Магнитометр

421965 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН Ияк АВтОРскОму сйидитильстиу Союз Советских Социалистических Республик(32) Приоритет -Опубликовано 30.03.74. Бюллетень М 12Дата опубликования описания 19.11.74 1) М.Кл. 6 01 ч 3/14 Государственныи комитСовета Министров СССпо делам изобретенийи открытий(71) итель АГН ИТОМЕТР Этого дел, яв Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при измерении магнитных полей в геологоразведке, лабораторных исследованиях, записи вариаций магнитного поля Земли, метрологических работах.Известен магнитометр, основанный на использовании магнитного резонанса в парах оптически ориентированных атомов щелочных металлов, состоящий из датчика и радиотехнического блока. Датчик состоит из СВЧ генератора, лампы, линз, светофильтра, поляризатора, поглотителя, фотоприемника, установленных на одной оптической оси, и двух пар катушек - радиочастотных и модуляционных. Радиотехнический блок включает в себя генератор радиочастоты, подключенный к радиочастотным катушкам, модулятор, подающий в качестве опорного сигнал низкой частоты на модуляционные катушки и фазовый детектор, усилитель, усиливающий сигнал с фогоприемника и подающий его на фазовый детектор, выход которого подключен к самописцу.Динамический диапазон известного магнитометра ограничивается примерно четвертью ширины рабочего сигнала, магнитометр дает высокую погрешность измерений, обусловлено тем, что с выхода фазово тектора магнитометра снимается сигна ляющийся производным от рабочего ассимет.ричной формы сигнала, вследствие чего коэффициент преобразования напряженности магнитного поля в регистрируемый самописцем сигнал нелинеен по диапазону.Цель изобретения - повышение точностиизмерения, а также расширение динамического и рабочего диапазонов магнитометра.Цель достигается тем, что предлагаемый о магнитометр снабжен установленной междупоглотителем и радиочастотной катушкой дополнительной, поглощающей катушкой и подключенным к ней регенератором. Это позволяет повысить точность измерения более, чем на порядок, и расширяет динамический диапазон примерно в два раза. Рабочий диапазон уверенной работы магнитометра также расширяется на 0,2 - 0,3 э.0 На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого магнитометра; на фиг. 2 - электрическая схема регенератора; на фиг. 3 -- типичный вид рабочего сигнала магнитометрана изотопе КЬ 87.25 Предлагаемый магнитометр содержит лампу (источник излучения) 1, подключенную к СВЧ генератору 2; оптическую систему, состоящую из расположенных на одной оптической оси линзы 3, светофильтра 4, поляризатора б;30 поглотитель 6, фокусирующую линзу 7 и фо3топриемник 8. Модулятор 9 связан с модуляционной катушкой 10 и фазовым детектором 11, выход которого подключен к самописцу 12. Генератор радиочастоты 18 связан с радиочастотной катушкой 14, Катушки 10 и 14 охватывают поглотитель б. Фотоприемник 8 подключен к усилителю 15, с которым связан фазовый детектор 11. Между поглотителем б и радиочастотной катушкои 14 размещена дополнительная поглощающая катушка 16, подключенная к регенератору 17,Лампа 1, представляющая собой стеклянную сферу диаметром 10 - 12 лил, заполпен буферным газом, криптоном или неоном, а также несколькими миллиграммами щелочного металла (КЬ или Сз). При возбуждении ее высокочастотной энергией, поступающей с СВЧ генератора 2, лампа излучает щелочной дублет ДДг, Линза 8, в фокусе которой расположена лампа 1, посылает параллельный световой поток на светофильтр 4, выделяющий из него рабочую спектральную линию Д,. Поляризатор 5 создает преимущественную циркуляцию поляризации линии Д, и пропускает световой поток на поглотитель б. Последний представляет собой стеклянный цилиндрической формы баллон, заполненный инер:- ным газом (Ке, Аг, Кг, Не и т. д.) и парами щелочного металла (КЬ или Сз), Поглощая кванты света требуемой длины волны (Д,), ансамбль атомов щелочного металла поляризуется, магнитные моменты атомов приобретают определенные направления относительно внешнего магнитного поля Но, в полном соответствии с зеемановским энергетическим расщеплением, Между зеемановскими подуровнями, в связи с различной степенью их заселенности, создается возможность магнитных резонансных переходов. В момент совпадения частоты подключенного к радиочастотной катушке 14 радиогенератора 18 с частотой зеемановских переходов происходит заметное поглощение световой энергии, фиксируемое фотоприемником 8. Периодически изменяя измеряемое постоянное магнитное поле Но с помощью низкочастотного сигнала модулятора 9, подаваемого на модуляционные катушки 10, получают повторяющуюся картину светового импульса, преобразуемого фотоприемником 8 в электрический сигнал.Сигнал магнитометра в магнитных полях, меньших 0,7 э, представляет собой огибающую целой серии неразрешенных зеемановских резонансных линий (для КЬ 8 - серия из четырех линий, для Сздз - серия из вос,.- ми линий) с различной интенсивностью, что обуславливает асимметричность его формы.На фиг. 3 изображен сигнал на выходе магнитометра на изотопе КУ, представляющий собой суперпозицию резонансных линийс частотами )ь г, )з 4Принцип работы регенератора 17 с погло 421965 5 О 55 60 5 )О 15 20 25 зо 35 ао 45 4щающей катушкой 16, включенного в схему магнитометра, основан на отбирании поглощающей катушкой 16 части радиочастотной энергии, подаваемой на поглотитель б генератором радиочастоты 18 с радиочастотной катушкой 14. Меняя величины сопротивления Й и емкости С в схеме регеператора (фиг. 2), можно настроить поглощающую катушку с индуктивностью 1. на частоту первой боковой резонансной линии )г (фиг. 3) или на частоту, близкю к линиям )г и )г, вносящим основнои вклад в искажение формы рабочего сигнала. Далее, меняя добротность поглощающей катушки 16, а следовательно, и степень поглощения радиочастотной энергии на частотах )г и ) можно добиться значительного исправления формы сигнала,Регенератор, служащий для регенерации контура, образуемого поглощающей катушкой 16 с индуктивностью 1, и емкостью С, представляет собой транзисторный усилитель с включенным в цепь положительной обратной связи контуром; для уменьшения вносимых в контур потерь усилитель выполнен с высоким импендансом. Он собран на транзисторах Т - Т 4, стабилизированных общей отрицательной связью по постоянному току. Первые каскады (Т, - Т) являются высокоомным инвертором. С коллектора транзистора Т, снимается регулируемая положительная обратная связь на выход усилителя, подключенного к контуру.Верхний предел рабочего диапазона известного магнитометра обычно ограничивается полями порядка 0,65 - 0,7 э, так как в более высоких полях происходит вначале частичное (в полях 0,7 - 1,0 э), а затем и полное расщепление сигнала на составляющие (в полях напряженностью более 1,0 э).Предлагаемый магнитометр позволяет работать в полях с частичным расщеплением сигнала, что позволяет расширить рабочий диапазон (приведенные выше цифры относятся лишь к магнитометрам на парах КЬ 8, данные для цезиевых магнитометров будут иными). Предмет изобретения Магнитометр, содержащий расположенные по одной оптической оси источник излучения, оптическую систему, поглотитель и фотоприемпик с подключенным к нему регистрирующим блоком, низкочастотный модулятор с модуляционной катушкой и генератор радиочастоты с радиочастотной катушкой, охватывающей поглотитель, отличаюгцийся, тем, что, с целью повышения точности, а также расширения динамического и рабочего диапазонов, в него введена установленная между поглоти телем и радиочастотной катушкой дополнительная поглощающая катушка с подключенным к ней регенератором.Редактор И. Орлова Коррекгор Л. Орлова Заказ 4420 Изд.1438 Тираж 678 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, Ж.35, Раушская наб д. 4/5