Устройство для измерения неоднородности магнитной индукции

(51) М. Кл. 0 01 Й 33/02 Рэеударетвеннын комитет СССР но делам изобретений и открытий.Андрианов, К.К,Барахнин, П,С,Овчаре;и Н,В.Студенцов 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИмож Изобретение относится к магнитометрии, а именно к приборам для измерения параметров неоднородных статических или медленно меняющихся магнитных полей и может быть исполь зовано в стационарных установках, предназначенных для регистрации появления в контролируемой области намагниченных объектов.Известен квантовый градиентометр, содержащий два квантовых преобразователя магнитной индукции самоосцил лирующего типа, каждый из которых содержит спектральную лампу, оптиче кую поглощающую ячейку, фотоприемник, устройство для обработки сиг" нала фотоприемника, устройство для воздействия на поглощающую ячейку. Сигналы указанных преобразователей поступают в устройство сравнения (фазовый детектор). 8 указанном градиентометре используется также устройство для автоматической компенсации и измерения неоднородности и магнитной индукции, представляющеесобой следящую систему с исполнительным элементом в ьиде меры магнитной индукции, входящей в составустройства для воздействия на поглощающую ячейку и уравновешивающейзначения модулей магнитной индукциив местах расположения преобразователей и, следовательно, компенсирующей измеряемый градиент (1,С помощью известных квантовыхградиентометров информацию о составляющих тензора неоднородности магнитной индукции получить невозно,Цель изобретения - повышение быстродействия измерения,Для достижения указанной целив устройство для измерения неоднородности магнитной индукции, содержащее две идентичные оптические погло"щающие ячейки, располоненные набазовом расстоянии, друг от друга,узел передачи излучения спектраль ной лампы, образующий две оптическиеоси, по каждой из которых расположены круговой поляризатор, одна изуказанных ячеек и фотоприемник, дваблока воздействия на поглощающиеячейки, два блока обработки сигнала, входы которых соединены с соответствующими фотоприемниками иблок автоматической компенсации иизмерения неоднородности магнитнойиндукции, введены стабилизатор постоянного тока, подклюцеккце к немучерез конденсаторы два генераторасинусоидалького напряжения блокавтоматической компенсации Вариациймагнитной индукции, при зтам сао)ветстВующие ОпОрные ВХОДЫ Х"каналсв Обо- их блоков обработки сигнала соединеныс первым и Вторым генераторами сину. соидального напря)кения Опор.-)е Входы2-каналов указанных блсков соединеныс первым генератором, а опор-це ВходыУ-каналов указанных блоков со.-.Динан).со вторым генератором; выходы каналов первого блока обработки сигналасоединены с соответствующими Входамиблока автоматической компенсации вариаций, а выходы каналов Второго блока обработки сигнала соединены с соответствующими Входами бг)ока автоматической компенсации и измерения;)нео 1 кородкости магкиткОЙКроме того, оба блока Воздействия нв поглощающие ячейки выполнены В Виде двух трехкомпонекткых систем мер магнитноЙ индукции, первая из которых содержит две группы Х, У, 2-Обмот к, а вторая - три группы Х , У , 2 -оомоток с соответствующими ортогокальц нцми магнитными осями Х,У, 2, л 2 , одкоимекные оси каждой системы параллельны друг другу, а две из них, располон(енные в направлении базы, совпадают между собой обмоткипервой и второй группы первой системы мер идентичны соответствую)цим обмоткам второй системы мер",одноименные обмотки первой группы каждой системы мер соединены последовательно и согласно и подклюцены к стабилизатору постоянного тока; кроме того, обмотки Е, 2 и У, У первой группы обеих систем церез конденсаторы подключены каждая соответственно к первому и второму генераторам синусоидального напряжения; одноименные обмотки второй группы каждой системь мер соединены последовательно и согласно и подключены к выходам Одноименных ка налов блока автоматической компенсации вариаций; третья группа ( У 2-обмоток второй системы мер подключенак одноименным Выходам трехканальногоблока автоматической компенсации иизмерения неоднородности магнитнойиндукции, при этом указанные опти 1ческие оси совпадают с Х и Х - осями указанных трехкомпонентных системмер магнитной индукции,)а чертеже изображена функциональная схема устройства (база расположена по оси Х) Х - оси преобразователей совпадают 1,Устройсво содержит спектральнуюлампу 1, круговые поляризаторы 2 и3, оптические поглощающие ячейкии 5 Фотоприемники б и 7, УХ -обмотки о и 9 первой группы для компен:ации. Х-компоненты постоянноймагниткой индукции, У,У -Обмотки 10и 11 перВОЙ группц Для компексаЦии.У-компоне)нты постоянной магнитной индукции, 2,2-обмотки 12 и 13 первойгругпы для компенсации 2-компоненты)1 ост:)Я)(кой магнитной индукции, Х,Х- обмотки ) и 15 второй группы длякомпенсации Х-компоненты вариаций,УУ -обмотки 1 б и 17, второй группыдля компенсации У-компоненты вариа. ( ,нций, 7.,2 -обмотки д и Г 9 второйгруг)пы для компенсации 2-компонентыВариаций, Х -обмотки 20 третьей группь для компенсации разности Х-компокентов магнитнОЙ инду)(ции) У Обмотки 21 третьей группы для компенсации разности У-компонентов магнитнойиндукции, 2 -обмотки 22 третьей групкомпенсации разности 2-комг)онектов магнитной индукции, стабилизатор 23 постоянного тока, первыйгенератор 2 синусоидального напряжекия, второй генератор 25 синусоидального капрянекия блоки 26 и 27Обработки сигнала фотоприемникабло)( 28 автоматической компенсациивариаций магнитной индукции, блок 29автоматицеской комп 1 нсации и измереНИЯ НЕОДНОРОДКОСтИ МаГНИтНОй ИНДУК"ции,,"О устройство для измерения неоднородно;ти статической магкитной индукцииваботае") следую)ги образомСает от спектральной лампы 1 про. ходят через круговые поляризаторы55 2 и 3 и далее через оптические поглощающие ячейкии 5 где производитОптицескую какач)(у атомов рабоцеговещества, находящихся гОд ВоздейстФормула изобретения 5 892вием сверхслабого постоянного магнитного поля Во и двух переменных магнитных полей 8 ооз и 1 и Всов Я 1, приложенных перйендикулярно лучу света спомощью обмоток 10 - 13, подключенных через конденсаторы к генераторам24 и 25 синусоидального напряжения,Сверхслабое магнитное поле Вв пред-.ставляет собой остаточное поле, получающееся путем компенсации, окружающего магнитного поля с помощью об"моток 8 - 13, питающихся от стабилизатора 23 тока.В этих условиях атомы рабочеговещества испытывают параметрический .резонанс в окрестности нулевого магнитного поля и электрические сигналы, регистрируемые Фотоприемниками6 и 7, содержат три переменные составляющие амплитуды которых пропорциональны в первом приближении соответствующим компонентам магнитной индукции ВоВохВою ф В ох Каждаяиз этих амплитуд выделяется в соответствующем канале блоков 26 и 27обработки сигнала Фотоприемника. Сигналы с выходов соответствующих каналовблока 26 поступают далее в блок 28автоматической компенсации вариаций,исполнительными элементами которогоявляются обмотки 14-19.Блок 28 автоматически поддерживает значение тока компенсации, соответствующее нулевому значению магнитнойиндукции в объеме каждой оптическойпоглощающей ячейки 4 и 5 при однородных,вариациях окружающего магнитного поля.Таким образом, если окружающее магнитное поле и его вариации однородны,то вобъеме каждой ячейки поддерживаетсянулевое значение постоянной магнитной индукции. Если окружающее магнитное поле неоднородно, то в объеме ячейки 5 будет действовать нескомпенсированное магнитное полеВо,инФормация о котооом регистрируетсяФотоприемником 7, как описано выше,Сигнал с Фотоприемника 7 поступаетв блок 27 обработки сигнала и далеев блок 29 автоматической компенсациии измерения неоднородности, исполнительными элементами которого являются соответствующие обмотки 20-22трехкомпонентной системы мер магнитной индукции, Данное устройство автоматически поддерживает нуль сигналапо каждой компоненте так как магнитная индукция в объеме ячейки 5 компенсируется к нулевому значению,ИнФормация о разности компонент магнитной индукции в объемах ячеек 4 и5 получается путем измерения токовкомпенсацйи, создаваемых блоком 29в обмотках 20-22, В отсутствии неоднородности окружающего магнитногодоля эти токи равны нулю,Предлагаемое устройство позволяет одновременно измерять три составляющие тензора неоднородности магнитной индукции с помощью двух квантовых преобразователей, основанныхна принципе параметрического резонанса. Как известно предельная чувствительность этих преобразователей составляет величину порядка 10 " 10 Т,что на один два порядка выше чувствительности обычных резонансных преобразователей с оптической накачкой,Кроме того, уменьшается порог чувствительности по сравнению с известным,Устройство для измерения неоднородности магнитной индукции, содержащее две идентичные оптические поглощаю 5 В щие ячейки, расположенные на базовом расстоянии друг от друга, узел передачи излучения спектральной лампы, образующий две оптические оси, по каждой из которых расположены круговой поляризатор, одна из указанных ячеек и фотоприемник, два блока воздействия на поглощающие ячейки, два блока обработки сигнала, входы которых соединены с соответствующими фотоприемниками и блок автоматической компенсации и измерения неоднородности магнитной индукции, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыше-.ния,быстродействия измерения, в него введены стабилизатор постоянного тока, подключенные к нему через конденсаторы два генератора синусои" дального напряжения, блок автомати" ческой компенсации вариаций магнитной индукции, при этом соответствующие 5 Оопорные входы Х-каналов обоих блоков обработки сигнала соединены спервым и вторым генераторами синусои"дального напряжения, опорные входы2"каналов указанных блоков соединены 55с первым генератором, аопорные вхо;ды У-каналов указанных блоков соеди-нены со вторым генератором; выходыканалов, первого блока обработки сигВНИИПИ Заказ 11250/69 Тираж 735 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,нала соединены с соответствующими входами блока автоматической компенсации вариаций, а выходы каналов второго блока обработки сигнала соединены с соответствующими входами блока автоматической компенсации и измерения неоднородности магнитной индукции.2. Устройство по п,1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оба блока воздействия на поглощающие ячейки выполнены в виде двух трехкомпонентных систем мер магнитной индукции, первая из которых содержит две группы Х,У, 7-обмоток, а вторая - три группы Х У 7 обмоток с соответствующими ортогональными магнитными осями Х, У., 7 Х, У, 7, одноименные оси каждой системы параллельны друг другу, а две из них расположенные я направлении базы, совпадают между собоЙ; обмотки первой и второй группы первой системы мер идентичны соответствующим обмоткам второй системы мер, одноименные сбмотки первой груп пы каждой системы мер соединены последовательно и согласно и подключены к стабилизатору постоянного тока,,кроме того, обмотки 7, 7 и У, У первой группы обеих систем, через конденсаторы подключены каждая соответственно к первому и второму генераторам синусоидального напряжения;одноименные обмотки второй группы каждой системы мер соединены последовао тельно и согласно и подключены к выходам одноименных каналов блока автоматической компенсации вариаций; третья группа Х,У, 7 -обмоток второй сис 1темы мер подключена к одноименным вы"ходам трехканального блока автоматической компенсации и измерения неоднородности магнитной индукции приэтом указанные оптические оси совпадают с Х и Х - осями указанных трех":в компонентных систем мер магнитной индукции,Источники информации принятые во внимание при экспертизе 1, Патент 0 ША Р 3252081,кл, Д 01 В 33/02, 1960,