Квантооптический магнитометр Советский патент 1979 года по МПК G01R33/08 

(54) КВАНТООПТИЧЕСКИЙ МАГНИТОМЕТР

1

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно - к одному из устройств для измерения индукции (напряженности) магнитного поля - квантооптнческому магнитометру.

Известен квантооптический магнитометр, содержащий спектральную лампу, генератор ее возбуждения, камеру поглощения с элементами фильтрации, поляризации и фокусировки светового потока и фотодетектор для обнаружения поглощения света - фотодетектор сигнала прецессии 1.В этом магнитометре излучение спектральной лампы в значительной мере зависит от ее температуры, условий зпешней среды, а также от стабильности параметров и режима генератора возбуждения спектральной лампы. Нестабильность излучения спектральной лампы приводит к нестабильности светового потока накачки камеры поглощения и, соответственно, к погрешности измерений.

Наиболее близок к предлагаемому квантооптический магнитометр, содержащий цепь обратной связи по световому потоку, включающую регулятор мощности генератора возбуждения спектральной лампы 2. В этом магнитометре свет накачки стабилизируется посредством регулятора мощности генератора возбуждения спектральной лампы в зависимости от яркости последней. Для измерения яркости используется контрольный фотопреобразователь, установленный вблизи спектральной лампы. При такой стабилизации поддерживается постоянйым излучение спектральной лампы (в спектре чувствительности контрольного фотопреобразователя), а не световой потокнакачки камеры поглощения. При этом изменение оптических свойств баллона камеры поглощения и элементов фильтрации, поляризации и фокусировки светового потока, например, вследствие их геометрического смещения или загрязнения, а также изменение характеристик чувствительности контрольного фотопреобразователя из-за его температурной нестабильности в связи с близким расположением к сильно нагревающейся спектральной лампе, приводит к изменению светового потока накачки камеры поглощения и, соответственно, к дополнительной погрешности измерений. С целью повышения точности квантооптичес кий магнитометр,,содержащий спектральную лампу с генератором возбуждения, фотодетектор сигнала прецессии и цепь обратной связи по световому потоку, включающую регулятор мощности возбуждения, усилитель, снабжен цепью злектрической обратной связи, состоящей из фильтра низкой частоты, включенного на выходе фотодетектора. При этом выход фильтра низкой частоты соединен со входом .регулятора мощности генератора возбуждения спектральной лампы. На чертеже изображена схема устройства. В поле катушки контура возбуждения 1, 2 помещена спектральная лампа 3. Йа одной оп тической оси со спектральной лампой расположены злементы 4 (фильтрации, поляризации и фокусировки светового потока), камер поглощения 5 и фотодетектор сигнала прецессии 6. Камера поглощения 5, находящаяся в поле Н, охвачена радиочастотной катушкой 7. К фотодетектору сигнала прецессии 6 подведено напряжение постоянного тока питания -пит. К выходу фотодетектора подключен фильтр низкой частоты, состоящий из сопротивлений нагрузки 8, .9, разделительного конденсатора 10, через который соединение фотодетектора 6 связан с усилителем 11 переменно составляющей детектированного сигнала, и бло кировочного конденсатора 12, установленного на входе регулятора мощности 13 генератора возбуждения 14, к выходу которого подключена катушка контура возбуждения 1, 2. Магнитометр действует следующим образом. Спектральная лампа 3 через катушку контура возбуждения 1, 2 возбуждается от генератора 14. Свет спектральиой лампы 3, пройдя черезэлементы 4 и камеру поглощения 5, в которой происходит оптическая накачка, попадает на фотодетектор сигнала прецессии 6, питаемый постоянным током от источника с напряжением . При совпадении радиочастоты тока, питающего радиочастотную ка1ушку 7, с частотой прецессии, определяемой амплитудой вектора Н, световой поток, проходящий через камеру поглощения 5, модулируется по интенсивности с этой частотой Таким образом, сигнал на выходе фотодетектора 6 содержит постоянную составляющую, обусловленную средней интенсивностью светового потока накачки и переменную составляющую, связанную с индукцией измеряемого магнитного поля-. Через фильтр низкой частоты, состоящий из сопротивлений нагрузки 8, 9, разделительного конденсатора 10 и блокировочного конденсатора 12, переменная составляющая направляется на усилитель И, сигнал которого иепользуется для регистрации индукции измеряемого магнитного поля, а постоянная составляющая - на регулятор мощности 13, причем конденсатор 12 защищает регулятор мощности 13 от переменной составляющей. Регулятор 13 управляет мощностью генератора возбуждения 14 и через него - яркостью спектральной лампы 3. Таким образом замыкается цепь стабилизации светового потока накачки: всякое измене1ше средней величины зтого потока, вызванное, например, изменением геометрии или загрязнением элементов 4, камеры поглощения 5 измеияет постоянную составляющую выходного сигнала фотодетектора 6 и через него - яркость спектральной лампы 3 таким образом, чтобы стабилизировать световой поток накачки. При этом снижается погрещность измерений и соответственно повыщается производительность прибора. Кроме того, ликвидация контрольного фотопреобразователя повыщает надежность магнитометра. Формула изобретения Квантооптический магнитометр, содержащий спектральную лампу с генератором возбуждения, фотодетектор сигнала прецессии и цепь обратной связи по световому потоку, включающую регулятор мощности генератор возбуждения, усилитель отличаю1цийс я тем, что, с целью повышения точности, он снабжен цепью электрической обратной связи, состоящей из фильтра низкой частоты, включенного на выходе фотодетектора, при этом выход фильтра низкой частоты соединен со входом регулятора мощности геиератора возбуждения спектральной лампы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3725775, кл. 324-5, 1968. 2. Патент США N 3728612, кл. 324-5, 1971.

254 4 5

I