Способ измерения постояннойэкранированной меры магнитнойиндукции

Саюз СоветскихСоциалистическихРеслублнн ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет -Государственный комитет СССР ио дедам изобретений н открытий(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННОЙ ЭКРАНИРОВАННОЙ МЕРЫ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИИзобретение относится к метрологии и может быть использовано прикалибровке мер магнитной индукции,находящихся внутри магнитных экранов,ферромагнитных или сверхпроводящих,в области сверхслабой магнитной индукции,Известен способ проверки мермагнитной индукции, использующий для сравнения с эталоном методЯМР протонов 1 1,Однако этот способ предназначендля значений магнитной индукции,создаваемой мерами не ниже 510 Т и,кроме того, не применим для экранированных мер.Известен также способ определенияпостОянной меры магнитной индукциИс;помощью измерительного прибора,предварительно отградуированного 20по образцовой мере, заключающийсяв измерении постоянного электрического тока, проходящего через меру,и магнитной индукции, создаваемойэтим током внутри меры, причем дляизмерения магнитной индукции используют магнитные свойства оптическинакачиваемых атомов, заключенных впоглощающую ячейку, помещенную внутримеры Ь 10 При измерении постоянной экранированных мер магнитной индукции, предназначенных для создания магнитных полей, погрешность этого метода измерений возрастает ввиду ограниченной чувствительности магнитометрической аппаратуры, а также из-за влияния остаточных полей экранов,которые становятся сравнимыми с полями, создаваемыми мерой. Экстраполя-. ция значения постоянной, измеренного при больших значениях магнитной индукции, на область сверхслабых магнитных полей приводит к существенной погрешности, так как ввиду нелинейности магнитных свойств материала экрана значение постоянной будет нелинейно зависеть от значения магнитной индукции, создаваемого мерой. Применить в требуемом диапазоне высокочувствительные квантовые магнитометры с оптической накачкой, осно-. ванные на использовании расщепленной зеемайовской структуры атомов,невозможно, так как рабочий диапазон этих приборов теоретически ограничен снизу значением ширины резонансной линии, составляющей величину порядка 10 8 Т, а практически еще выше изза того, что метрологические характе 847237(2) ношение ат риатики прибора при малых значениях магнитной индукции существенна ухудшаютаяеЦель изобретения - повышение точности измерений в диапазоне аверхслабой магнитной индукции.укаэанная цель достигаетая тем, что оптическая накачка производится в направлении, перпендикулярном оси меры, вдоль оси меры дополнительно прикладывают переменное магнитное поле модуляции с частотой Ф , на указанной частоте в квадратуре с полем модуляции синхронно детектируют составляющую интенсивности прошедшего через ячейку света накачки, регулированием постоянного тока произво- дят поиск двух сигналов параметрического резонанса различных порядкови и, измеряют значения токови й 2, соответствующие нулевому значению амплитуды каждого из указанных сигналов внутри резонансной области, и искомую постоянную К определяют по Формуле де )" - гиромагнитное отомов в ячейке.Кроме того, в качестве указанныхрезонансов используют резонанс нулевого порядка и резонанс либо первого, либо минус первого порядка, причем в качестве укаэанных резонансовиспользуют резонанс первого порядкаи резонанс минус первого порядка.В способе используется известноеявление параметрического резонансапри поперечной оптической накачкеатомарного пара или газа, находящегося в переменном модулирующем магнитном поле В соуж и параллельномему постоянном магнитном поле с индукцией ВаИнтенсивность света накачки, прошедшего через поглощающую ячейку срабочим веществом, будет при указанных условиях модулирована на различных гармониках частоты (Ю . Составляющая интенсивности 5 на первой гармонике частоты модуляции щ синхронно детектируемая в квадратуре с по,лем модуляцииВ 1 ааэЧ)+, описываетсяследующим выаажением,.; .(6)(.,Жх,.("-НМ ),- й-ш Г+ (у 5+па)где Р " релаксационная полуширинарезонансной линии,И в .стационарная намагниченность.атомов рабочего вещества,О 1Дв /" Функция Бесселя 1-го родаиапорядка и от аргумента ЦР, /- , в =уВИгидромагнитное отношениеатомов рабочего вещества,5 1 О 15 2 О 25 ЗО 35 40 Параметрический резонанс наблюдается при значениях постоянной маг нитной индукции Во, удовлетворяющихсоотношению иы3 Вопри и = О, + 1, .2Резонанс и-го порядка описывается и-а-членом суммы (1 ), причем график зависимости амплитуды сигнала резонанса И-го порядка от значения магнитной индукции В, имеет вид лоренцевой кривой дисперсии с шириной,ЬВ=2 Г/;, пересекающей ось абсцисспри значениях магнитной индукции, удовлетворяющих условию (2).Поэтому равенство амплитуды резонансного сигнала нулю является индикатором выполнения условия (2) и позволяет при существенных значениях величин Щ и , " определить значение магнитной индукции Ва. В частности, при и = О наблюдаемйй резонанс является индикатором нулевого значения магнитной индукции Ва, а резонансы при и = +1 (которые являются наиболее интенсивными по сравнению с резонансами при больших значениях и) могут служить индикаторами значений магнитной индукции В, = + Ю/3Значение магнитной индукции Ва является суммой значений магнитной индукции В, создаваемой мерой, и магнитной индукции ВЭ, связанной с остаточным полем экрана В = В,р + Вэ, Значение В прн изменении тока в мере меняется, а значение ВЭ остается постоянным, так что разность значений магнитной индукции, соответствующих резонансам различных порядков, не зависит от остаточного магнитного поля В, .Следовательно, измерив разность токов, соответствующих нулевым значениям амплитуды сигнала в области резонанса, для двух резонансов различных порядков, умножив частоту мо-. дуляции на разность этих порядкови разделив результат на измеренную разность токов и гиромагнитное отношение атомов, получают значение постоянной меры магнитной индукции. В частности можно испольэовать резонанс нулевого порядка и один из резонансов первого или минус первого порядка, или же оба резонанса порядка +1.Йа чертеже показана зависимость амплитуды резонансных сигналов нулевого, первого и минус первого порядков .ат значения постоянной магнитной индукции ВПорядок каждого резонанса и.значение магнитной индукции, при котором его амплитуда равна нулю, указаны возле соответствующей резонансной линии. Поскольку ширина линии параметрического резонанса ЬВ о в зависимости от интенсивности. света накачки и времени тепловой релаксации847237 атомов, может достигать значений 510 Т, разрешение резонансов нуле вого и первого порядков достигается нри минимальном значении магнитной индукции Во, соответствующем условию (2), .около 10 ВТ, т.е. значение постоянной меры магнитной индукции может бЫть измерено при максимальном значении магнитной индукции всего лишь в 5-10,раэ превышающем ширину линии параметрического резонанса, что,существенно меньше значений, обеспечиваемых известными способами измерений.Кроме того, точность предлагаемого способа измерений в укаэанном диапазоне выше точности измерений посто" 15 янной известными способами, потому что исключается влияние компоненты остаточного поля экрана вдоль оси меры, которая одинаково сдвигает резонансы различных порядков. е 3гд у - гиромагнитное отношениеатомов в ячейке.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю "зО щ и й с я тем, что в качестве указанных резонансов используют резонанс нулевого порядка и резонанс лбо первого, либо минус первого пор.ка.ф3. Способ по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в качестве указанных. резонансов используют резонанспервого порядка и резонанс минуспервого порядка.Источники. инФормации,О принятые во внимание при экспертизе.1. Авторское свидетельство СССРВ 280642, кл. 601 % 33/08, 1968.2. Чернышев Е,Ти др. В сб.Маг-нитные измерения, М., Изд"во комитета стандартов, мер и измерительныхприборов при Совете Министров СССР,1969, с,84-87 (прототип). ИЯДормула изобретения ВНИИПИ Заказ 5481/72 Ти 32 Подписи Проектна илиал ППП "Патент", Г. Ужго 1. Способ измерения постоянной экранированной меры магнитнойиндукции, заключающийся в измерении постоянного электрического тока, про- ходящего через меру, и магнитной индукции, создаваемой этим током внутри меры, включающую в себя поглощающую ячейку с оптически накачиваемыми атомами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений в диапазоне сверхслабой магнитной индукции, оптическую накач ку производят в направлении, перпендикулярном оси меры, вдоль оси мерыГ дополнитеЛьно прикладывают перемен-:ноемагнитное поле модуляции с частотой (6 , на указанной частоте в квадратуре с полем модуляции синхроннодетектируют составляющую интенсивнос-,ти прошедшего через ячейку света накачки, регулированием постоянноготока производя поиск двух сигналов.параметрического резонанса различныхпорядков п, и вя , измеряют значения токов 3 и в , соответствующиенулевому значению амплитуды каждогоиз указанных сигналов внутри резонансной области, и искомую постояннуюК определяют по формуле