Техніка і прилади
Крім ферозондових металодетекторів найбільшого поширення набули квантові прилади, засновані на ефекті ядерного магнітного резонансу і ефекті Зеемана з оптичним накачуванням.
У них реалізовані більш фундаментальні фізичні принципи і вони мають більшу чутливість.
У класичному поданні вільні мікрочастинки, що володіють як магнітним, так і механічним моментом, прецессируют в постійному магнітному полі.
Частота прецесії (частота Лармора) пропорційна індукції магнітного поля В.
Розрізняють квантові магнітометри з вільною і вимушеною ядерної прецессией.
У магнітометри з вільною ядерної прецессией ампула з робочою речовиною (водою або інший протоносодержащей рідиною) поміщається в прийомну котушку, яка включена в перебудовується за частотою коливальний контур.
Допоміжне постійне магнітне поле, більш сильне, ніж вимірюваний, поляризує робоча речовина в перпендикулярному робочому полю напрямку.
Після швидкого відключення допоміжного магнітного поля моменти атомних ядер вільно прецессируют щодо напряму вимірюваного поля В з екпоненціально спадної протягом 2 - 3 з амплітудою. При цьому в приймальній котушці наводиться ЕРС з частотою прецесії (Лармора), яка вимірюється частотоміром.
Чутливість протонних металлдетекторов з вільною прецессией в слабких однорідних полях порядку земного магнітного поля досягає 1 nT.
У металодетекторів з оптичним накачуванням робочої речовини фіксується частота високочастотного генератора при її збігу з частотою інверсних квантових переходів між підрівнями тонкого і надтонкого магнітного розщеплення.
Момент збігу спостерігають за резонансному поглинанню світлової енергії, що супроводжується розсіюванням або переламані світла при його взаємодії з атомами робочого речовини.
Чутливість таких металодетекторів досягає 1Е-13 Тл.
Існує ще клас надпровідних магнітометрів (металодетекторів) заснованих на ефекті Джозефсона.
В якості вимірювального перетворювача в таких магнітометри використовується надпровідні квантові інтерфферометри (СКВІДи) постійного або пременися струму.
У магнітометри з СКВИДов постійного струму приріст зовнішнього магнітного потоку перетворюється в осцилююче напруга на контактах чутливого елемента: при вимірюванні підраховується повне число осциляцій напруги за час накладення потоку.
У магнітометри з СКВИДов змінного струму осциллирующей функцією магнітного потоку є повна індуктивність надпровідного кільця і, отже, напруга на пов'язаному з ним високочастотному коливальному контурі.
В надпровідних магнітометрів досягнуто рекордного рівня чутливості 10Е-15 Тл на частотах 0-1 Гц.
Недоліком магнітометрів з СКВИДов є необхідність підтримки умов надпровідності в обсязі чутливого елемента за допомогою рідкого гелію або азоту. Це ускладнює конструкцію приладу і робить незручним експлуатацію в польових умовах.
Загальним недоліком квантових і надпровідних магнітометрів є їхня низька швидкодія в порівнянні з ферозондовими магнітометрами, що може призводити до пропуску об'єктів пошуку при швидкому скануванні.
Нижче наведені короткі описи та технічні характеристики квантових і надпровідних магнітометрів.
Портативний цезієвий магнітометр-градіентометр G-858 забезпечує високу швидкість пошуку при високій чутливості.
Прилад легко виявляє бочку на 6-метровій глибині.
Завдяки високій швидкодії можливо вести пошук швидким кроком, покриваючи в 10 разів більшу площу, ніж з використанням попередніх квантових магнітометрів, а з використанням горизонтального градіентометра можливо покрити площу пошуку з 50% економією часу.
Технічні характеристики G-858:
Технічні характеристики магнитометра ММ-60М1
Магнітометр квантовий калієвий МКК-01 (Росія, ГОІ).
Магнітометр є радіоспектрометр, автоматично настроюється на частоту певного переходу в спектрі електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) парів калію, поляризованих в основному стані за допомогою оптичного накачування.
Магнітометр відноситься до класу самогенерирующих приладів, будучи квантовим генератором гармонійного сигналу, частота якого пов'язана відомої залежністю з модулем індукції поля.
У першому наближенні (з точністю краще 1%) це лінійна залежність з коефіцієнтом пропорційності 7Гц / нТл.
Технічні характеристики ММК-01:
діапазон вимірювань 10000 - 80000нТл;
систематична похибка, включаючи орієнтаційну менш 0.1нТл;
діапазон робочих температур від +15 до +350 С;
напруга живлення 24В;
споживана потужність 30Вт.
СКВІД - магнітометр розроблений в Новосибірському державному технічному університеті.
Він має найвищу чутливістю серед описаних вище магнітометрів: 2 Е-13 Тл. При цьому умова надпровідності чутливого елемента забезпечується рідким азотом, що з точки зору експлуатаційних витрат набагато вигідніше, ніж охолодження рідким гелієм.
Проте для польових умов такої магнітометр незручний через необхідність мати запас рідкого азоту, неминуче яка випаровується з робочого об'єму перетворювача.
Наведені вище характеристики квантових і ферозондових магнітометрів свідчать про більш високу чутливість квантових приладів.
Саме чутливість є визначальним параметром при виборі обладнання для пошуку. Особливо це важливо, коли приходиться обстежити величезні площі морського дна на великих глибинах.
Однак часто завдання пошуку має граничні умови по глибині пошуку або існує можливість наблизити перетворювач до рівня ймовірного залягання об'єкта, наприклад, якщо ви шукаєте поверхні води на подовжується кабелі. У цьому випадку визначальним стає низька ціна, простота і надійність пошукового приладу.
Ферозондові прилади мають якраз цими незаперечними перевагами.
Крім цього робоча речовина квантових приладів має нетривалий термін служби і часто небезпечно для навколишнього середовища, що здорожує експлуатацію.
Все це пояснює застосування ферозондових пошукових приладів в ВС різних держав і поява нових модифікацій приладів з ферозондовими перетворювачами.
додатково:- Протонний магнітометр своїми руками.
- Ферозондовий металодетектор.
- Приклади роботи з ферозондовими металодетекторами.