Brevet FR2147147A1 — publié le 19730309

La présente invention concerne un magnétomètre à résonance nucléaire et équilibrage automatique à la résonance, dans lequel un champ modulateur est superposé au champ magnétique à mesurer et le branchement de la régulation est précédé par une syntonisation de la fréquence de l'oscillateur HF (recherche) jusqu'à l'indication des signaux de résonance. La résonance nucléaire magnétique est utilisée dans de tels magnétometres pour ramener la mesure du champ magnétique à une mesure de fréquence. Le système de mesure est constitué par exemple par un échantillon contenant des protons, tel qu'eau ou glycérine. Les protons contenus dans le liquide effectuent dans un champ magnétique un mouvement de pré cession dont la fréquence est directement proportionnelle au champ magnétique. Pour déceler cette fréquence de précession, un champ magnétique alternatif de haute fréquence est produit dans une bobine entourant l'échantillon, perpendiculairement au champ à mesurer. La bobine fait partie d'un circuit oscillant. De l'énergie est prélevée dans le circuit HF (absorption) quand la fréquence du champ HF est égale à celle de précession (résonance nucléaire). Le prélèvement d'énergie réduit le facteur de surtension du circuit oscillant, dont l'amplitude diminue par suite.Afin de trouver facilement le point d'absorption, une bobine de modulation superpose un faible champ alternatif au champ magnétique à mesurer, de sorte que le signal d'absorption module la tension HF en amplitude. Un signal de résonance est obtenu lors du passage à la résonance par variation croissante ou décroissante. Les signaux de résonance nucléaire sont équidistants quand la fréquence de l'oscillateur HF et la fréquence de précession des noyaux cotncident. Cette équidistance est utilisée comme critère de l'équilibrage à la résonance. Le dépouillement s'effectue sur l'écran d'un tube cathodique. Les signaux de résonance servent également à la régulation automatique de la fréquence de l'oscillateur, à l'aide d'un redresseur sensible à la phase (équilibrage automatique à la résonance).Selon le sens d'écart du champ, le redresseur délivre une tension positive ou négative, qui attaque une varicap de l'oscillateur HF, dont la fréquence est ainsi asservie. La plage de captage de la boucle de régulation est déterminée par l'amplitude du champ modulateur superposé au champ magnétique, nettement supérieure à la largeur de raie du signal de résonance.Lorsque l'écart entre l'intensité du champ affichée sur le magnétomètre (fréquence de l'oscillateur) et l'intensité du champ de résonance (fréquence de précession) est supérieur à la plage de captage, il faut toutefois, avant le branchement de la régulation, faire varier manuellement la fréquence d'oscillateur jusqu'à ce que les signaux d'absorption apparaissent sur ltécran. Le branchement de la régulation ne s'effectue qu'ensuite (Zeitschrift finir Instrumentenkunde, 74, 1966, n" 1, pages 12-19). La mesure de champs magnétiques d'intensité très variable impose toujours d'abord une variation manuelle de la fréquence d'oscillateur jusqu'à l'apparition des signaux de résonance sur l'écran, puis le bran -chement également manuel de la boucle de régulation. L'invention a pour objet l'automatisation de ces opérations manuelles, de façon à permettre une mesure du champ magnétique beaucoup plus rapide qu'auparavant. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le branchement du magnétomètre entraîne la syntonisation de la fréquence d'oscillateur, la modulation duchamp magnétique étant coupée, jusqu'à l'apparition d'un signal de résonance, qui coupe automatiquement la syntonisation et branche la modulation du champ magnétique et la régulation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et du dessin annexé sur lequel la figure 1 représente le schéma de principe du magnétomètre selon l'invention et la figure 2 représente le diagramme des signaux du msvgnétometre. Une sonde 1 est prévue pour la mesure de l'abs Un générateur 10 délivre un courant IGEN pour l'alimentation de la bobine de modulation 9. Le générateur 10 délivre en outre une tension de commande UST à un redresseur sensible à la phase Il et une tension de balayage aux plaques horizontales du tube image 5. La tension de sortie Up du redresseur 11 sert à l'équilibrage automatique à la résonance. Le principe de la partie du magnétomètre précédemment décrite est connu. Un intégrateur 12 (de Miller par exemple) est prévu pour la recherche automatique; il est attaqué par un déclencheur de recherche 13, lui-même attaqué par la tension du signal de résonance UNF L'intégrateur 12 attaque les éléments d'accord (varicap) de l'oscillateur HF 2 quand le déclencheur 13 délivre une tension de sortie UTRs. L'intégrateur 12 est en outre attaqué par la tension de sortie Up du redresseur 11. Un interrupteur électronique 15, attaqué par la tension UTRS du déclencheur 13, est inséré dans le fil d'alimentation 14 de la bobine de modulation du champ 9. Le fonctionnement du dispositif est décrit ci-dessous. Lorsque le magnétomètre est branché à l'instant t (figure 2), le o générateur 10 délivre aussi un courant 1GENT le déclencheur 13 est branché et délivre une tension continue de commande UTRs et l'interrupteur 15 est ouvert, de sorte qu'aucun courant modulateur IMoD ne peut circuler dans la bobine de modulation du champ 9. Le diagramme suppose qu'aucun signal de résonance ne peut apparattre entre les instants t et tl. Afin o de rechercher un signal de résonance, l'intégrateur 12 démarre lors du branchement du dispositif, sous l'action de la tension de commande UTRS du déclencheur 13. L'intégrateur 12 délivre une tension UAB croissant linéairement dans le temps et agissant sur les éléments d'accord de l'oscillateur HF 2.La fréquence de cet oscillateur est ainsi syntonisée sur plusieurs plages partielles, couvrant par exemple une plage d'intensité du champ de 650 Oe à 18 kOe. Il n'y a pas de modulation du champ pendant la recherche de l'oscil- lateur HF 2. Lorsqu'un signal de résonance a apparatt à l'instant tl avec une amplitude telle que le seuil du déclencheur 13 est dépassé, le tension UTRs de ce dernier s'annule, de même que la tension UAB de l'intégrateur 12 qui se comporte alors simplement comme un élément RC pour la formation de la valeur moyenne de la tension de sortie Up du redresseur 11. L'interrupteur se ferme aussi, de sorte qu'un courant modulateur i OD peut circuler et la modulation du champ est branchée. La boucle de régulation de l'équilibrage à la résonance est ainsi fermée automatiquement à l'instant tl. Par suite de la commutation très rapide sur régulation et du courant modulateur IMOD présent à cet instant, le premier signal de résonance a ne peut pas apparaitre avec sa largeur totale, comme l'indique le diagramme. Il en est de même pour le signal b de la tension de sortie Up du redresseur 11, car le courant modulateur 'M0D n'est pas nul à cet instant. L'apparition du signal d ne correspond ni au passage par zéro du courant modulateur 'M0D > ni à l'apparition des flancs de commutation de la tension de commande UST du redresseur 11, ce qui prouve l'absence d'équilibrage à la résonance. Le courant modulateur 'M0D continue à croître jusqu'd son maximum, puis décroit linéairement dans le temps. La brève apparition du signal b de la tension du redresseur Up n'a pratiquemEnt pas modifié la fréquence de l'oscillateur HF 2 ajustée par l'apparition du signal de résonance a. Lorsque le courant modulateur iOD s'annule à l'instant t2, il y a équilibrage à la résonance et le signal de résonance c apparaît avec toute sa largeur. I1 apparat par suite aussi dans la tension de sortie Up du redresseur 11 un signal d, qui correspond aux flancs de commutation de la tension de commande UST Le signal de résonance e à g apparat ensuite périodiquement. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l art au principe et au dispositif qui vienr.ent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Nagnétomètre à résonance nucléaire et équilibrage automatique à la résonance, dans lequel un champ modulateur est superposé au champ magnétique à mesurer et le branchement de la régulation est précédé par une syntonisation de la fréquence de ltoscillateur HF (recherche) jusqu'à l'apparition de signaux de résonance, ledit magnétomètre étant caractérisé en ce que le branchement du magnétomètre entraine la syntonisation de la fréquence d'oscillateur, la modulation du champ magnétique étant coupée, jusqu'à l'apparition d'un signal de résonance, qui coupe automatiquement la syntonisation et branche la modulation du champ magnétique et la régulation. 2. Nagnétomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension d'un intégrateur fait varier les moyens d'accord de l'oscillateur HF, ledit intégrateur étant attaqué par la tension d'un déclencheur qui est cosasandé par les signaux de résonance, attaque un interrupteur disposé dans le circuit modulateur et se comporte, après coupure de sa tension par l'intégrateur, comme un élément RC relié à un redresseur sensible à la phase et délivre la tension de réglage aux éléments d'accord de l'oscillateur HF.