Overhauser磁力仪探头激发频率测试仪研制

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Overhauser磁力仪探头激发频率测试仪研制

2 a$ v+ Z  Z, Z摘要: Overhauser磁力仪探头中自由基溶液激发频率的精度直接决定探头输出拉莫尔旋进信号的质量.为准确获得激发频率,本文设计了一种Overhauser磁力仪探头激发频率测试仪.针对目前测试设备存在的分辨率软低、探作复杂等问题,采用高分辨率DDS作为可控射频信号源;运用ADC同步采集技术,结合归一化数据处理方法有效解决50MHz ~100MHz范围内幅频特性曲线不平坦的问题;采用射频功放、小信号放大作为辅助测量通道,实现仪器的标准、辅助测量一体化.通过对探头谐振腔的等效电路进行仿真,得到微调电容对探头谐振频率和品质因数的影响程度,并用商用探头进行测试,进一步验证仿真结果;同时得到自由基溶液的极化度与射频激发功率、激发时间的关系.最终实验结果表明,利用本文研制的Overhauser磁力仪探头激发频率测试仪,能够准确测量自由基溶液的激发频率、频率带宽以及品质因数,还可用于在磁力仪设计过程中对激发功率和激发时间的确定,为进一步设计Overhauser 磁力仪奠定了基础.
关键词:Overhauser磁力仪;动态核极化;自由基;拉莫尔旋进
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' q% p8 D; a" n. ^1引言
1 Z1 q) f) I7 ~2 {质子磁力仪是量子弱磁测量仪器家族中发展历史最为悠久的仪器,在空间探测﹑国防建设、地质和矿产资源调查、医学仪器等方面有着广泛的应用1·2.研究高精度、高灵敏度弱磁测量仪器有着广泛的应用空间和重要的应用意义[3.4].经过改进后的基于Overhauser效应的质子磁力仪,进一步降低了功耗,提高了精度和灵敏度[5~8].
: E# G) _- }. {; u' COverhauser磁力仪以自由基溶液作为质子系统,利用拉莫尔旋进效应测量磁场,通过溶液中未配对电子自旋共振从而极化质子达到双共振的效果,磁化强度增大,拉莫尔旋进信号幅度增强,信噪比较高”.国外在Overhauser磁力仪研究方面一直处于领先地位,目前俄罗斯乌拉尔技术学院量子实验室研制的POS系列、加拿大GEM公司的GSM-19系列已经商业化量产,精度可达0.1nT,被广泛用于军事、卫星、海洋、近地表和外太空等测磁领域[1~4].我国在Overhauser磁力仪方面还处于研究阶段,2007 ~2010年,中国地质大学(武汉)承担了“863”探索导向类项目动态极化高精度磁场传感器研究,对Overhauser磁力仪的传感器基础部分进行了系统的研究,并研制了样机,设计了一种Overhauser

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