МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИЙ ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Советский патент 1973 года по МПК H01S3/10 

1

1-1зобретение относится к области автоматики.

Известны метрические частотные преобразователи, содержащие две магнитные системы с установленными в них рабочим л опорным квантовыми датчиками, обмотки которых подключены через усилители к фотодетектору и фазовому детектору, а также генератор высокой частоты, поиключенный через блок управления к выходу фазового детектора и соединенный со онбктральной , перед которой установлен круговой поляроид.

Недостаткам таких нреобразователей является низкая номехозащищенность от воздействия внешних магнитных полей помех.

Предложенное устройст1во отличается тем, что оно содержит магнитный компенсатор, сверхпроводящий экран с укрепленными в нем световодами и блок криостата, вход которого соединен с выходом блока управления. Магнитные системы вместе с рабочим и олорным .квантавьши датчиками помещены внутрь сверхпроводящего экраиа и соединены световодами, расположенными на адной оси между круговым поляроидом и фотодетектором. Магнитный КО|Мпенсатор установлен в магнитной системе с онорньгм датчиком и подключен к выходу фазового детектора. Магнитные системы рабочего и опор-ного датчи1ков выполнены в виде сферических обмото1к, установленных плоскостью витков под углом к направлению распространения света в световодах и обоих к;ванто1вых датчиках.

Это .позволило повысить ломехоустойчивость и упрост1ить конструкцию устройства.

На чертеже показаиа схема магнито1метрического частотного преабразсвателя.

Он содержит сверхпроводящий экран /, рабочий квантовый датчик 2, опорный квантовый датчик 3, магнитные системы 4, световоды 5, круговой поляроид 6, спектральную лампу 7, фотодетектор 8, сфер/ичеакие обмотки Я магнитный .комненсатор 10, усилители У/ и 12, фазовый детектор 13, генератор высокой частоты 14, блок управления 15 и блок криостата 16.

Квантовые датчики 2 л 3 окружены магнитнымл системами 4 и помещены в сверхпроводящий акрнн . Возбуждение (накачка) рабочего вещества датчиков (2 и 3) осуществляется монохроматическим, поляризованным на круговом поляроиде 6 светом, поступающим по световодам 5 от спектральной лампы 7, питаемой высокочастотным генератором 14. На выходе кваитовых датчиков 2 и 3 установлен фотодетектор 8. В схеме преобразовател я имеются усилители // и 12, фазовый детектор 13 и блок управления 15. Для коррекции поля в объеме опорного датчика установлен магнитпый КОмпенсатор Ю,

а для перевода и поддерживания экрана 1 в оверхпрО)ВОДя-щем состоянии блок а1втоматик;1 криостата 16 (криостат .на чертеже не показан).

Мапнитпые системы датчи1ков 2 и 5 выполпены в виде дщух сфервчеоки-х облютак 9, уложеННых таким образом, что плоскость витков составляет 45° к направлению распростр-аневия света -в датчи1ка.х 2 и 5, что нео;бхадш10 для получения наилучшего отношения сигналшум на их выходе. Мапнитная система в виде Д1вух сферических об-моток 9 не создает магнитного поля в ок1ружающем ее пространстве, обеспечивая одновременно однородность магliiiTHoro -поля внутри магнитной системы.

Это обстоятельство весьма важно в связи с Hcno bsoiBaHHeM св р-хпроводя1щего Эйраиа /, который при перехаде в сверхпроводящее состояние «замораживает матнитиый поток, имеющийся в его объеме. Этот магнитный поток используется при работе преобразователя на1чаль«ого уровня поляризации. Црименение дополнительной магнитной системы, создающей магн-итное поле для начальной поляризации нецелесообразно, так как при внешнем ее рас-положений л,о отН)ашепию к экрану HiSMeнение магнитного поля может только изменить ток в све,рх1пр01водя;ще.м контуре так, чтобы полный поток, Л:р0.низы:вающий этот контур, был неизменным, а при расположении BHyiipH сверхпроводящего контура усложняется теплоотвод.

Применение вопо/конных световодов 5 дает возможность создать большОЙ ъюнохроматичеокий световой ноток и в десятки раз уменьшить выделение тепла в полости магнитной системы, так как тепло ламны и инфракрасные лучи не пронимают в полость преобразователя. Использование оветовадов 5, способных принимать любую ainepTypy на входном торце пучка стбкшянных волокон, позволяет сосчетать вол-окон-нооптичеокие элементы со спектраяыной лампой 7 н фотодетектором 8 преобразователя и лсключить онтические линзы из схемы.

Преобразователь работает следующим образам.

При Включении преобразователя независимо от надаичия ва иходе блока ушравления конт|ролируемого параметра, он автоматичеСК1И каррвктируется. Для этого с блока управления 15 подается стабилизировавное значенне тока в магнитные системы рабочего и опорагого датчиков, включается блок автоматики .криостата 16, обеспечивающий перевод экрана / в свер хпровощящее состояние, и высакочастотный геЕератор 14 питания спект(ральной лампы 7. Фазовый детектор 13 пе.раюлюиаетоя в режим -KOpipeK HH датчиков 2 и 3, котО;рая осуществляется оледую.щим образом. Монохром.атическое излучение, проходя через лоляроид 7, систему световодов 5 и чувствительные элементы («амеры поглощения) квантовых .датчиков на фотодетектор 8, вызывает явление опт. резонанса в ларах ра.боиего вещества датчиков 2 и 3. Частота резонанса в опорном датчике 3 - /i, а-в рабочем датчике 2-/2, что обусловлено противоположчшш направлением магнитных полей в объеме эти.х .датчкков. Эти частоты воспринимаются фотодетекторам 8 и поступают через усилители // и 12 на фазовый детектор 13, который выдает в магнитный ком)пенсатор 10, выполненный, на дример, на основе параметрического ферромагнитного элемента, ток компенсации /Ко, пропо.рциональный разности

частот датчиков, т. е. /Ко /i - /о. Ток комценсации, иаменяя намагниченность ферромагнитного 1компенсатора, корректирует напряженность магнитного поля в объеме опорного датчяка 3 так, чтобы разность частот

бЫла равна 0. При достижении условия /1 /2 /о фазовый детектор 13 переключается на рабочий реж.им и выдает сигнал в блок управления 15, по которому в магнитную систему рабочего датчи«1а по.дается ток, пропорциональный контролируемому параьметру /у. При этом в рабочем датчике 2 генерируется частота, пропорциональная сумме токов /о + /1/ (где /о - опорный ток). Разностная частота рабочего 2 и опорного 3 датчиков, получаемая на выходе фазового детектора 13, в этом режиме ра|боты преобразователя соответствует только току /у.

Предмет изобретения

Магнитометриче.ский частотный преобразователь, содаржащ.ий две магнитные системы с установленными в них рабочкм и онорным квантовыми датчиками, обмотки .которых подкл1К чены через усилители к фотодетектору и фазовому детектору, а также генератор высокой частоты, поД(К1ЛЮчевный через блак управления iK выходу фазового детектора и соединенный со спектр.альной ла1мпой, перед которой установлен К|руповой поляроид, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчи1вости и упрощения конструкц1ии, он содержит магнитный компенсатор, сверхпроводящий эйран с укранленвыми в нем световодами и блок криостата, вход которого соединен с выходом блока управления; магнитные системы вместе с рабочим и опорным квантовыми датчика-ми помешены внутрь сверх.проводя.щего экрана и соединены световодами, расположенными на однюй оси между круговым поляроидом и фотодетектором; магнитный компенсатор установлен в магнитной системе с опорным датчиком и подключен к выходу фазового детектора; магнитные системы рабочего и опорного датчиков вьшоляены в виде сферических обмоТок, установленных плоскостью витков под углом к надравлен.ию распространения света в световодах и обоих квантовых датчиках.