Квантовый магнитометр и градиентометр Советский патент 1980 года по МПК G01V3/14 G01R33/08 

Изобретение относится к области .магнитных измерений и может быть использовано в геофизической и лабораторной практике для обнаружения и измерения градиентов и неоднородностей поля мер слабых магнитных полей (МП) . В настоящее время вопросы измерения градиентов слабых МП являются актуальными, причем требуется измерять градиенты МП при базах от нескольких сантиметров до десятков NKт ров с. погрешностью в 1-100 п 1(10 1) Обычно задача измерения градиентов слабых МП преобразователями с оптической накачкой (ОН) решается пр помощи двухканальной системы, в ко|ТОрой два преобразователя МП, рабо анвдих в режиме самогенерации, разн сены на базовое расстояние. Однако, в связи с наличием световых и фазов сдвигов в каждом канале,точность их недостаточна. Известны также устройства, которые содержат генератор возбуждения, подключенный к источнику излучения, два преобразователя МП, состоящих каадый из светофильтра и поляризующих свет элементов, линз, ячеек поглощения и фотоприемников, расположенных внутри каждого преобразователя на одной оптической оси, широкополосный усилитель, ко входу которого подключен фотоприемник, а к выходу - радиочастотные катушки, избирательный усилитель, к входу которого подключен фотоприемник, модулятор, выход которого подключен к модуляторной катушке, фазовый детектор выход которого подключен к катушке, а входы соединены с аыходами соответственно избирательного усилителя и модулятора. Основными недостатками этого квантового магнитометра и градиенто- метра являются нали-чие дополнительной погрешности измерения, связанной со световыми и- фазовыми сдвигами в каждом из двух каналов системы, которая входит аддитивно в измеряемый градиент МП, и значительные габари ты преобразователя. с целью повышения точности измерений и снижения габаритов прибора в квантовом магнитометре и градиентометре, содержащем генератор возбуждения и связанный с ним источник излучения, светофильтр, фокусирующие и поляризующие свет элементы, две резонансные ячейки поглощения, фотоприемник с подключенным к нему усилителем, к выходу которого подсоединена радиочастотная катушка, избирательный усилитель, вход которого соединен с вторым выходом усилителя модулятор, с подключенной к нему мо дуляторной катушкой и фазовый детектор, выход которого соединен с катуш кой постоянного тока, а входы подключены к выходам соответственно модулятора и избирательного усилителя, предлагается источник излучения, фокулирукадие и поляризующие свет элементы, обе ячейки поглощени и фотоприемник установить на одной оптической оси последовательно. На чертеже изображена структурная схема устройства. оно состоит нз генератора возбуждения 1, подключенного к источнику излучения 2, одного преобразователя 3, состоящего из светофильтра 4 и поляризующих свет элементов 5 и 6, линзы 7, двух ячеек поглон|ения 8 и 9 и фотопрнемника 10, расположенних последовательно н& одной оптической оси, широкополосного усилителя 11, к одному выходу которого подключены радиочастотная катушка 12 а к второму - избирательный усилител 13, модулятора 14, выход которрго соединен с модуляторной катушкой 15 фазового детектора 16, выход которог подключен к катушке постоянного тока 17, а входы соединены с выходами соответственно избирательного усилителя 13 и модулятора 14. Квантовый магнитометр и градиенто метр работает следующим образом. После включения питания генератор возбуждения 1 зажигает источник излучения 2, свет от которого попадает в преобразователь 3, где фильтруется элементом 4, линейно поляризуется элементом 5, фокусируется линзой 7 И поляризуется по кругу элементом б Поляризованный таким образом свет, проходя ячейку поглощения 8, ориентирует спины атомов вещества ячейки поглощения 8 по (против) вектору маг нитной индукции Вд измеряемого магнитного поля, что приводит к изменен интенсивности и к модуляции света, улавливаемого фотоприемником 10. Электрический сигнал с фотоприемника lOj через широкополосный усилитель 1 поступает на радиочастотную катушку 12, осуществляя вынужденную процессию спинов атомов в ячейке поглощения 8 (поперечный сигнал на частоте F , . п опорциональный измеряемому магнитному полю в объеме ячейки поглощения 8). Свет, уже промодулированный по интенсивности в частотной процессии F , поступает во вторую ячейку поглощения 9, внешнее поле в объеме которой изменяется с низкой частотой Л,, задаваемой модулятором 14 через катушку 15. При этом в ячейке поглощения 9 осуществляется магнитный резонанс, и с фотоприемника 10 снимаются сигналы (продольные), кратные частоте $1 . Поскольку магнитный резонанс в обеих ячейках поглощения осуществляется при одном и том же свете накачки, то значительно снижается погрешность измерения, вызванная световыми и фазовыми сдвигами частот магнитных резонансов. Далее сигнал первой гармоники Л с фотоприемника 10 через широкополосный усилитель 11 и избирательный усилитель 13 поступает на вход фазового детектора 16, где сравнивается по фазе с сигналом модулятора 14 и в виде сигнала постоянного тока, пропорционального измеряейюму градиенту, поступает на катуижу 17, выравнивания измеряемое магнитное поле в объемб1Х ячеек поглощения. Формула изобретения Квантовый магнитометр и градиентометр, содержащий генератс возбуждения и связанный с ним источник излучения, светофильтр, фокусирующие и поляризующие свет элементы, две резонансные ячейки поглощения, фотоприемник с подключенным к нему усилителем, к выходу которого подсоединена радиочастотная катушка, избирательный усилитель, вход которого соединен со вторым выходом усилителя, модулятор с подключённой к нему модуляторной катушкой и фазовый детектор, выход которого соединен с катушкой постоянного тока, а входы подключены к выходам соответственно модулятора и избирательного усилителя, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений и снижения габаритов прибора, в нем источник излучения, фокусирующие и поляризуквдие свет элементы, обе ячейки поглощения и фотоприемник установлены на одной оптической оси последовательно.

т ч I о I в Itfa

VVV-/-/-4N:-f±

61 Iliiriir

:r: I и U Ф и II Ф

I

fS