Квантовый градиентометр

,.80609 01 Ч 3/1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт земного магнетизма,ионосферы и распространения радиоволн АН СССР(56) 1. Патент США 9 3158803,кл. 324-0,5, 1962,2. Кулешов П,П. Создание и исследование самогенерирующего квантово-.го магнитомера с оптической ориентацией атомов гелия -4,-лис. на соиск.ученой степени канд. наук. Л., 1975,гл. 1 ч, 1 4.54)(57) КВАНТОВЫЙ ГРАДИЕНТОМЕТР с оптической накачкой, содержащий два фо 1 оэлектрическ 1 х датчика, один изрирующий, а друготр, причем каждыйоит из круговогоейки поглощения,атушки, фотодетеки фазоизмери".ел которых самогене резонансный филь из датчиков сост поляризатора, яч адиочастотноиора и усилител ход ную схему скоторой подкдатчика - ре егистратороючен выходонансного фщ и й с яения помехо силител льтра,тем, что,стойчитлич овы с цел еден третии вости, в нег вь фазсныи фильтр орого через н к второму од зон и силителя к ель подклю врУ амои схемы, а выход о датчика соедин ыми катушками д измерительн генерирующе радиочастот х других датчиков. СРМ1 60Предлагаемый квантовый градиентометр предназначен для измерения вариаций градиента магнитного поля Земли, может быть применен для измерения намагниченности горных пород, ,веществ и живых организмов, градиентов слабых переменных магнитных полей, возникающих в процессе сердечной деятельности человека и крупных животных.В известных градиентометрах применяют два датчика с оптической накачкой, разностная частота которых представляет в цифровом или аналоговом виде значение градиента напряженности магнитного поля между точками расположения датчиков Г 1 .Известен также квантовый градиентометр с оптической накачкой, содержащий два датчика, один из которых самогенерирующий, а другой - резонансный фильтр, причем каждый из датчиков состоит из кругового поляризатора, ячейки поглощения, радиочастотной катушки, фотодетектора и усилителя, и фазоизмерительную схему с регистратором, к входу которой подключен выход усилителя датчика- резонансного фильтра, а второй вход фаэонэмерительной схемы подключен к усилителю самогенерирующего датчика 2.В отношении действия внешних помех датчик самогенерирующего типа является широкополосной системой, другой датчик, работающий в режиме резонансного фильтра, обладает существенно меньшей полосой пропускания, Таким образом, на результат измерения разности фаз сигналов будет сказываться влияние помех, лежащих вне полосы пропускания датчика - резонансного фильтра (действие мультипликативных помех).Цель изобретения - повышение помехоустойчивости градиентометра.Для этого в квантовый градиентометр введен третий датчик - резонансный фильтр, выход усилителя которого через фазовращатель подключен к второму входу фазоизмЬрительной схемы, а выход самогенерирующего датчика соединен с радиочастотными катушками двух других датчиков,На чертеже представлена структурная электрическая схема квантового градиентометра, Ячейки 1-3 поглоще- ния, содержащие рабочее вещество, например пары цезия, подвергаются 9378 2 оптической накачке под действием излучения спектральной цеэиевой лампы 4, возбуждаемой высокочастотным генератором 5, проходящего по свето- водам 6, через линзы 7 и круговые поляризаторы 8. Излучение, прошедшее через ячейки поглощения и линзы 9, регистрируется фотоприемниками 10-12. Сигналы с выходов фотоприемников усиливаются в блоках 13-15. Выход блока 13 соединен с радиочастотными катушками 16. Выходы блоков 14 н 15 подключены к входам умножителей частоты (фазы 17). Входы и выходы блоков 17 подключены к блокам 18 автоматической стабилизации фазы. Выход одного умножителя частоты (фазы) 17 соединен с одним из входов фазоизмерительной схемы 19, выход другого умножителя частоты (фазы) 17 через фазовращатель 20 соединен с другим входом фазоизмерительной схемы 19, связанной с входом регистратора 21,При выполнении баланса амплитуд и фаз в кольце. обратной связи первого датчика возникает самогенерация;на частоте магнитного резонанса,определяемого напряженностью магнитного поля. Сигнал генерации одновременно воздействует через радиочастотные катушки 16 на другие две: роль резонансных фильтров. Информационная полоса пропускания ЬЕ датчиков, работающих в режиме резонансного фильтра, определяется линейной частью фаэочастотной характеристики линии магнитного резонанса.В первом приближении где Т 2 - поперечное время релаксации ячейки поглощения под действием столкновительных процессов и света накачки, Для паров .цезия с парафи-.новым покрытием Т 2 составляет 4-7 мс, что соответствует полосе 50М=25-40 Гц (7-10 нтл). Крутизна фазочастотной характеристики резонансного фильтра составляет 0,15- 0,25 нтл/град. Типовые фазометры, например ф 2-13, обладают разрешением порядка 0,1 град, что соответствует разрешению по вариациям градиента магнитного поля 0,015-0,025 нтл.Дальнейшее повышение чувствительности достигается путем подключенияКорректор А. Ференц Заказ 7084/3 Тираж 710 Подписное ВНИИПИ .Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 к выходам усилительных блоков 14 и15 умножителей частоты (фазы) 17,например, на основе системы фазовойавтоподстройки частоты (фазы). Дляограничения флуктуации фазы в умножителях частоты (фазы), возникающих под влиянием температуры, нестабильности источников питания ндругих факторов, сигналы со входови выходов его подключены к схемамавтоматической стабилизации фазы,сигнал ошибки с выходов которых стабилизирует фазу выходных сигналов,фазовращатель 20 служит для предварительной установки фазы сигнала 5от ячейки поглощения 3. Фазоизмерительная схема 19 и регистратор 21фиксируют изменение градиента магнитного поля между ячейками поглощения2 и 3. Самогенерирующий датчик в дан ном устройстве выполняет только вспомогательную роль-возбуждениемагнитного резонанса в датчикахрезонансных фильтрах, Поэтому действие мультипликативных помех на широкополоснЫй самогенерирующий датчиккомпенсируется в фазоизмерительнойсхеме датчиков-резонансных фильтров.Максимальный градиент магнитногополя, измеряемый устройством, недолжен превышать по величине информационную полосу пропускания ЬГдатчика во избежание потери чувствительности,1Макет квантового градиентометра,выполненный по вышеприведенной блоксхеме на основе оптически накачиваемых ячеек поглощения с парами цезия,обладает чувствительностью порядка0,002 нтл в полосе пропускания около25-30 Гц при разносе датчиков на расстояние в 6 см друг от друга.