Desenvolvimento de um magnetometro a precessão nuclear

O objetivo desta tese foi desenvolver um magnetômetro à precessão nuclear para prospecção geofísica e estações-base magnéticas. O magnetômetro à precessão nuclear mede a intensidade total do campo magnético. Seu funcionamento é baseado na ressonância magnética nuclear. A medida de campo é feita pela de terminação da freqüência de precessão de núcleos de hidrogênio – prótons - de líquidos não viscosos no campo magnético terrestre. O magnetômetro é constituído de duas partes: o sensor e o instrumento de medida. O sensor é uma bobina solenoidal, cujo núcleo é preenchido com o líquido. Três líquidos diferentes foram testados; água, propanol e um querosene sintético. Optou-se pelo uso do querosene porque oferece maior amplitude no sinal de precessão, dando, conseqüentemente, maior relação sinal/ ruído. O sistema de medida contém os circuitos de sintonia e amplificação do sinal e, os circuitos lógicos para a programação da operação e contagem da freqüência de precessão. Cada ciclo de medida tem duração de 3 segundos, sendo 2,3s para a polarização e 0,7s para a recepção do sinal. São possíveis dois modos de operação: manual, reciclando automaticamente e por controle remoto. O sinal de precessão é amplificado seletivamente em uma das 14 faixas de sintonia, que cobrem medidas entre 22000 e 95000 gammas. A freqüência de precessão é multiplicada por um fator de 64 e contada durante um tempo igual a 0,36699s, determinado com base na razão giromagnética do próton. O número de pulsos contados é numericamente igual ao valor do campo magnético em gammas. A resposta pode ser lida em mostradores digitais ou na saída BCD paralela quando operando por controle remoto. A precisão da medida é de 1 gamma. O instrumento foi testado no campo para avaliar a relação sinal/ruído, gradiente suportável e consumo de potência. Nos testes de aplicação do protótipo, foram obtidos dados de variação diurna e realizaram-se levantamentos magnético de reconhecimento e detalhe em um sítio arqueológico na Ilha de Marajó, Pará. As respostas dos testes foram comparados com dois magnetômetros comerciais - o GP-70, McPhar e o G-816, Geometrics e, ainda, com dados do Observatório Magnético de Tatuoca-Pa. Em todos os casos, a comparação dos dados mostrou bom desempenho do magnetômetro em teste.

ABSTRACT: The objetive of this thesis was to develop a proton precession magnetometer for geophysical prospecting and base stations. The proton precession magnetometer measures the total magnetic field intensity. It operates on the basis of nuclear magnetic resonance by determining the precession frequency of protons of a non vicous liquid in the terrestrial .magnetic field. The magnetometer consists of two parts: the sensor and the measuring instrument. The sensor is a solenoildal coil with the liquid as the core. Three different liquids were tested: water, n-propanol and a laboratory grade kerosene. The last one was selected because it offers more high precession signal amplitude and, consequently higer signal/noise ratio. The measuring system contains the tunning and amplifier circuits and the logical circuits for programming the measuring cycle and count on the precession frequency. Each cycle has a duration of 3 seconds; 2.3 seconds for the polarization and 0.7 seconds for the reception of the signal. The operation can be carried out manually, automatically or by remote control. The precession signal is amplified selectively in one of 14 different syntonized band-passes for measurements between 22000 and 95000 gammas. The precession frequency is multiplied by 64 and counted for a time of 0.36699 seconds, selected in consideration to the gyromagnetic ratio of the proton. The number of counted pulses is numerically equal to the value of the magnetic field in gammas. The reading is displaed digitally. For remote operation a BCD output is availabe. The precision of the measurements is 1 gamma. The instrument was tested in field to evaluate signal/noise ratio, supportable gradient and battery consuption. Application teste was carried out to take diurnal variation data and, reconnaissance and detail surveys data on an archaeological site in the Marajó Island-Pa. The test results were confronted with two commercial magnetometers-GP-70, McPhar e G-816, Geometrics - and, with data from Observatório Magnetico Ilha de Tatuoca as well. For all cases, the data comparison showed a good performance of the magnetometer tested.