Квантовый магнитометр и градиентометр

Союз Советских Социалистических Республик(51)М г С 01 Ч 3/14// С 01 В 33/08 с присоединением заявки Ио Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытиИ(23) Приоритет -Опубликовано 150280 Бюллетень 89 бДата опубликования описания 17,0280(54) КВАНТОВЫЙ МАГНИТОМЕТР И ГРАДИЕНТОМЕТР Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано в геофизической и лабораторной практике для обнаружения и измерения градиентов и неоднородностей поля мер слабых магнитных полей (МП) .В настоящее время вопросы измерения градиентов слабых МП являются актуальными, причем требуется измерять градиенты МП при базах от нескольких сантиметров до десятков метров с погрешностью в 1-100 п 1(10 1).-Я Обычно задача измерения градиентов слабых МП преобразователями с оптической накачкой (ОН) решается при помощи двухканальной системы, в которой два преобразователя МП, работающих в режиме самогенерации, разне О сены на базовое расстояние, Однако, в связи с наличием световых и фазовых сдвигов в каждом канале, точность их недостаточна.Известны также устройства, кото рЫе содержат генератор возбуждения, подключенный к источнику излучения, два преобразователя МП, состоящих каждый иэ светофильтра и поляризующих свет элементов, линз, ячеек по глощения и фотоприемников, расположенных внутри каждого преобразователя на одной оптической оси, широкополосный усилитель, ко входу которого подключен фотоприемник, а к выходу - радиочастотные катушки, избирательный усилитель, к входу которого подключен фотоприемник, модулятор, выход которого подключен к модуляторной катушке, фазовый детекторвыход которого подключен к катушке,а входы соединены с выходами соответственно избирательного усилителяи модулятораОсновными недостатками этогоквантового магнитометра и градиентометра являются наличие дополнительной погрешности измерения, связаннойсо световыми и фазовыми сдвигами вкаждом иэ двух каналов системы, которая входит аддитивно в измеряемыйградиент МП, и значительные габариты преобразователя,С целью повышения точности измерений и снижения габаритов прибора в квантовом магнитометре и градиентометре, содержащем генератор возбужцения и связанный с ним источник излучения, светофильтр, фокусирующиеи ПОляриэующие свет злемРнты двяячейки полощения Фотоприемник с подключенным к нему усилителем, к выходу которого подсоединена радиочастотная катушка, избирательный усилитель, вход которогосоединен с вторым выходом усилителямодулятор, с подключенной к нему модуляторной катушкой и Фазовый детектор Выход которого сОединен с катушкой постоянного тока, а входы подключены к выходам соответственномодулятора и избирательного усилители, предлагается источник излучения, Фокусирующие и поляриэующиесвет элементы, обе ячейки поглощенияи Фотоприемник установить на однойоптической оси последовательно,На чертеже изображена структурная схема устройства.Оно состоит из генератора возбуж-дения 1, подключенного к источнику 26излучения 2, Одного преобразователя3, состоящего из светофильтра 4 иполяриэукпцих свет элементов 5 и 6,линзы 7, двух ячеек поглощения 8и 9 и Фотоприемника 10, расположенных последовательно на одной оптической оси, широкополосного усилителя 11, к одному выходу которогоподключены радиочастотная катушка 12,а к второму - избирательный усилитель у13, модулятора 14, выход которргосоединен с модуляторной катушкой 15,Фазового детектора 16, выход которогоподключен к катушке постоянного тока 17, а входы соединены с выходамисоответственно избирательного усилителя 13 и модулятора 14.Квантовый магнитометр и градиентометр работает следующим образом.После включения питания генераторвозбуждения 1 зажигает источник иэ- флучения 2, свет от которого попадаетв преобразователь 3, где Фильтруетсяэлементом 4, линейно поляризуетсяэлементом 5, фокусируется линзой 7и поляризуется по кругу элементом 6. 45Поляризованный таким образом свет,проходя ячейку поглощения 8, ориентирует спины атомов вещества ячейкипоглощения 8 по (против) вектору магнитной индукции В измеряемого маг- ,я)нитного поля, что приводит к изменениюинтенсивности и к модуляции света,улавливаемого Фотоприемником 10.Электрический сигнал с фотоприемника10 через широкополосный усилитель 11 55поступает на радиочастотную катушку 12, осуществляя Вынужденную процессию спиноз атомов в ячейке поглощения8 (поперечный сигнал на частоте Рпропорциональный измеряемому магнитному полю в объеме ячейки поглощения8), Свет, уже промодулированный поинтенсивности в частотной процессииР, поступает во вторую ячейку поглощения З, внешнее поле в объеме которой изменяется с низкой частотой йзадаваемой модулятором 14 через катушку 15. При этом в ячейке поглощения 9 осуществляется магнитный резонанс, и с Фотоприемника 10 снимаются сигналы продольные), кратные частоте Й . Поскольку магнитный резонансв обеих ячейках поглощения осуществляется нри одном и том же свете накачки, то значительно снижается погрешность измерения, вызванная световыми и фазовыми сдвигами частот магнитных резонансов, Далее сигнал первой гармоники Я с Фотоприемника 10через широкополосный усилитель 11 иизбирательный усилитель 13 поступаетна вход Фазового детектора 16, гдесравнивается по Фазе с сигналом модулятора 14 и в виде сигнала постоянного тока, пропорционального измеряемому градиенту, поступает на катушку17,. Выравнивания измеряемое магнитное поле в объемах ячеек поглощения. Формула изобретенияКвантовый магнитометр и градиентометр, содержащий генератор возбуждения и связанный с ним источник излучения, светофильтр, Фокусирующие и поляриэующия свет элементы, две резонансные ячейки поглощения, фотопрнемник с подключенным к нему усилителем, к выходу которого подсоединена радиочастотная катушка, избирательный усилитель, вход которого соединен со вторым выходом усилителя, модулятор с подключенной к нему модуляторной катутдпсой и Фазовый детектор, выход которого соединен с катушкой постоянного тока, а Входы подключены к выходам соответственно модулятора и избирательного усилителя, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений и снижения габаритов прибора, в нем источник излучения, Фокусирующие и поляризующие свет элементы, обе ячейки поглощения и Фотоприемник установлены на одной оптической оси последовательно.605468Составитель Е. Данилина Редактор Е. Зеленцова Техред .И,Асталош Корректор Г. Назарова Заказ 9598/51 Тираж 649 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5еФилиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4