls des Ausgangs 55 122 nur durchläßt, wenn er von dem Ausgang 114 des des Teilers 122 hervorgerufen wird, der noch zu bistabilen Kreises 115 gespeist wird.
Beginn eines Zyklus auftritt, den zweiten Eingang Der Teiler 122 ist ein Frequenzteiler klassischer 113 des ersten bistabilen Kreises 105 derart Bauart, der nur einen Impuls aussendet, wenn er eine steuert, daß die Speisung des Torkreises 104 über bestimmte Anzahl von Rechtecksignalen empfangen seinen Ausgang 114 blockiert wird; 60 hat (beispielsweise, wie oben erwähnt, 300, 500, 1000,

2000 oder 4000 Rechtecksignale); aus diesem Grunde

einen sehr stabilen Hochfrequenzoszillator H, der besteht der Teiler 122 aus zwei bistabilen Kreisen zur genau, beispielsweise bei 1 MHz mit einer Division durch zwei und aus drei Dekaden mit je vier Genauigkeit von 2 · 10~⁷, abgestimmt ist; bistabilen Kreisen, die derart in Kaskadenschaltung

65 angeordnet sind, daß der Teiler die eingehenden

eine Zählstufe C zum Zählen der Schwingungen Signale, die von dem Umschalter 103 ausgewählt des Oszillators H mit hoher Frequenz während werden, durch 4000 teilen kann, wobei wie folgt der Dauer der Spannungsstufe 115 (Kurven der gezählt wird:

13	Stellung des Umschalters 103	Ausgewählter Eingangskreis des Teilers 122	Zahl der gemessenen Perioden
Gl	erster bistabiler Kreis	4000
	zur Teilung durch 2
Gl	zweiter bistabiler Kreis	2000
	zur Teilung durch 2
G3	erster bistabiler Kreis	1000
	der ersten Dekade
GA	zweiter bistabiler Kreis	500
	der ersten Dekade
GS	dritter bistabiler Kreis	300
	der ersten Dekade
GO	Stillstand

Infolgedessen sendet der Teiler 122 einen ersten Impuls zu Beginn jeder Zählperiode und einen zweiten Impuls, der auch letzter Impuls genannt wird, am Ende der ausgewählten Zahl von Perioden (300 bis 4000).

Der Monovibrator 107 zur Verzögerung der Zählung bewirkt, daß die ersten Halbwellen des Signals k, die keine korrekte Form aufweisen, eliminiert werden (vorteilhafterweise besteht der Monovibrator 107 aus einem Potentiometer, mit dem die Dauer der Verzögerung, beispielsweise von 10 bis 110 ms, geregelt werden kann).

Die bistabilen Kreise 105 und 109 sind bistabile Multivibratoren klassischer Bauart. Der erste dient zum Steuern des Torkreises 104, der zweite zum Aussenden der Spannungsstufe 115 mit einer Dauer von 300, 500, 1000, 2000 oder 4000 Larmor-Perioden. Jeder hat zwei Eingänge; der erste, 106, 110, dient dazu, den Übergang vom Anfangs- oder Ruhezustand in den erregten Zustand zu steuern (bei diesen Zuständen handelt es sich um stabile Zustände), in dem sie verharren bis zur Abgabe eines Impulses auf den zweiten Eingang 113,111, der sie in den Ruhezustand zurückführt, wobei die Rückkehr in den Ruhezustand auch durch Anlegen eines Impulses der Nulleinstellung erfolgen kann, der im allgemeinen wirkungslos ist, weil der Impuls der Nulleinstellung, der über die Leiter 117 und 118 ankommt, ein Sicherheitsimpuls ist, und zwar deswegen, weil die bistabilen Kreise 105 und 109 sich schon normalerweise in ihrer Ruhestellung befinden, sofern nicht Fremdimpulse aufgetreten sind. Während seines Übergangs in den erregten Zustand entblockt der bistabile Kreis 105 den Torkreis 104, während der Monovibrator 109 die Spannungsstufe 115 mit einer Dauer aussendet, die der vorbestimmten Anzahl der Larmor-Perioden entspricht, die durch den Umschalter 103 ausgewählt wurde.

Die Zählstufe C zählt die Anzahl der Schwingungen H mit der Periode 1 MHz, die während der Dauer der Stufe 115, d.h. während 300, 500, 1000, 2000 oder 4000 Larmor-Perioden ausgesandt wird; die Stufe C besteht vorzugsweise aus einer transistorisierten Zählanordnung mit der Bezeichnung »ECT11«, die von der Firma »Constructions Radio-electriques et ilectroniques du CENTRE« hergestellt wird. Diese Stufe wird, um ihre Totzeit zu reduzieren, damit man die Schwingungen mit 1 MHz zählen kann, verändert und bezüglich seiner Eingangskreise, die einen für Schwingungen von 1 MHz geeigneten Kreis enthalten, veränderlich.

Die Änderungen, die an der Zählstufe ECT11 vorgenommen werden, damit diese unter angemessenen Bedingungen Schwingungen von 1 MHz zählen kann, sind folgende:

Der Schalter, an dem der Eingangskreis mit der Bezeichnung E10 A sitzt, wird durch einen Schalter, der einen Trigger oder einen Schmidtschen Kipper für Schwingungen von 1 MHz hat, ersetzt, auf den ein Transistor folgt, der am Emitterfolger angeschlossen ist.

Die Leitung zur Verzögerung der Totzeit um 0,85 ms, die am Schalter angeschlossen ist und die die

ίο Bezeichnung ElOB hat, wird getrennt, wobei sich der Eingang zum Schalter unmittelbar vor dem Torkreis befindet, der den Durchgang der von dem Trigger kommenden Impulse kontrolliert. Die Steuerkondensatoren der beiden ersten Dekaden der Zählstufe werden ausgewechselt, um den Veränderungen der Steuersignale dieser Dekaden Rechnung zu tragen.

Die Zählstufe C bestimmt nun die Dauer einer bestimmten Anzahl von Larmor-Perioden in Mikrosekunden. Wenn man den Schalter 103 in die Lage

ao bringt, in der das Signal 115 1000 Larmor-Perioden dauert, bestimmt die Stufe C die Larmor-Periode der Kernpräzession in Nanosekunden. Bei Kenntnis der Larmor-Periode ist es ein leichtes, die Intensität des Magnetfeldes zu bestimmen, die umgekehrt proportio-

«5 nal dieser Dauer ist, wobei der Proportionalitätskoeffizient der Umkehrung mit sehr großer Genauigkeit bekannt ist.

Unter Bezugnahme auf die F i g. 2 und 5 werden im folgenden die Einrichtungen zur Anzeige, zum Druck und zum Registrieren der Werte der Larmor-Periode der Kernpräzession beschrieben, die in der Zählstufe C bestimmt werden.

Zum numerischen Drucken der Meßresultate sieht die Erfindung eine Einrichtung vor, die in Verbindung mit der Zählstufe C benutzt wird. Diese besteht aus einem Anzeigemonovibrator 123, der in der Zählstufe C die Anzahl der Schwingungen mit hoher Frequenz (die von dem Oszillator if kommen) anzeigt, die in der Zählstufe C am Ende jeder Anzahl von Larmor-Perioden (300 bis 4000) gezählt werden, einem Druckmonovibrator 124, der am Ende der Anzeige betätigt wird, die durch das Endsignal der Anzeige 135 der Zählstufe C gesteuert wird und die vorzugsweise über einen nicht dargestellten Verstärker eine numerische Druckmaschine 125 betätigt, einem Löschmonovibrator 126, der eine bestimmte Zeit (beispielsweise in der Größenordnung einer Sekunde) nach dem Ende der Anzeige deren Löschung in der Zählstufe bewirkt, d. h. nach dem der Druck durch die Druckmaschine 125 erfolgt ist, sowie Einrichtungen 127, 128 (die aus einem Multivibrator 127 zur Nulleinstellung und einem System von Dioden 128 bestehen) zur Rückstellung der Druckmaschine 125 auf Null bei fehlerhafter Funktion.

Im einzelnen besteht die Zählstufe C aus einer Anzeigeeinrichtung, beispielsweise in Form von Dezimalen, die die Dauer des Signals 115 in Mikrosekunden anzeigt [diese ist durch die Kurveq in Fig. 5 (I) dargestellt, auf der man die Form der Wellen wiedergegeben hat, die benutzt werden, um den Druck zu verwirklichen], wobei das Signal 115 an der Zählstufe C vom Ausgang 112 des bistabilen Kreises 109 ankommt.
Der Anzeigemonovibrator 123 ruft die Anzeige in der Zählstufe C nach dem Ende des Signals 115 hervor. Es wird geliefert durch den Ausgang 129 der Zählstufe C und speist in den Anzeigeeingang 130, wobei ein Unterbrecher 131 gestattet, die Anzeige

15 16

einzuhalten. In F i g. 5 (I) ist durch die Kurve r der zur Kerninduktion gleichzeitig Registriereinrichtungen Abschalteausgang 129 der Zählstufe C dargestellt, der und Druckeinrichtungen enthält und wenn der Unterleicht verzögert ist in bezug auf das Ende des Vorzähl- brecher oder Schalter 131 in der in F i g. 2 durch signals 115 und der den" Anzeigemonovibrator im gestrichelte Linien wiedergegebenen Stellung ist) da& Augenblick 132betätigt.DerAnzeigemonovibrator 123 5 Signal des Abschaltausgangs (Kurver der Fig. 5), sendet eine Spannungsstufe 133 aus (vom Augenblick das von dem Abschalteausgang 129 der Zählstufe C 132 bis zu seiner Rückkehr in den stabilen Zustand kommt. Das Abschaltsignal, das leicht verzögert ist am Ende einer vorbestimmten Dauer); die Stufe 133 in bezug auf das Ende des Vorwählsignals 115, ruft ist durch die Kurves der Fig. 5(I) dargestellt. Die somit die Emission einer Spannungsstufe 151 durch Stufe 133 bestimmt den Beginn der Anzeige bei 134, io den Monovibrator 157 hervor, die in der Kurve y deren Ende bei 135 liegt und die eine Dauer 136 der F i g. 5 (II) dargestellt ist. Diese Stufe 151 steuert (Kurve t der Fig. 5) hat. . das Speichern der Anzeigewerte durch die Speicher-

Das Endsignal der Anzeige, das bei 136 austritt, dekaden oder Dezimalspeicher 145 und 146 in zwei schaltet den Druckmonovibrator 124 und den Lösch- aufeinanderfolgenden Dezimaldekaden (die aus den monovibrator 126 aus. Der Druckmonovibrator 124 15 letzten vier Dekaden ausgewählt werden) der Zählemittiert die Spannungsstufe 137 (Kurve ν der Fi g. 5), stufe C, ohne dadurch die Werte zu verändern, die in die in dem nicht dargestellten Verstärker verstärkt der Zählstufe angezeigt werden. Wenn kein Druck wird, der die notwendige Leistung an die Druck- stattgefunden hat (wenn die Druckeinrichtung nicht maschine 125 liefert. Der Löschmonovibrator 126 arbeitet oder der Umschalter 131 sich in der mit unterwird zur gleichen Zeit betätigt wie der Monovibrator ao brochenen Linien in F i g. 2 dargestellten Stellung be- 124 und sendet die Druckstufe 138 aus, deren Dauer findet), steuert die Stufe 151 gleichfalls das Auslösen 139 der Zeit der Wiedergabe der Anzeige entspricht. des Monovibrators 148 der Nulleinstellung, die die Am Ende der Stufe 138 kehrt im Augenblick 140 der Spannungsstufe 152 aussendet, die durch die Kurve ζ Löschmonovibrator 126 in seinen stabilen Zustand der F i g. 5 (II) wiedergegeben ist, die an dem Einzurück und steuert über den Löscheingang 141 der 35 gang 153 der Nulleinstellung der Zählstufe C an-Zählstufe die Löschung der Anzeige, die dort ver- kommt. Aufgabe des Monovibrators 148 der NuIlwirklicht worden ist. Die Dauer der Löschung ist in einstellung ist es, die Dekaden der Zählstufe C auf F i g. 5 (I) durch das Intervall 142 dargestellt, wobei Null zurückzustellen, wenn ein mechanischer Druck das Ende der Löschung an dem Ausgang »Löschungs- des Meßergebnisses nicht erfolgt ist. Im übrigen ist in ende« 143 der Zählstufe C erscheint. Das Endsignal 30 diesem Fall die Anzeigedauer viel kürzer, als wenn der Löschung löst den Multivibrator 127 aus, der man einen Druck vorsieht, der eine bestimmte Zeit Rechteckimpulsel44aussendet[Kurve^inFig. 5(1)]. erfordert, beispielsweise wenn man einen Druck be-Dieser Multivibrator 127 arbeitet mit dem Dioden- nutzt, liegt die Wiederholungsperiode der Messungen kreis 128 zusammen, der die verschiedenen Verbin- in der Größenordnung von 5 Sekunden, um zu düngen zwischen den Wicklungen der mechanischen 35 drucken, wenn man dagegen nur registnert, kann man Dekaden der Anzeigeeinrichtung (deren Ausgang mit Messungen mit einer Wiederholungsperiode in der 120 bezeichnet ist) der Zählstufe C sowie die Wick- Größenordnung von 0,2 Sekunden ausführen, wenn lungen der Dezimal-Schreibrädchen der Druck- man die Einrichtungen zur Phasenverschiebung der maschine 125 und den Multivibrator 127 betätigt. Kernspins benutzt, wie sie in dem Patent 1 214 776 Für den Fall fehlerhafter Funktion der Druck- 40 beschrieben sind.

maschine stellt der Multivibrator 127 durch seine Die Speicherdekaden 145 und 146 bestehen vorteil-

Impulse 144 die Druckmaschine auf Null zurück, hafterweise, wie vorstehend erwähnt wurde, aus bidamit sie für eine erneute Funktion bereit ist. stabilen Kreisen, von denen jeder eine Tunneldiode

Neben oder an Stelle der Druckeinrichtungen kann und einen Transistor hat. Diese Dekaden empfangen die in den F i g. 1 und 3 dargestellte Vorrichtung 45 an ihren Eingängen 154 und 155 die bei 156 verfügmit Registriereinrichtungen ausgestattet sein. Diese baren Ausgänge von zwei Dekaden, die von der Zählkönnen nach einer weiteren Ausführungsform der stufe C ausgewählt werden, und an ihren Eingängen Erfindung aus einer Einrichtung zur Analogregistrie- 157 und 158 die Ableseordnung dieser Dekaden der rung der Meßergebnisse bestehen, die zusammen mit Zählstufe C, die aus der Stufe 151 besteht, die von der Zählstufe C benutzt wird und Speicherdekaden 50 dem Ablesemonovibrator 147 gespeist wird.
145, 146, die vorzugsweise aus bistabilen Kreisen mit Jede Datendekade besteht aus vier bistabilen

Tunneldiode und Transistor bestehen und einen Datenkreisen, die, wie sich aus F i g. 6 ergibt, in der Analogstrom liefern, der proportional der gespeicher- einer der Kreise dargestellt ist, aus einer Tunneldiode ten Zahl ist, sowie einen Ablesemonovibrator 147, 180 (mit 1 mA) und einem Transistor PNP181 (beider am Ende der Zahl der Larmor-Perioden (300 bis 55 spielsweise des Typs SFT 228) bestehen in Kombina-4000) betätigt wird und der die Übertragung des tion mit Widerständen 182, 183, 184, 185, 186 des Inhaltes der der Zählerstufe C entsprechenden Deka- Wertes 51, 4,7, 1,5 (Maximum), 1,0 und R Kiloohm, den auf die Speicherdekaden 145, 146 steuert, wobei Der Eingang 187 wird mit dem Ausgang eines bidieser Monovibrator 147 ferner, wenn die Meßergeb- stabilen Kreises einer Dekade der Zählstufe C vernisse nicht gedruckt werden, mittels geeigneter Ein- 60 bunden; der Eingang 188 empfängt das Ablesesignal richtungen, vorzugsweise einem Monovibrator 148, 189 (das von der Ableitung eines Impulses 151 herdie Rückstellung der Zählstufe C auf Null steuert, rührt); die Speisespannung (5,75 Volt) wird bei 190 sowie aus einer galvanometrischen Registriereinrich- angelegt, und das Ausgangssignal ist bei 191 verfügbar. tungl49 besteht, die vorzugsweise über einen Ver- Die Eingangscharakteristik des bistabilen Datenstärker 150 durch den Analogstrom gespeist wird, der 65 kreises ist in F i g. 7 dargestellt, in der die Spannunvon den Speicherdekaden 145,146 geliefert wird. gen in Abszissen und die Intensitäten als Ordinaten

Der Ablesemonovibrator 147 empfängt wie der aufgetragen sind. Die stabilen Punkte der Funktion Anzeigemonovibrator 123 (wenn das Magnetometer sind Ml, M2, M3, MA.

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Man sieht, daß die Verbindung des bistabilen Datenkreises mit dem bistabilen Kreis, der der Zählstufe C entspricht, durch den Widerstand 182 an der Basis des Transistors 181 erfolgt.

Wenn der bistabile Kreis, der der Zählstufe C entspricht, im Zustand Null ist, beträgt die Spannung die an dem Eingangswiderstand 182 angelegt ist, ungefähr —8 Volt, während sie, wenn dagegen der bistabile Kreis im Zustand Eins ist, ungefähr 0 Volt ist.

Während der Zählung verläuft der Punkt der Funktion des bistabilen Datenkreises von Ml nach Ml und umgekehrt oder von M3 nach A/4 oder umgekehrt gemäß folgender Tabelle:

Zustand	Punkte der Funktion
»Null« »Eins«	A/2 oder M4 Ml oder M3

Die Datenaufzeichnung oder das Ablesen der Zählstufe erfolgt dadurch, daß der wesentliche positive Impuls 189 a den Punkt der Funktion des bistabilen Datenkreises auf den Ast Ml, Ml zunächst zurückführt; dann bewirkt der negative kalibrierte Impuls 1896, daß der Punkt der Funktion nach M4 läuft, wenn er sich bei Ml befand; im Gegensatz dazu bleibt er bei JIfI, wenn sich der Punkt bei AfI befand.

Bei den Zuständen Ml und Ml wird der Transistor 181 blockiert (nichtleitend), und der an dem Ausgangswiderstand 186 verfügbare Strom ist ,B-Vti mA, wenn

die bei 190 angelegte Spannung gleich 5,75 Volt und die Widerstände 185 und 186 einen Wert von 1 und R Kiloohm haben; im Gegensatz dazu ist der Transistor 181 bei den Zuständen M3 und Af 4 gesättigt (leitend), und der am Ausgangswiderstand 186 verfügbare Strom ist praktisch gleich Null, wobei der Transistor 181 einen vernachlässigbaren Widerstand zwischen dem Emitter und dem Kollektor hat, wodurch, letzterer praktisch auf 0 Volt geht.

Werte des bistabilen Kreises

10

40 ! 80

R+l in Kiloohm¹..,

400

200

Bei 191 ist somit Ström verfügbar, wenn der Zustand des bistabilen Kreises'.der Dekade Eins war, während kein Strom bei 191 verfügbar sein wird, wenn dieser Zustand Null war. "·

Wenn die Gewichte~der bistabilen Kreise der beiden aufeinanderfolgenden Dekaden 1, 2, 4, 8,10, 20, 40, 80 sind, haben die Werte R der Ausgangswiderscände 186 der aufeinanderfolgenden bistabilen Kreise abfallende Werte entsprechend der nachstehenden Tabelle, die diese Werte von R+l in Kiloohm in Abhängigkeit von den Werten der bistabilen Kreise wiedergibt.

(R+l ist umgekehrt proportional den Werten des bistabilen Kreises.)

Die oben gezeigten Werte entsprechen einem Strom

pro Einheit von

⁵:1⁵
"400

= 0,0144 mA und einem

maximalen Strom für 99 Einheiten von 0,0144 · 99 = 1,422 mA. Dieser Strom wird an einer schwachen Impedanz gesammelt, um eine vernachlässigbare Spannung an den Klemmen derselben auftreten zu lassen. Man benutzt zu diesem Zweck einen Verstärker 150 (F i g. 2), der 2 mA bei 6,5 Volt bei einem maximalen Eingang von 1,422 mA liefert.

Man sieht, daß die Speicherdekaden 145 und 146 an ihrem Ausgang 159 einen Analogstrom liefern, der proportional der gespeicherten Zeit ist, d. h. der Zahl, die durch die beiden aufeinanderfolgenden Dekaden, die von der Zählstufe C ausgewählt wird, angezeigt wird. Dieser Strom in der Größenordnung von 14 Mikroampere pro angezeigter Einheit wird bei sehr schwacher Spannung in dem Verstärker 150 verstärkt, der eine Spannung von 6,5 Volt mit einer Leistung von 2 mA für die maximale Zahl von 99 Einheiten liefert.

Schließlich besteht die Registriereinrichtung 149 vorzugsweise aus einem galvanometrischen Reg strierer bekannter Bauart, der von der Firma »Company des Compteurs« geliefert wird.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung wird entweder aus dem Netz gespeist, wobei man einen Schieber vorsieht, der alle Netzanschlüsse ent-100

50

40

10

hält, oder mittels Batterien; in F i g. 3 ist im einzelnen eine Stromquelle mit —10 Volt in der Einheit 14, die eine Sicherung 160 enthält, eine Stromquelle mit +6 Volt in der Einheit 69 und eine Quelle 161 mit -35'Volt dargestellt.

Die Vorrichtung kann vorteilhafterweise aus einem nicht dargestellten Schwingungsgenerator mit einer Frequenz in der Nähe der des Kernpräzessionssignals bestehen (beispielsweise ein Generator mit Schwingungen von 2000 Hz), mit der man fast alle Kreise prüfen kann, z. B. wenn man die Funktion der Einrichtung überprüfen will und wenn die genaue Präzession der Atomkerne nicht möglich ist (wenn metallische Teile in der Nähe sind oder magnetische Störfelder durch das Netz induziert werden).

Mit der beschriebenen Einrichtung erhält man ohne Schwierigkeiten die Anzeige der Dauer einer Larmor-Periode in Nanosekunden mit einer Präzision in der Größenordnung der Nanosekunde, d. h. von 2 · 10~^e.

Als Substanzen, die den Overhauer -Abragam-

Effekt aufweisen, können außer dem bereits erwähnten Kalium-nitrosodisulfonat, das in wäßriger Lösung oder in Pyridin oder Formamit gelöst werden kann, diejenigen Substanzen benutzt werden, die beispielsweise in dem belgischen Patent 566 137 oder dem USA.-Patent 3 049 661 oder in dem luxemburgischen Patent 45 067 aufgeführt sind.

Ganz gleich, welche Ausführungsform der Erfindung man benutzt, erhält man stets eine Einrichtung zur Messung schwacher Magnetfelder durch Kerninduktion, deren Arbeitsweise gegenüber den bekannten Einrichtungen die folgenden Vorteile aufweist:

Zunächst können Messungen schwacher Magnetfelder, insbesondere des magnetischen Erdfeldes, mit sehr großer Genauigkeit durchgeführt werden; ferner ist es möglich, im Dezimalsystem die Dauer einer bestimmten Anzahl, vorzugsweise veränderlicher Larmor-Perioden, der Kernpräzession in den zu messenden magnetischen Feldern anzuzeigen, zu registrieren und/oder zu drucken.

Die Einrichtung gemäß vorliegender Erfindung eignet sich für sehr schnell aufeinanderfolgende Messungen, beispielsweise mit einer Wiederholungsperiode von 0,2 Sekunden, wenn man die Ergebnisse nicht druckt.

Die Vorrichtung kann vollständig transistorisiert werden, ihr Platzbedarf und ihr Verbrauch sind gering.

Die Messungen werden vollautomatisch durchgeführt.

Claims

Patentansprüche: IO

1. Vorrichtung zur Messung schwacher Magnetfelder durch Kerninduktion, bei der eine paramagnetische Substanz benutzt wird, bei der der Overhauser-Abragam-Effekt auftritt, wenn man eine ihrer Elektronenresonanzlinien sättigt, und die in einer Probe mit Atomkernen mit einem von Null verschiedenen kinetischen und magnetischen Moment gelöst ist und bei der wenigstens eine Niederfrequenzspule zur Erzeugung eines magnetischen Hilfsfeldes bei jedem Meßvorgang in der Probe in einer ersten Periode mit einer Intensität, die wenig oberhalb der des zu messenden Feldes liegt, und eine Hochfrequenzspule benutzt wird zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes in der Probe, das in der Lage ist, eine Elektronenresonanzlinie zu sättigen, um in einer zweiten Periode die freie Präzession der Atomkerne um das zu messende magnetische Feld mit einer Frequenz sicherzustellen, die proportional der Intensität des zu messenden magnetischen Feldes ist, wobei die Präzession eine elektromotorische Kraft mit der gleichen Frequenz in der Niederfrequenzspule erzeugt, nach Zusatzpatent 1 214 776 (Zusatz zu Patent 1152188), dadurch gekennzeichnet, daß zum Umschalten und Speisen der die Probe umgebenden Niederfrequenzspule mit einem Gleichstrom in an sich bekannter Weise zwei Monovibratoren (3, 4) benutzt werden, von denen der erste (3) das Kippen eines Hauptrelais (5), wenn er zu Beginn eines jeden Meßzyklus angelegt wird, aus seiner Ruhelage, in der er die Spule (1) mit einem regelbaren Kondensator (8), der in Reihe geschaltet ist und einen ersten Kreis (9) bildet, der mit der Larmor-Frequenz der Atomkerne in Präzession um das zu messende magnetische Feld schwingt, und mit einem Verstärker (E) verbindet, der einen Frequenzmesser (F) speist, in seine Arbeitsstellung steuert, in der er die Spule (1) mit einem Dämpfungswiderstand (11) verbindet, dessen Wert die kritische Dämpfung der Schwingungen sicherstellt, die in einem zweiten Schwingungskreis (12) erzeugt werden können, der durch die Induktivität der Spule (1) und die Fremdkapazitäten der Spule (1) und des Verbindungskabels (13) gebildet wird, und von denen der zweite Monovibrator (4), der später an den ersten (3) bei jedem Meßzyklus angelegt wird, die Verbindung der Spule (1) an eine Quelle (14) des in einer Richtung verlaufenden Stromes steuert, wobei die Anlegedauern der beiden Monovibratoren (3, 4) in ihrem instabilen oder erregten Zustand in der Weise geregelt werden, daß der zweite Monovibrator (4) in seinen stabilen Anfangs- oder Ruhezustand, vorzugsweise am Ende einer Dauer in der Größenordnung der Larmor-Periode oder eines Bruchteiles dieser Periode zurückkehrt, bevor der erste Monovibrator (3) in seinen stabilen Anfangsoder Ruhezustand zurückkehrt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Hilfsrelais (15) enthält, das durch Anlegen des ersten Monivibrators (3) eingeschaltet wird und in seine Ruhestellung mit einer leichten Verzögerung in bezug auf die Rückkehr des Hauptrelais in seine Ruhelage zurückkehrt, wobei dieses Hilfsrelais, wenn es sich in der Arbeitsstellung befindet, einen Schwingungskreis oder einen abgestimmten Kreis (18) des auf die Larmor-Frequenz zentrierten Frequenzbandes öffnet, der in dem Verstärker (E) vorgesehen ist, wodurch die Verstärkung desselben in der Nähe dieser Frequenz verringert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen astabilen Multivibrator (22) mit unsymmetrischem Zyklus, der den ersten Monovibrator (3) bei jedem Kippen von seinem ersten astabilen Zustand in seinen zweiten astabilen Zustand und den zweiten Monovibrator (4) bei jedem Kippen von seinem zweiten astabilen Zustand in seinen ersten astabilen Zustand auslöst.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen