Магнитометр

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоциалкстинесккк(22) Заявлено 19.05.80 (21)2926499/18-21 с присоединением заявки МоС О 1 а ЗЗ/08 Государственный комитет ссср ио делам изобретений и открытийОпубликованО 300782 Бюллетень Мо 28 Дата опубликования описания 30.07.82 т(71) Заявитель ГНИТОИЕ обретение относитс ениям и может быть остроения магнитом рованные датчики к феррозондрвые, к е) характеризуются выхода на рабочий т магнитные поля н еском пространств к магнитным использовано тров, термоторых (кванарцевые и малым врережим и изЗемле и в измер для и стати товые други Менем меряю космич Фйок Известны магнитометры, в которыхчувствительный элемент датчика магниного поля термостабилизируется путемобогрева его тепловой энергией отпротекания тока по бифилярной обмотке, намотанной на чувствительный элемент, например ячейку поглощенияквантованного датчика с оптическойнакачкой 1,Однако указанные магнитометры,термостатированные датчики которыхне герметичны, имеют различное время выхода на рабочий режим в зависимости от внешних условий - влажности, окружающей температуры в других.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является магнитометр содержащий квантовый датчис оптической накачкой. Он содержит вакуумированный квантовый датчик, заполненный инертным газом, термоэлемент, радиочастотную катушку и фотоприемник, размещенные в квантовом датчике, последовательно подключенные к кватовому датчику источник высокочастотной мощности и блок регулирования, усилитель сигнала прецессии, вход которого соединен с фотоприемником, а выход усилителя с радиочастотной катушкой этого датчика и с блоком регистрации Ю.Недостатками этого магнитометра являются медленный нагрев датчика магнитометра от тепла спектральной лампы (,эа счет конвекции ) и, особей- но, в области низкой окружающей температуры, снижение срока службы спектральной лампы, и особенно, при работе датчика магнитометра в области низкой окружающей температуры. Данный недостаток вызван тем, что спектральная лампа выступает не только как источник света оптическо накачки, но и как источник тепла. П этому в области низкой окружающей температуры требуется большая отдача тепла с поверхности баллона спектральной лампи. Это приводиттате магнитного резонанса Го =А Н(где Но - напряженность измеряемогомагнитйого поля, Л :уЪВ - гиромагнитное отношение атомов в ячейке 9 поглощения) поступает в блок 17регистрации и на радиочастотную катушку 8 датчика 1. Таким образомцепь обратной связи лагнитометразамыкается.Сигнал магнитного резонанса в вакууМированном квантовом датчике формируется традиционным образом. Свечение спектральной лампы 5 возбуждается благодаря действию в ней безэлектродного высокочастотного разряда, который осуществляется путемподведения напряжения высокой частоты к обкладкам конденсатора 4 от источника 15 высокочастотной мощности.Пройдя фокусирующую линзу 6, цирку лярный поляризатор 7 свет спектральной лампы 5 приобретает параллельность б+ (или й поляризациюи падает на ячейку 9 поглощения,содержащую рабочий атомный газ щелочного металла, например изотопы калия(К 4"),После прохождения ячейки 9свет фокусируется на фотоприемник 11,с которого снимается напряжение сигнала процессии. Фазовая когерент О ность в коллективе атомов в ячейке 9осуществляется радиочастотным полем,созданным радиочастотной катушкой 8.Тепловой режим датчика магнитометра обеспечивается двумя независимыми каналами.Первый канал термостатированияквантового датчика состоит в отборетепла от его спектральной лампы 5, которая при свечении имеет температу, ру -110 С и нагревает, таким образом,50,инертный газ, например, канон (-хе,закачанный во внутренний объем датчика 1. Поскольку элементы датчика1 (фокусирукщие линзы б, циркулярный поляризатор 7, ячейка 9 поглоще ния, фотоприемник 11) закреплены настержневых растяжках 3, то тепло"вая конвекция является эффективнойи в объеме датчика 1 создается однородная температура. Температура бал лона Я 10 оС спектральной лампы 5поддерживается постоянной путемсъема сигнала с контрольного Фотодиода 13, который через блок 14 регулирования,включен в цепь управления источника 15 высокочастотной мощк изменению структуры стекла лампыстекло темнеет и оптические парамет- .ры лампы изменяются.Эти недостатки приводят к большо"му времени выхода датчика, а следо"; вательно и всего магнитометра на рабочий режим в области низкой окружающей температуры.Цель изобретения - сокращение времени готовности датчика магнитомет"ра к работе в широком диапазоне внеш"Оей температуры.Поставленная цель достигается тем,что в магнитометр, содержащий вакуумированный квантовый датчик, заполненный инертным газом, внутри которогоразмещены термоэлемент, радиочастотная катушка и фотоприемник, последовательно подключенные к входу вакуумированного квантового датчика, источник высокочастотной мощности и блокрегулирования, усилитель сигнала процессии, вход которого соединен сфотоприемником вакуумированного квантового датчика, а выход - с радиочастотной катушкой этого датчика и сблоком регистрации, введены последовательно соединенные, между собой блокуправления и дополнительный источниквысокочастотной мощности, а также,установленныЕ в вакуумированном квантовом датчике, кольцевые разрядныеэлектроды, которые подсоединены квыходу дополнительного источника высокочастотной мощности, а вход блока управления подсоединен к термо 1 элементу вакуумированного квантового датчика.На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого магнитометра.Магнитометр содержит заполненныйинертным газом, вакуумированный кван"товый датчик 1, с двойными стенками, вакуумный промежуток 2 между ними, стержневые крепежные растяжки3, на которых в квантовом датчике 1размещены обкладки конденсатора 4со спектральной лампой 5 в них,фокусирующие линзы б, циркулярныйполяризатор 7, радиочастотную катушку 8, ячейку 9 поглощения, термоэлемент 10, фотоприемник 11, разрядныекольцевые электроды 12 и контрольный фотодиод 13. К входу квантовогодатчика 1 подсоединены последовательно соединенные между собой блок14 регулирования и источник 15 высокочастотной мощности. К фотоприемнику 11 вакуумированного квантовогодатчика 1 своим входом подключенусилитель 16 сигнала прецессии, выход которого подключен к блоку 17регистрации и к радиочастотной катушке 8. Кольцевые разрядные электроды 12 подсоединены к выходу дополнительного источника 18 высокочастотной мощности, к входу которого подключен выход блока 19 управления,а вход блока 19 управления подсоединен к термоэлементу 10 вакуумированного квантового датчика 1,Магнитометр работает следующим образом.Сигнал процессии атомов ( или ядер) с датчика 1 магнитометра снимается с фотоприемника 11 и поступает на входусилителя 16 сигнала прецессии. С выхода усилителя 16 сигнал на .часности. Давление инертного газа подбирается такой величины, чтобы ячейка 9 поглощения не перегревалась от тепла спектральной лампы) при работе датчика 1 в условиях положительной окружающей температуры+40 5 60 С. Для уменьшения рассеяния тепола от датчика 1 в окружающее пространство корпус его выполнен с двойными стенками, разделенными вакуумным промежутком 2. 10Новым в магнитометре является введение второго канала термостатирования, который обеспечивает .как форсированный разогрев датчика, так и . выполняет роль резервированного ка нала теплово 1 о режима датчика 1. Дело в том, что в области низкой окружающей температуры - ЗОО С установление рабочей температуры а +62 ОС для ячейки с изотопом К 4")во внутреннем объеме датчика 1 за счет отдачи тепла от баллбна спектральной лампы 5 будет происходить достаточно длительное время=30 мин и более). Не исключено, что тепла от .спектраль .ной лампы 5 будет недостаточно для обогрева ячейки 9 поглощения. Поэтому для сокращения времени готовности дат.чика 1 магнитометра к работе в датчик 1 введены разрядные кольцевые электроды 12, к которым подводится высоко- частотное напряжение от дополнительного источника 18, связанного последовательно через блок управления 19 с термоэлементом 10, осуществляющем контроль рабочей температуры во З 5 внутреннем объеме датчика 1. При отсутствии заданной температуры инертного газа происходит возбуждение высокочастотного разряда между каждой парой кольцевых электродов 12, инерт ный газ переходит в (частично)плазменное состояние й температура его быстро повышается. При этом время разогрева датчика 1 может составлять единицы минут. 45Такой канал Форсированного разогрева и стабилизации температуры датчика 1 магнитометра в равной мере годится для различных типов датчиков магнито" метров - квантовых, Феррозондовых, , кварцевых и других.Использование предлагаемого магнитометра позволяет сократить время готовности его датчика и работы в широком диапазоне внешней температуры, и к тому же, сохранить во времени точностные характеристики за счет рыстрого нагрева датчика 1 магнитометра вследствие возбуждения во внутреннем объеме высокочастотного разряда в инертном газе, а также увеличение срока службы спектральной лампы 5 датчика 1 в области низкой окружающей температуры вследствие подведения дополнительной тейловой энергии в датчик 1 от инертного газа, в котором зажигается высокочастотный разряд, и .находящегося в плазменном состоянии.Таким образом, предлагаемый магнитометр, позволяет сократить время готовности датчика магнитометра к работе в широком диапазоне внешней температуры.Формула изобретенияМагнитометр, содержащий вакуумиро"ванный квантовый датчик, заполненныйинертным газом, внутри которого размещены термоэлемент, радиочастотнаякатушка и фотоприемник, последовательно подключенные к входу вакуумированного квантового датчика, источник высокочастотной мощности иблок регулирования, усилитель сигнала прецессии, вход которого соединен с фотоприемником вакуумированногоквантового датчика, а выход - с радиочастотной катушкой этого датчикаи с блоком регистрации, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью сокращения времени готовности датчика магнитометра к работе в широком диапазоне внешней температуры, в него введены последовательно соединенные междусобой блок управления и дополнительный источник высокочастотной мощности, а также установленные в вакуумированном квантовом датчике кольцевые разрядные электроды, которые подсоединены к выходу дополнительногоисточника высокочастотной мощности,а вход блока управления подсоединенк термоэлементу вакуумированного квантового датчика.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Геофизическая аппаратура, Сборник статей, вып. 53, "Недра", 1975,стр. 37.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2764525/18-21,1979,ек тор Ю. Макаре нко е лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Заказ 5645/69 Тираж 717ВНИИПИ Государственного ио делам изобретений 113035; Москва, Ж"35,Подпискомитета СССРоткрытийушская наб., д.