Способ настройки частоты радиополя на центр резонансной линии Советский патент 1992 года по МПК G01R33/20 

Изобретение относится к квантовой магнитометрии и может быть использовано при разработке магнитометрической аппаратуры, имеющей повышенную точность настройки частоты опорного генератора на центр резонансной линии при формировании вынужденной прецессии в Мх-магнито- метрах.

Цель изобретения - повышение точности настройки частоты радиополя на центр резонансной линии при детектировании Мх- сигнала вынужденной прецессии.

На фиг.1 показано сканирующее поле Нт с частотой Шп в моменты появления Мх-сигналов при прямом и обратном ходах развертки магнитного поля; на фиг.2 - блок- схема квантового Мх-магнитометра со схемой, реализующая предложенный способ настройки частоты радиополя на центр резонансной линии; на фиг.З - эпюры, поясняющие работу блок-схемы.

Блок -схема содержит датчик Мх-маг- нитоматра, генератор 2 пилообразного напряжения ( ГПН), генератор 3 радиочастоты ( ГРЧ), формирователь 4 импульсов счета, кварцевый 5 генератор, счетчика 6 и 7, логическое устройство 8 и интегратор 9.

Выбор параметров модуляции магнитного поля в предлагаемом способе обусловлен требованием реализации максимального фактора качества формируемого Мх-сигнала и соответствует условию прохождения резонансной области, когда полностью исчезают релаксационные биения, связанные с интерференцией вектора намагниченности инвектора эффективного поля. При этом детектируемые сигналы эквивалентны сигналам свободной прецессии, с тем отличием, что их период

VI

СО ND GJ О vj

уменьшается со временем. Амплитуда сигнала вынужденной прецессии S, определяемая скоростью прохождения резонансных условий, стремится к нулю при к величине стационарного сигнала спиновой прецессии Sx при Нт . Максимальный фактор качества регистрируемого Мх-сигна- ла достигается при Нт 10 ДчУуи (От 1(Г2 AV , где Av - ширина резонансной линии, у - гиромагнитное отношение, когда отношение величин сигналов S и Sx составляет) Ti/T2 , где Ti и Т2 - время продольной и поперечной релаксации атомов рабочего вещества, а ширина линии детектируемого сигнала обусловлена только релаксационными процессами и не подвержена эффекту радиочастотного уширения.

При увеличении скорости прохождения резонансной области имеет место увеличение смещения максимума сигнала от центра резонансной линии.

В предлагаемом способе отмеченный недостаток автоматически исключается тем обстоятельством, что сигнал вынужденной прецессии фиксируется в различные моменты времени и ti+i, соответствующие прямому и обратному ходу развертки поля, а сдвиг частоты, соответствующий положению максимума Мх-сигнала, имеет одинаковую величину, но разные знаки при прямом и обратном ходе гармонической развертки магнитного поля.

Способ настройки частоты радиополя на центр резонансной линии реализован следующим образом. Датчик Мх-магнито- метра выдает последовательность импульсов вынужденной прецессии, амплитуда которых раза превосходит амплитуду стационарной вынужденной прецессии. Импульсы соответствуют прямому и обратному ходу развертки поля Но. Развертка поля Но осуществляется током ГПН, подаваемым в катушки, расположенные в датчике вдоль поля Но.

С выхода датчика Мх-магнитометра импульсная последовательность подается на вход формирователя 4 импульсов счета, на другой вход которого подаются импульсы с ГПН (фиг.За), соответствующие прямому и обратному ходу развертки поля. Формирователь 4 импульсов счета формирует импульсы так, что начало импульса счета на первом выходе соответствует всегда прямому ходу развертки поля (фиг.Зг), а на втором выходе обратному ходу развертки поля (фиг.Зд).

Посредством счетчиков 6 и 7 происходит преобразование длительностей импульсов счета, соответствующих (tj-n-ti)(ti+2-ti+i),

в соответствующие двоичные коды. Логическое устройство 8 производит сравнение поступающих на входы двоичных кодов и выдает на выходе напряжение (+) или (-) в зависимости от того, какая величина двоичных кодов больше.

С выхода логического устройства 8 напряжение поступает на вход интегратора 9, изменяя напряжение на его выходе так, что,

поступая на управляющий вход ГРЧ 3, производит его перестройку до тех пор, пока не сравняются периоды следования импульсной последовательности ti+1-ti , что соответствует равенству частоты ГРЧ частоте Ларморовой прецессии.

Кроме того, за счет увеличения разрядности счетчиков б и 7 можно достичь высокой точности в настройке ГРЧ 3 до равенства TH-I-II ti+2-tj+i. Таким образом,

точность настройки ГРЧ на резонансную частоту будет определяться в основном фактором качества резонансной линии. Этот параметр в предлагаемом способе формирования сигнала вынужденной прецессии и

способе настройки на центр резонансной

линии гораздо выше, чем в стационарном

методе вынужденной прецессии, которую в

основном используют в Мх-магнитометрах,

Технико-экономическая эффективность

предложенного способа настройки частоты радиополя на центр резонансной линии заключается в том, что внедрение предложенного способа позволит в целом повысить точность измерения магнитного поля за

счет увеличения отношения сигнал/шум примерно в tfTi/T2 .

Формула изобретения Способ настройки частоты радиополя на центр резонансной линии, заключающийся в оптической ориентации атомов циркулярно поляризованным светом, ориентированным вдоль постоянного магнитного поля, индуцировании переходов между замановскими подуровнями атомов с помощью радиочастотного поля при периодическом сканировании постоянного магнитного поля и детектировании сигнала вынужденной спиновой прецессии с помощью зондирующего циркулярно поляризованного света, направленного ортогонально постоянному магнитному полю, отличающийся тем, что, с целью повышения точности настройки частоты радиополя на центр резонансной линии при

детектировании сигнала вынужденной прецессии, значения частоты сканирования выбирают равной , а амплитуду развертки, равной 10 Av/y, детектируют импульсную последовательность сигналов

вынужденной прецессии в моменты времени, соответствующие вхождению в зону резонанса при прямом и обратном ходе развертки сканирования, формируют сигнал рассогласования в соответствии с диск- риминаторной характеристикой путем сравнения временных интервалов прохождения резонансной области в различных периодах сканирования, который

перестраивает частоту радиополя до выполнения равенства

ti+1-ti ti+2-ti+1,

где ti+i - момент детектирования при обратном ходе развертки;

ti, т.н-2- момент детектирования при прямом ходе развертки;

Av - ширина резонансной линии;

у- гиромагнитное отношение.

Изобретение относится к магнитометрии. Сущность изобретения: при настройке квантовых магнитометров на ЯМР-резонанс формируют новым способом сигнал рассогласования в соответствии с дискриминаторной характеристикой путем сравнения временных интервалов ti+1-ti и ti+2-ti-n, где ti и ti+a - моменты формирования Мх-сигнала магнитного резонанса при прямом ходе развертки поля модуляции; ti+1 - момент формирования Мх-сигнала при обратном ходе развертки поля модуляции. Сигнал рассогласования перестраивает радиополе до равенства периодов tj+1-ti-и tj+2-ti-n, что соответствует равенству частоты радиополя частоте Ларморовской прецессии. Параметры поля модуляции выбираются из условия максимального фактора качества формируемого сигнала и соответствуют (От к Av и Нт « 10 A.V/у , rfleAv - ширина резонансной линии; у- гиромагнитное отношение. 3 ил. С/ С

н

ipue.f

$иг.Ј

Фиг.З