Квантовый вариометр

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИ ИВЛЬСТЭУСфез Севетскнх Социалистических Республик(61) Дополнительное к ввт. свид-ву(22) Заявлено 061175 (21) 2187410/18-25с присоединением заявки йо(23) ПриоритетОпубликовано 2302 И Бюллетень ИЯ 7 рцэр, ,з 0 01 Ч 3/14 Государственный комитет СССР яо дедам мзобретеняя и открытая(53) УДК 550.380. .8(088.8) Дата опубликования описаиия 03. 03. 81(72) Автор изобретения А.Н.КозловИнститут земного магнетизма, ионосферы ираспространения радиоволн АН СССР(54) КВАНТОВЫЙ ВАРИОМЕТР Изобретение относится к геофизи- ческому приборостроению, а именно к измерению вариаций магнитного поля естественного происхождения при магниторазведочных работах в широкой полосе частот,В основе известных квантовых вариометров лежит применение датчиков с оптической накачкой самогенерирующего типа, вариации частоты которых в цифровой или аналоговой форме представляют значение вариаций магнитного поля Ц .Известен квантовый вариометр с оптической накачкой, содержащий спек тральную лампу, генератор возбуждения спектральной лампы, линзы, круговой поляризатОр, ячейку погдсщения фотоориемиик. усилитель, ради" очастотную катушку и частотноиэме рительное устройство.В частотноизмерительном устройстве вариометра используется схема выделения раэностной частоты с последующим использованием конденсаторного частотомера. Для вцделейия разностной частоты применяется смеситель, на который подводятся напряжение с частотой сигнала и напряжение от кварцевого генератора с частотой, 30 отличной от частоты сигнала. Для перекрытия диапазона магнитных полей применяется набор кварцевых резонаторов 21.Существенным недостатком известного вариометра является зависимость чувствительности от динамического (частотного) диапазона вариаций. С повышением чувствительности сокращается динамический диапазон и полоса пропускания вариометра. Чувствительность такого вариометра составляет 0,01 нтл в полосе частот до 10 Гц.Цель изобретения - повышение чувствительности, расширение полосы пропускания квантового вариометра и подавление помех с частотой сети. Укаэанная цель достигается тем, что выход усилитея соединен со входами синхронного. детектора и узкополосного следящего Фильтра, выход узкополосного следяюего фильтра соединен со вторым входом синхронного детектора, выход синхронного детектора соединен со входом узкополосного фильтра, настроенного на частоту помехи,. и выходом спектроанализатора, выход узкополосного фильтра подключен к радиочастотной катушке.На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на Фиг. 2 - спектрограмма магнитных вариаций в полосе частот но 20 Гц.Ячейка 1 поглощения облучается от спектральной лампы 2, возбуждаемой генератором 3, через линзу 4 и круговой поляризатор 5. Свет, прошедший через ячейку и линзу 4 регистрируется фотоприемником б, выход которого подключен к усилителю 7. Выходусилителя 7 соединен со входом узкополосного следящего фильтра 9, входом синхронного детектора 10 и радиочастотной катушкой. Выход узкополосного следящего Фильтра 9 .соединен со вторым входом синхронного детектора 10. Выход синхронного детектора 10 соединен со входом спектроанализатора 11. Частотоиэмерительное устройство 13 подключено к выходу усилителя 7. Выход синхрон ного детектора 10 через узкополосный фильтр 12 подключен к радиочастотной катушке 8.При выполнении баланса Фаэ и амплитуд в кольце обратной свяэи,цатчика возникает генерация на частоте магнитного резонанса. Выходиой сигнал датчика в пределах его полосы пропускания поступает на один из входов синхронного детектора и на вход следящего Фильтра 9. С помощью следящего Фильтра из спектра сигнала выделяетсянесущая частота, подаваемая на другой выход синхронного детектора. Синхронный детектор в данном случае служит демодулятором высокочастотной части спектра. Последующий анализ этой части,спектра производится с помощью анализатора 11, частотноизмерительное устройство 13 обычно применяемого 40 типа служит для измерения вариаций магнитного поля в низкочастотной области спектра. Иагниточувствительный датчик с оптической накачкой обладает широкой полосой пропускания порядка 50 кГц в земном магнитном поле. Информация о изменении и величине магнитного поля этого датчика заложена в изменении и значении частоты сигнала. Для высокочастотной части сигнала .(1)1 Гц) индекс частотной модуляции ( мал. Так на частотей/2 У=1 У Гц (Ь " 310 . В этом случае аналитическая Форма сигнала имеет видОО 0 5 и фО + 2." фО+ф ф 1 э 1 и МОо .ЬР) СУзкополосный следящий Фильтр,роль которого может выполнить система Фазовой .автоподстройки частоты,выделяет из спектра сигнала, состоящего из несущей частоты И 0 и двухбоковых частот (Иб+Й) и (И-Я), только несущую. 65 Тогда на выходе синхронного детектора, производящегоперемнажение исходного сигнала Ои сигнала несущей О =О 0Л. со ь сс,имеем следующую переменную часть сигнала на частоте ЙО Ф"(5 пй 1= -(Ъ 5 пййОВых 2 . 2Величина сигнала, соответствующая 6=3 10 на частоте =10 Гц или ве 2 Яличине вариации магнитного поля 10 Ътл, составляет при О,=10 В по. рядка 3 мВ.При наличии детерминированной помехи, например, от электросетей, индекс частотной модуляции Я велик (9 1-2). ПриЬ)1 суммарный спектр усложняется, Под действием помехи амплитуда несущей частоты уменьшается. Так при Я =2 это ведет к сни- жениЮ чувствительности примерно в 5 раз. Для уменьшения влияния помехи до уровня, когда Я с 0,2 (а в этом случае изменение чувствительности менее 1) к выходу синхронного детектора подключен к узкополосный фильтр, выделяющий помеху. Сигнал помехи с выхода фильтра воздействует в противофазе через магнитное поле, создаваемое радиочастотной катушкой, и компенсирует поле помехи в объеме ячейки поглощения.Изготовленный макет квантового вариометра в сочетании со спектроанализатором типа С 1-54 имеет параметры: полоса пропускания от 1 Гц до 42 Гц, шумовой уровень при времени интегрирования 40 с 0,001- 0,002 нтл, реальное соотношение сигнала "помеха" 1:2000. Отслеживание узкополосного фильтра может производиться при изменении магнитного поля +3000 нтл.Формула изобретенияКвантовый вариометр, содержащий спектральную лампу, генератор возбуждения спектральной лампы, линзы, круговой поляризатор, ячейку поглощения, Фотоприемник, усилитель, радиочастотную катушку, частотноизмерительное устройство, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, помехозащищенности и расширения полосы пропускания, выход усилителя соединен со входами синхронного детектора и узкополосного следящего Фильтра, выход узкополосного следящего Фильтра соединен со вторым входом синхронного детектора, выход синхронного детектора соединен со входом узкополосного Фильтра, настроенного на частоту помехи, и входом спектроанализатора выход узко807191 0 нел Составитель С.Рыжиктор Н.Лазаренко Техред М.Рейвес ктор Г.Реше 6/68 Тираж 743 ПВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4 За одписн лиал ППП "Патент", г Ужгород, ул. Проектная,полосного фильтра подключен к радиочастотной катушке.Источники информации,принятые во внимание прн экспертизе 1. Патент США Р 3257608,кл. 324-5, опублик. 1966.2, Патент США Р 3252081,