Квантовый магнитометр

Союз Советских Социалистических республикОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ 789953(61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 12. 10. 77 (21) 2530856/18-21с присоединением заявкм Нов(51)М. Кл з 6 01 й 33/08 Государственный комитет СССР оо делам изобретений н открытий(54) КВАНТОВЫЙ МАГНИТОМЕТР Изобретение относится к измерительной технике и предваэиачено для использования в качестве измерителя слабых магнитных полей в установках 5 различного назначения, в частности для измерения модуля полного вектора магнитного поля Земпи.Известны квантовые магнитометры, содержащие датчик с оптической сис темой, усилитель, модулятор, синхронный детектор; генератор низкой частоты и регистратор 1.Иэ известных квантовых магнитометров наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является магнитометр, содержащий датчик с оптической системой, генератор возбуждения спектральной лампы и поглощающей ячейки, усилитель, синхронный детектор, выходной сигнал с которого используется для перестройки радиочастотного генератора, низкочастотный генератор для частотной модуляции радиочастотного поля, мо дулятор и регистрирующий блок 12.Усиление в фазовое детектирование сигнала магнитного резонанса производится в нем на той же частоте, что и частотная модуляция радиочас- З 0 тотного генератора, что имеет ряд недостатков.Так, для уменьшения модуляционного уширения линии наблюдаемого резонанса и тем саьнм увеличения чувствительности прибора необходимо уменьшить частоту низкочастотной модуляции. Для улучшения работы низкочастотного усилителя.и лучшей отстройки от шумов необходимо увеличивать частоту низкочастотной модуляции.При частотной модуляции низкочастотного поля увеличивается погрешность эа счет несимметрии сигнала частотномодулированного радиочастотного поля.Усиление сигнала на частоте низко" частотной модуляции увеличивает паразитиые наводки от не прошедших через датчик низких частот, что ухудшает отношение сигнал/шум.Цель изобретения - увеличение чувствительности и помехоэащищенности магнитометра.Поставленная цель достигается тем, что в квантовый магнитометр, содержащий датчик с оптической системой, включающий спектральную лампу накачки с фокусирующей линзой,поглощающую ячейку с рабочим веществом и расположенный между ними фильтр круговой поляризации, генератор возбуждения спектральной лампа накачки и поглощающей ячейки с рабочим веществом, радиочастотный управляемый генератор, последовательно соединенные фотоприемник, избирательный на частоте . ж усилитель низкой частоты и фазовь 1 й детектор, выход которого соединен с входом радиочастотного управляемого генератора, регистрирующий прибор, соединенный с выходом радиочастотного управляемого генератора, генератор опорной частоты и , радиочастотную и моцуляционную катушки, расположенные на поглощающей ячейке, введены делитель опорной частоты с тремя частотными выходами;1 и ф 2 И где; и - положительное больше единицы число,и - частота,положительное число, зависящее от частоты генератора опорной частоты;соединЕнный и - частотным выходомсо вторым входом фазового детектора,-1-и - частотным выходом с модуляиционной катушкой, а входом на частоте М - с опорным генератором, ибалансный модулятор, выход которогосоединен с радиочастотной катушкой,первый вход соединен с - в-часи тотным выходом делителя опорной частоты, а второй - с выходом радиочастотного управляемого генератора.Функциональная схема магнитометрапредставлена на чертеже.Магнитометр содержит усилитель 1низкой частоты, фазовый детектор 2,делитель частоты 3, кварцевый генератор 4, балансный модулятор 5, ра"диочастотный управляемый генераторб, регистрирующий прибор 7, генератор 8 высокой частоты возбужденияспектральной лампы и поглощающейячейки, датчик 9, на поглощающейячейке которого расположены радиочастотная катушка 10 и модуляционная катушка 11Сигнал с датчикавыделяется на фотоприемнике 12,Квантовый магнитометр работаетследующим образом, Сигнал от кварцевого генератора 4 подается наделитель частоты 3, причем делительимеет три выхода, частота с одногоиз них .ю подается на фазовыйдетектор 2 в качестве опорной, Совторого выхода делителя частота-вподается на модуляционную катушку11 датчика для низкочастотной модуляции полем. С третьего выходачастота "==" ж подается на баланс 2.ный модулятор 5 (и -любое число,больше 1). Выбор зависит .от частоты пропускания усилителя низкой40 возможностей выбора кварцевого генератора в качестве опорного. 50 55 40 65 10 15 20 25 30 35 частоты. На балансный модулятор 5подается также частота и отуправляемого радиочастотного генератора б, С выхода балансного модулятора 5 две частоты, равные;% .- %0+ а ) а - а - 2 и Ю подаются в радиочастотную катушку 10 датчика, На фотоприемнике 12 датчика выделяется низкая частота О=а 1-аф,которая усиливается усилителем 1 и в фазовом детекторе 2 сравнивается с опорной. Сигнал постоянного напряжения, выделенный в фазовом детекторе 2, подается на управляемый радиочастотный генератор б, чем осуществляется подстройка его к частоте магнитного резонанса. Частота регистрируется прибором 7, в состав которого входит частотомер.Таким образом осуществляется регистрация сигнала магнитного резонанса при отсутствии частотной модуляции радиополя, модуляции полем осуществляется на более низкой частотечто улучшает чувствительность схемы, а усиление сигнала - на более ивысокой частоте Ф , что улучшает помехозащищенность ее.Использование делителя частоты с несколькими коэффициентами деления и балансного модулятора выгодно отличает магнитометр от прототипа, так как позволяет низкочастотную модуляцию и усиление сигнала магнитного резонанса вести на разных частотах, что улучшает отношение сигнал/шум и увеличивает чувствительность прибора за счет уменьшения модуляционного уширения. 11 рименение делителя частоты упрощает схему за счет расширения Формула изобретения 1.Квантовый магнитометр, содержащий датчик с оптической системой, включающий спектральную лампу накачки с фокусирующей линзой, поглощающую с рабочим веществом и расположенный между ними фильтр круговой поляризации, генератор возбуждения спектральной лампы накачки и поглощающей ячейки с рабочим веществом, радиочастотный управляемый генератор, последовательно соединенные фотоприемник, избирательный на частоте % усилитель низкой частоты и фазовый детектор, выход которого соединен с входом радиочастотного управляемого генератора, регистрирующий прибор, соединенный с выходом радиочастотного управляемого генератора, генератор опорной частоты Мж , радиочастотную и модуляционную катушки, расположенные на поглощающей ячейке,789953 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью увеличения чувствительностии помехозащищенности магнитометра, внего введены делитель опорной частоты ю с тремя частотными выходами: Ю РФ-Ф -% + - )ф игдеф и - положительное больше единицы число;и - частота,- положительное число, завися-рщее от частоты генератораопорной частоты;соединенный и - частотным выходом со вторым входом Фазового детектора.- частотным выходом с модуля 4ционной катушкой, а входом на частоте1 и - с опорным генератором, и балансный модулятор, выход которого соединен с радиочастотной катушкой, первый вход соединен с - ю - частот 2 иным выходом делителя опорной частоты,а второй - с выходом радиочастотногоуправляющего генератора.Источники информации,принятые во внимание при экспертбе1.Авторское свидетельство СССР,Р 517866, кл.О 01 Ч 3/14, 1974.2.Географическая аппаратура, 1967,вып. 34, с.64-69.Составитель Е.ДанилинаРедактор В.Данко Техред Н.Граб КорректорВ.БутягЗаказ 9036 8 Тираж 1019 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 иал ППП"Патент", г.ужгород,ул.Проектна