Способ измерения неоднородности магнитной индукции в экранируемом объеме

(5) С 01 К 3302 ОЛИСАЯИЕ ИЗОБРЕТЕНИН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ь,д ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1.Померанцев Н.М., Рыжков В.М, Скроцкий Г.В, физические основы квантовой магнитометрии. М., "Наука", 1972, с.157-171.2.Авторское свидетельство СССР У 176976, кл.с 01 К 3302,1965. С 54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТИ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В ЭКРАНИРУЕМОМ. ОБЪЕМЕ, включающий воздействие на ячейку датчика, основан .ного на параметрическом резонансеоптически ориентированных атомовмагнитным полем и измерение ширинылинии оптического резонанса, о т "л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, предварительно измеряют ширину линии оптического резонанса в однородном магнитном поле, затем создают линейно изменяющееся магнитное поле, измеряют ширину линии оптического резонанса в линейно изменяющемся пол и определяют значение .неодноАВгродности магнитной индукции ЬВр - ширина линии оптическогорезонанса в исследуемоммагнитном поле;аВ - ширина линии оптическогорезонанса в однородноммагнитном поле 30 - диаметр ячейки датчика,1157 50 Изобретение относится к областимагнитных измерений", в частностидля измерения градиента остаточноймагнитной индукции в экранируемыхобъемах, 5Известен способ измерения неоднородности магнитной индукцииоснованный на измерении ширины линиимагнитного резонанса оптически ориен-.тированных атомов в присутствии буферного газа. На атомы рабочего, вещества воздействуют резонанснымсветовым излучением, переменным ипостоянным . магнитными полями,направлеиными вдоль света.При этом проводят 5оптические детектирования сигналаоптического резонанса, по ширине линии которого определяют неоднородность магнитной индукции 3.Недостатком данного способа является необходимость использованияпостоянного магнитного поля, минимальное значение которогоЭ. Этополе намагничивает материал экрана,что сужает возможности использования 25известного способа для измерениянеоднородности магнитной индукциив размагничивающих экранирующихсистемах.Наиболее близким к изобретению З 0является способ,при котором сравнивают эффективность воздействияизмеряемого магнитного поля и светаизвестной интенсивности напарамагнитные атомы, напряженностьмагнитного поля определяют по интенсивности ориентирующего света,"При этом вводят вспомогательноемагнитное поле, перпендикулярноелучу света и вращающееся вокруг него 40с частотой ым. В этом случае воздействие внешнего перпендикулярноголучу магнитного поля приводит кпоявлению модуляции проходящегосвета с частотой ш. Амплитуда модуляции при этом пропорциональна значению индукции измеряемого поля,неоднородность поля рассчитывают поарФОРМУЛЕ - л11.Недостатком известного способаявляется обязательная операция поперемещению ячейки датчика внутри.зкранируемого . объема на расстояние у р которое не может быть менеедиаметра ячейки д,Перемещение ячейки датчика требует ввода дополнительного механиз-. 488 гма, который осуществляет перемещение с некоторой погрешностью.Цель изобретения - повышение точности измерений неоднородности магнитной индукции.Поставленная цель достигается тем, что при способе, включающем воздействие на ячейку датчика, основанного на параметрическом резонансе оптически ориентированных атомов магнитным полем и измерение ширины линии оптического резонанса, предварительно измеряют ширину линии оптического резонанса в однородном магнитном поле, затем создают линейно изменяющееся магнитное поле, измеряют ширину линии оптического резонанса в линейно изменяющемся поле и определяют значение неоднородности магнитнойггде дВр - ширина линии оптического резонанса в исследуемом магнитном поле;йбо - ширина линии оптическогорезонанса в однородноммагнитном поле;д - диаметр ячейки датчика.На фиг. приведена прецессия векторов намагниченности - М в полях В и Ву , на фиге 2 - изменение средней намагниченности атомов по оси Х при воздействии поля В разворачиваемого вблизи нуля по оси г; на фиг.З - изменение намагниченности по оси Х при прохождении поля В вблизи нуля.Сущность способа заключается в следующем.Помещают стеклянную ячейку с парамагнитными атомами н буферным газом в неоднородное магнитное поле со средним значением магнитнойфиндукции В " О в измеряемый объем. При этом совмещают геометрический центр ячейки с центром декартовой системы координат так, что ось ох совпадает с направлением распростра" нения циркулярно-поляризованного излучения 6+, а ось Ог - с направлением вспомогательного переменного магнитного поля В., фиг.).Рассмотрим процессы, протекающие в ячейке под воздействием циркулярно-поляризованного резонансного излучения и неоднородного магнитного поля. Ячейку условно разбивают на множество элементарнык объемов88 30 з 11574в каждом из которых значение магнитной индукции д"В можно считать постоянным.Векторы дВ; равномерно распределены в ячейке, причем Х,с р; -= О, так как среднее. значениеиндукции равно нулю. Все векторы КВ, проектируют на ось исуммируют проекции по числу элементарных объемов. Проекции, направленные по оси Ог, при суммировании 1 Одают величину вектора В = Ц;В;а противоположные проекции при суммировании - величину вектора ВХ д"В;. (фиг,1). Среднее значение индукции равно нулю, поэтому 5В ) = ) В) . Модули векторов характеризуют величину неоднородностиполя, Под воздействием резонансного циркулярно-поляризованногоизлучения атомы парамагиитного ве.Сразу после ориентации вектор йсовершает.прецессню вокруг направления вектора магнитной индукции. 25Направление прецессии вектора ю зависит от направления вектора магнитной инцукции. Если в 1-м объемепроекция Л 3; положительна, то атомы в нем,прецессируют по часовойстрелке, если проекция сгВ; направлена против оси Ог, то направление прецессии противоположно,Условно этот процесс можно изобра .зить разбиением вектора намагни 5ченности Б на две компонентыправовращающуюся вф и левовращающуюся гпКомпонента ь +- в сумменамагниченность атомов, прецессирукнцих по часовой стрелке вокругвектора В. , а компонента - прецессирует в обратном направлениивокруг вектора Вна фиг. траектория движения векторов ви в-изображена пунктиром ),45 В случае когда среднее значение магнитной индукции равно нулю и В ) )В), компоненты. намагниченности равны между собой и пре-, 50 цессируют в противоположной фазе с одинаковой угловойскоростью1-= ЭН (В МН 2 ). Так как величины В й В малы, то скорости пре,цессйи также йалы, поэтому ориентированные атомы не успевают совершать более одного оборота и,теряют ориентацию вследствие тепловой релаксации,Суммарное воздействие излучения,магнитного поля и релаксации создает распределение намагниченности,средняя величина которой отличнаот нуля, Средняя намагниченность атомов сохраняется неизменной по величине и совпадает по направлению с осью Ох, когда В 1 1 В ) в среднее значение магнитной индукции в измеряемом объеме равно нулю.Если к ячейке вдоль осиприложить постоянное магнитное поле с индукцией В , которое линейно разворачивается вблизи поля (фиг.З), то оно нарушает равенство компонент В+ и В . Допустим, что приложенное поле в некоторый момент времени направлено вдоль оси г , тогда оно вызывает частичную компенсацию компоненты В и увеличивает компоненту В. Это приводит к изменению ,частот прецессии векторов Й+ и в , причем частота прецессиивектора я- уменьшается, а частота,;1 прецессий 1 вектора 9 увеличивается.Физически это означает, что в тех элементарных объемах, в которых проекция ВВ отрицательна, прекращаетсяпрецессия атомов, что приводит к изменению величины и направления средней намагниченности атомов, Суммарный вектор намагниченности %в- отклоняется от направления оси ок, а его проекция иа эту ось зависит от величины приложен ного поля В (фиг,2 б). При выполнении равенства )В) = )В) компонента в- не,прецессирует, а проекция суммарного вектора намагниченности на ось х максимальна.Известно, что намагниченность, атомов можно детектировать оптически, так как светопропускание ячейки пропорционально намагниченности. При соблюдении условия 1 В = )В 1 светопропускание ячейки максимально, исходя из чего можно определить величину компоненты В Изменив направление поля В на противоположное, аналогичным образом исключив прецессию компоненты В+, можно определить величину Ва Если приложенное поле В изменять вблизи О по линейному закону от В, до + В, 1 фиг.За), то при переходе через точки В и В; наблюдается максимальная намагнйченность атомов, Оптическое детектирование позволяетполучить результирующую зависимость намагниченности т гп от величины магнитной индукции (фиг;Зб ); из которой определяется ширина ли" нии дВ =В1+Вг и рассчи 3 тывается неодйородность поля.Преобразователь размещают внутри экранирующей системы. В состав преоб разователя входят чувствительный элемент - ячейка датчика с парами 1 ф парамагнитного вещества и буферным газом, трехкомпонентная система катушек, устройство ввода и вывода излучения На чувствительный элемент воздействуют резонансным све- И том с поляризацией 6+ и переменным магнитным полем с частотой и. Избирают направление переменного поля перпендикулярно направлению распространения света и осуществляют по 30 перечную оптическую накачку. Интенсивность проходящего. излучения регистрируют фотоприемником, сигнал с которого фильтруется и усиливается на частоте и , поступает на синхронный М детектор и затем на самописец. Вдоль направления переменного магнитного поля прикладывают магнитное поле,которое плавно по линейному закону изменяют от величины -В до +Во ф Величина В, определяется степенью неоднородности поля в экране и не превышает 10 -10 Тл. При прохождении магнитного поля через нуль регистрируют резонанс нулевого порядка и выделяют синхронным детектором дисперсионную составляющую резонансного сигна-ла. Сигнал с синхронного детектора регистрируют самописец по оси ох, по оси о регистрируют величину изменяемого магнитного поля, записывают контур резонансной линии и измеряют ее ширину.Таким образом, при данном способе исключается операция смещения ячейки и переориентации, сокращается чис" ло операций, уменьшается общее время измерения, что позволяет наблюдать быстропротекающие изменения неоднородности магнитной индукции, связанные, например, с изменением температуры экранирующей системы. Кроме того, измерение проводят через одно отверстие в экранирующей системе, что повышает коэффициент экранирования системы.1157488 Фи Составитель ВД 1 ульгинедактор О,Головач Техред М,Кузьма Корректор И.Муск Подпис Заказ Т арственн зобретеи афБ"35,Р1157488 Составитель В.ШульТехред М,Кузьма 364/45 Т НИИПИ Государственн по делам изобретен 13035,Москва,Ж,Р ак одпи Фили Патент",г.ужгород, ул.Проектн Редактор О,Голо раж 748го комитета Сй н открытийушская наб.,д Корректор И.Муска