质子旋进磁力仪利用富含质子氢的液体产生旋进信号。它使用的液体可以提供非常高的氢密度,并且在操作时没有危险。让极化直流电流通过绕在富含质子氢液体探头的线圈上,便会产生100高斯(Gauss)的辅助磁通密度。质子被极化至较强的净磁化强度,与较强的磁通密度达到热平衡。当辅助磁通终止时,被“极化“的质子即发生旋进而重新恢复为正常的磁通密度状态。质子的旋进频率f0与磁通密度B(单位为特斯拉—Teslas,T)有直接关系:
f0=(γp/2π)Bγp/2π=42.5763751MHz/T
对质子旋进的测量必须按序进行,即先有一个初始极化,接着进行频率测量,然后这个循环不断重复。这不同于在氢核被极化的同时进行旋进测量的连续测量法。
通俗的说:探头中的大量的氢原子这种磁畴比喻为无数的小磁针,小磁针在真空的外界环境下不受任何力,那么小磁针的排列应该是任意方向的。如果将小磁针放置在探头内并施加外加磁场(极化过程),小磁针会受到两个力的作用,一个是外加磁场的作用力,一个是地球磁场的作用力。由于外加磁场的力的作用的影响,小磁针会按照外加磁场的方向要求顺磁排列到一个方向上,之后取消外加磁场,由于地磁场作用力的影响,小磁针会从固定的顺磁方向变化到地磁场相应方向。同时质子围绕自身原子核作旋转运动(自旋),此时质子在地磁场力的作用下所表现出来的运动形式就象倾斜旋转的陀螺一般,称之为“拉莫尔旋进”。
拉莫尔旋进示意图
理论物理分析研究表明,氢质子旋进的角速度(角速度=2πf,该f为质子旋进频率)与测点处地磁场大小有关系,测点处地磁场越强,旋进就越快,反之越慢。通过电子设备的合理组合分配,测得f即可求出测点处的地磁场磁场强度值。
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