Способ измерения неоднородности магнитной индукции в экранируемом объеме Советский патент 1985 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к области магнитных измерений в частности для измерения градиента остаточной магнитной индукции в экранируемых объемах. Известен способ измерения неоднородности магнитной индукции - - основаннБЕй на измерении ширины лин магнитного резонанса оптически ори тированнык атомов в присутствии бу ферного газа. На атомы рабочего вещества воздействуют резонансным световым излучением, переменным и постоянным:, магнитными полями,напр леШными вдоль света.При этом прово оптические детектирования сигнала оптического резонанса, по ширине л нии которого определяют неоднородность магнитной индукций П. Недостатком данного способа являе ся необходимость использования постоянного магнитного поля, минимальное значение которого 1 3, Это поле намагничивает материал экрана что сужает возможности использован известного способа для измерения неоднородности магнитной индукции в размагничивающих экранирующих системах. Наиболее близкш- к изобретению является способ,при котором сравнивают эффективность воздействия измеряемого магнитного поля и свет известной интенсивности на парамагнитные атомы, напряженность магнитного поля определяют по интенсивности ориентирующего света. При этом вводят вспомогательное магнитное поле, перпендикулярное лучу света и вращающееся вокруг не с частотой uij. В этом случае воздействие внешнего перпендикулярног лучу магнитного поля приводит к появлению модуляции проходящего света с частотой ш. Амплитуда модуляции при этом пропорциональна з ченизо ИНДУ1СЦИИ измеряемого поля, неоднородность поля рассчитывают п в,-г, . формуле г- г Недостатком известного способа является обязательная операция по перемещению ячейки датчика внутриэкранируемого . объема на расстояние г, которое не может быть менее диаметра ячейки cJ . Перемещение ячейки датчика требует ввода дополнительного механиз ма, который осуществляет перемещение с некоторой погрешностью. Цель изобретения - повьш1ение 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 магнитной Вр-л8 индукции дв где дВр - ширина линии оптического резонанса в исследуемом магнитном поле; л BO - ширина линии оптического резонанса в однородном магнитном поле; d - диаметр ячейки датчика. На фиг.1 приведена прецессия векторов намагниченности fn в полях В и BZ ; на фиг.2 - изменение средней намагниченности атомов по оси X при воздействии поля В , разворачиваемого вблизи нуля по оси Z ; на фиг.3 - изменение намагниченности по оси X при прохождении ПОЛИ В ц вблизи нуля. Сущность способа заключается в следующем. Помещают стеклянную ячейку с парамагнитными атомами и буферным газом в неоднородное магнитное поле со средним значением магнитной индукции 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-поляризовэнного излучения б, а ось 02 - с направлением вспомогательного переменного магнитного прля §., (фиг.) Рассмотрим процессы,протеканлцие в ячейке под воздействием циркулярно-поляризованного резонансного излучения и неоднородного магнитного поля. Ячейку условно разбивают на множество элементарных объемов i в каждом из которых значение магнит ной индукции (TBi можно считать пост янным. Векторы сЛб равномерно распределены в ячейке, причем ZjcA р, 0, так как среднее значение индукции равно нулю. Все векторы сГВ; проектируют на ось и суммируют проекции по числу элементарных объемов. Проекции, направ ленные по оси Oz, при суммировании дают величину вектора В В. а противоположные проекции при суммировании - величину вектора В S «ЛВ. (фиг,). С еднее значениеиндзгкции равно нулю, поэтому . Модули векторов харак теризуют величину неоднородности поля. Под воздействием резонансного циркулярно-поляризованного излучения атомы парамагнитного вещества ориентируются и создают намагниченность (т)вдоль оси ох. Сразу после ориентации вектор fn совершает прецессию вокруг направления вектора магнитной индукций. Направление прецессии векто ра Л за висит от направления вектора магнит ной индакции. Если в i-м объеме проекция положительна, то атомы 8 нем прецессируют по часовой стрелке, если проекция ,-., направлена против оси О2, то направление преце:ссии противоположно. Условно этот процесс можно изобра зить разбиением вектора намагниченности m на две компоненты правовращающзтося fn+ и левовращающуюся т , Компонента в суь&к намагниченность атомов, прецессирующих по часовой стрелке вокруг вектора Ё , а компонента т прецессирует в обратном направлении вокруг вектора В (на фиг.1 траектория движений векторов ni- изо ражена пунктиром ), В случае когда среднее значение магнитной индукции равно нулю и . J, I 1В I , компоненты намагниченности равны между собой и пре-, .цессируют в противоположной фазе с оданаковой угловой скоростью знаковой угловой скоростью U) Jl уН| (В, АлН2 ), Так как велич «t Bj и В малы, то скорости пре f- - : - -. .цессии также малы, поэтому ориенти рованные атомы не успевают соверша более одного оборота и,теряют орие тацию вследствие тепловой релаксац 84 Суммарное воздействие излучения, магнитного поля и релаксации создает распределение намагниченности, средняя величина которой отличнач от нуля. Средняя намагниченность атомов сохраняется неизменной по величине и совпадает по направлению с осью ох, когда , т.е, среднее значение магнитной индукции в измеряемом объеме равно нулю. Если к ячейке вдоль оси 2 приложить постоянное магнитное поле с индукцией BK , 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 z , тогда оно вызывает частичную компенсацию компоненты В и увеличивает компоненту В . Это приводит к изменению 1 частот прецессии векторов и и fn , -.1, частотапрецессиивектора fn- уменьшается, а частота ,; шрецёссий вектора w увеличивается. Физически это означает, что в тех элементарных объемах, в которых проекция jJB2 отрицательна, прекращается прецессия атомов, что приводит к изменению величины и Hariравления средней намагниченности атомов. Суммарный вектор намагниченности отклоняется от направления оси ок, а его проекция на эту ось зависит от величины приложенного поля В СФИГ.26), При выполнении равенства 1Вк.1 iBjl компонента ni- не, прецессируёт,, а проекция сзгммарного вектора намагниченности на ось к максимальна. Известно, что намагниченность ..гг атомов можно детектировать оптически, так как светопропускание ячейки пропорционально намагниченности. . fПри соблюдении условия 1Вк1 |В Iсветопропускание ячейки максимально, исходя из чего можно определить величину компоненты В . Изменив направление поля В на противоположное, аналогичным образом исключив прецессию компоненты ; ffi, можно определить величину В Если приложенное поле Вц изменять вблизи О по линейному закону от В до + Вр (фиг.За), то при переходе через точки В и В наблюдается максимальная намагниченность атомов. Оптическое детектирование позволяет

получить результирующую зависимость намагниченности т + гп от величины магнитной индукции (фиг .-Зб из которой определяется ширина линии дВр |В 1+ IBII и рассчитывается неоднородность поля.

Преобразователь размещают внутри экранирующей системы. В состав преобразователя входят чувствительный элемент - ячейка датчика с парами парамагнитного вещества и буферным газом, трехкомпонентная система катушек, устройство ввода и вьшода излучения,. На чувствительный элемент воздействуют резонансным светом с поляризацией и переменным магнитным полем с частотой и)„. Избирают направление переменного поля перпендикулярно направлению распространения света и осуществляют по перечную оптическую накачку. Интенсивность проходящего излучения регистрируют фотоприемником, сигнал с которого ф шьтруется и усиливается н частоте ю , поступа ет на синхронный детектор и затем на самописец. Вдоль направления переменного магнитного поля прикладьюают магнитное поле.

которое плавно по линейному закону изменяют от величины -В до +В, . Величина В определяется степенью неоднородности поля в экране и не превьш1ает Тл. При прохождении магнитного поля через нуль регистрируют резонанс нулевого порядка и выделяют синхронным детектором дисперсионную составляющую резонансного сигнала. Сигнал с синхронного детектора регистрируют самописец по оси о , по оси OV регистрируют величину изменяемого магнитного поля, записьгоают контур резонансной линии и измеряют ее ширину.

Таким образом, при данном способе исключается операция смещения ячейки и переориентации, сокращается число 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 повьш1ает коэффициент экранирования системы.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТИ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В ЭКРАНИРУЕМОМ ОБЪЕМЕ, включающий воздействие на ячейку датчика, основан ного на параметрическом резонансе оптически ориентированных атомов магнитным полем и измерение ширины линии оптического резонанса, отличающийся тем, что, с б 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 поле и определяют значение - неоднородности магнитной индукцииi Д8 %- ЛВр - ширина линии оптического где резонанса в исследуемом (П магнитном поле; Л BO - ширина линии оптического резонанса в однородном магнитном поле; с - диаметр ячейки датчика. сд 4 00 00

Редактор О.Головач

3364/45Тиргш 748Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и .открытий 113035,МоскБа,Ж-35,Раушская наб.,д.4/5

Филиал ППП Патент,г.Ужгород, ул.Проектная,4 Составитель В.Шульгин Техред М.Кузьма Корректор И.Муска