Щелочный самогенерирующиймагнитометр

Союз Советскик Социалистических Республик(22) Заявлено 0402.77 (21) 2449647/18-21с присоединением заявки Йо 2509681/21(51) М. Кл. 6 01 В 33/12 Государствениый комитет СССР по дедам изобретений и открытий(71) Заявитель Ордена Ленина физико-технический институт им. А,Ф,Иоффе АН СССР(54) щелОчнОЙ сАмОГенеРиРуюций мАГнитОметР Изобретение относится к квантовой магнитометрик и может быть использовано для точного измерения магнитногополя и его вариаций.5Известны самогенерирующие магнитометры с оптической ориентациейатомов целочных металлов, содержащие оптический тракт, усилитель обратнойсвязи и радиочастотную катушку 11.Наиболее блиэким по своей технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее два взаимно перпендикулярных оптических тракта,на пересечении которых распсложена камера поглощения со щелочным металлом, 15 охватываемая радиочастотной катушкой, причем выход одного тракта связан с усилителем обратной связи, а другого с узкополосным усилителем, выход которого подключен к одному иэ вхо дов синхронного детектора, другой вход синхронного детектора связан с генератором модуляции, выходы усилителя обратной связи, синхронного детектора и генератора модуляции свя завы со входами модулятора фазы, выход которого соединен с радиочастотной катушкой 2.Недостатком этого устройства явт ,ляется наличие ошибок измерений, 30 связанных со световыми сдвигами и асимметрией линии магнитного резонан. са атомов щелочного металла. Кроме того, вследствие зависимости величины световых сдвигов и формы линии от положения прибора в пространстве, этот магнитометр обладает ориентационной зависимостью показаний.Цель изобретения - устранение ориентационной зависимости показаний магнитометра и повышение точности.Цель достигается тем, что в уст" ройство, содержащее два взаимно перпендикулярных оптических тракта, на пересечении которых расположена камера поглощения,охватываемая радиочастотной катушкой, усилитель обрат ной связи, вход которого подключен к выходу одного оптического тракта, синхронный детектор, с подключенными к его входам генератором модуля" ции и узкополосным усилителем, причем вход узкополосного усилителя под" ключен к выходу второго оптического тракта, введены генератор возбуждения разряда, умножитель частоты, частотный модулятор, управляемый фазовращатель, а камера поглощения дополнительно содержит гаэ,при этомгенератор возбуждения разряда связан с камерой поглощения, один вход уп равляемого фазовращателя соединен с выходом усилителя обратной связи, а другой с выходом синхронного детектора, первый выход управляемого фаэовращателя соединен с радиочастотной катушкой, а второй связан с радиочастотной катушкой через умножитель частоты и частотный модулятор, второй вход которого связан с выходом генератора модуляции.10На чертеже изображена блок-схема устройства.Устройство содержит спектральные лампы 1 и 2 накачки, содержащие щелочной металл, линзы 3, циркулярные 15 помериэаторы 4, камеру 5 поглощения фотодетекторы б и 7 (элементы 1-7 образуют два взаимно перпендикулярных оптических тракта), генератор 8 возбуждения разряда в спектральной Щ лампе, генератор 9 возбуждения разряда в камере поглощения, усилитель 10 обратной связи, радиочастотную катушку 11, узкополосный усилитель 12, синхронный детектор 13, управляемый фазовращатель 14, умножитель 15 частоты, частотный модулятор 16 и генератор 17 модуляции.Устройство работает следующим образом.Циркулярно поляризованный свет ЗО лампы 1 накачки производит оптическую ориентацию атомов щелочного металла в камере 5 поглощения. Благодаря ионизационным столкновениям оптически ориентированных атомов щелоч ного металла с метастабильными атомами гелия происходит спиновая ориентация этих метастабильных атомов.Метастабильное состояние атомов гелия создается слабым импульсным высокочастотным разрядом.На оптически ориентированных атомах щелочного металла реализуется спиновой.генератор, работающий на частоте сю, Для возбуждения магнитного реэонайса метастабильных атомов гелия умножителем 15 формируется частота КЩгде К - коэффициент умножения. Эта частота Ке через модулятор 16 частоты подается на радиочастотную ка тушку 11. С фотодетектора 6 сигнал на частоте модуляции, определяемой генератором 17, поступает на узкополосный усилитель 12 и далее на синхронный детектор 13. 55Напряжение с выхода синхронного детектора подается на управляемый фаэовращатель 14, с помощью которого частота Ю корректируется так,что выполняется соотношение Кв = ы, где цо- частота, соответствующая центру резонаненой линии метастабильных атомов гелия.Так как частота а магнитного резонанса.метастабильных атомов гелияКа= ы + ЮЬ.ф Ч 2 при где ью./2 - полуширина линии магнитного резонанса атомов гелия.Это позволяет выбирать в качестве К - целое число, близкое к отношению ф и, следовательно, упростить конструкцию умножителя 15. Данное схемное решение обеспечивает повышение точности в несколько раз по сравнению с известным, а также обеспечивает независимость показаний магнитометра от ориентации прибора в пространстве. Формула изобретения Щелочной самогенерирующий магнито. метр, содержащий два взаимно перпендикулярных оптических тракта, на пересечении которых расположена камера поглощения, охватываемая радиочастотной катушкой, при этом выход одного оптического тракта связан со входом усилителя обратной связи, а другого оптического тракта со входом узкополосного усилителя, выход которого подключен к одному из входов синхронного детектора, другой вход синхронного детектора связан с генератором модуляции, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью устранения ориентационной зависимости показаний магнитометра и повышения точности, камера поглощения дополнительно содержит газ Не 4, магнитометр включает в себя генератор возбуждения разряда, умножитель частоты,частотный модулятор и управляемый фазовращатель, при этом генератор возбуждения разряда связан с камерой поглощения, один вход управчетыре, ориентированных ионизационными столкновениями с оптически ориентированными атомами щелочного металла не имеет оптических сдвигов, атакже сдвигов, обусловленных асимметрией линии и сдвигами фазы, и оченьслабо зависит от ориентациИ прибора,то снимаемая с усилителя 10 частота,пропорциональная измеряемому полю Не,также имеет малую ориентационную зависимость и не обладает указаннымисдвигами. Вместе с тем у магнитометра сохраняется высокое быстродействие спинового генератора.Коэффициент умножения К долженбыть равен отношению - ,дя7 лгде " - гиромагнитное отношение атомов щелочного металла;- гиромагнитное отношение ме 2тастабильных атомов гелия.Однако для работы магнитометрадостаточно, чтобы при отключении выхода модулятора 16 от радиочастотной катушки 11 выполнялось соотношение796779 Составитель Л.ВоронинаРедактор Е.дорошенко Техред М.Коштура Корректор С.Шек ное 9764/63 Тираж 741 По ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.ака Филиал ППП Патент,. г. Ужгород, ул, Проектная, 4 ляемого фазоврашателя соединеч с выходом усилителя обратной связи, а другой с выходом синхронного детектора, первый выход управляемого фазовращателя соединен с радиочастотной катушкой, а второй связан с радиочастотной катушкой через умножитель частоты и частотный модулятор,второй вход которого связан с выходом генератора модуляции,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Патент США Р 3873908,кл, 3 24/5 В, 1975. 2. Патент Франции Р 1464813,кл. С 01 К 33/12, 1966.