Квантовый магнитометр Советский патент 1980 года по МПК G01R33/08 

Изобретение относится к иэмери тельной технике и предназначено для использования в качестве измерителя слабых магнитных полей в установках 5 различного назначения, в частности для измерения модуля полного вектора магнитного поля Земли.

Известны квантовые магнитометры, содержащие датчик с оптической сие- tO темой, усилитель, модулятор, синхронный детектор-, генератор низкой частоты и регистратор l

Из известных квантовых магнитометров наиболее близким по техничес- fj кой сущности к предлагаемому является магнитометр, содержащий датчик с оптической системой, генератор возбуждения спектральной лампы и поглощающей ячейки, усилитель, синхрон- 20 ный детектор, выходной сигнал с которого используется для перестройки радиочастотного генератора, низкочастотный генератор для частотной модуляции рсщиочастотного поля, МО- 25 дулятор и регистрирующий блок 2.

Усиление в фазовое детектировач ие сигнала магнитного резонанса производится в нем на той же частоте, что и частотная модуляция радиочас- JQ

тотного генератора, что имеет ряд недостатков.

Так, для уменьшения модуляционного уширения линии наблюдаемого резонанса и тем саьым увеличения чувствительности прибора необходимо уменьшить частоту низкочастотной модуляции. Для улучшения работы низкочастотного усилителя и лучшей отстройки от шумов необходимо увеличивать частоту низкочастотной модуляции.

При частотной модуляции низкочастотного поля увеличивается погрешность за счет несимметрии сигнала частотномодулированного радиочастотного поля.

Усиление сигнала на частоте низкочастотной модуляции увеличивает паразитные наводки от не прошедших через датчик низких частот, что ухудшает, отношение сигнал/шум.

Цель изобретения - увеличение чувствительности и помехозащищенности магнитометра.

Поставленная цель достигается тем, что в квантовый магнитометр, содержащий датчик с оптической системой, включгиощий спектраль.ную лампу накачки с фокусирующей линзой.

поглощающую ячейку с рабочим веществом и расположенный между ними фильтр круговой поляризации, генератор возбуждения спектральной лампа накачки и поглощающей ячейки с рабочим веществом, радиочастотный управляемый генератор, последователно соединенные фотоприемник, избирательный на частоте , усилитель низкой частоты и фазовцй детектор, выход которого соединен с входом радиочастотного управляемого генератора, регистрирующий прибор, соединенный с выходом радиочастотного управляемого генератора, генератор опорной частоты kw , радиочастотную и модуляционную катушки, расположенные на поглощающей ячейке, введены делитель опорной частоты kw с тремя частотными выходами;

-тг..

больше едигде; п

-положительное ницы число/

-частота

W

k

-положительное число, зависящее от частоты генератора опорной частоты;

соединенный W - частотным выходо со вторым входом фазового детектора ±

- частотным выходом с модуля и

h

ционной катушкой, а входом на частоте kw - с опорным генератором, и балансный модулятор, выход которого соединен с -радиочастотной катушкой, первый вход соединен с -частотным выходом делителя опорной частоты, а второй - с выходом радиочастотного управляемого генератора.

Функциональная схема магнитометр представлена на чертеже.

Магнитометр содержит усилитель 1 низкой частоты, фазовый детектор 2, делитель частоты 3, кварцевый генератор 4, балансный модулятор 5, радиочастотный управляемый генератор 6, регистрирующий прибор 7, генератор 8 высокой частоты возбуждения спектральной лампы и поглощающей ячейки, датчик 9, на поглощающей ячейке которого расположены радиочастотная катушка 10 и модуляционная катушка 11. Сигнал с датчика выделяется на фотоприемнике 12.

Квантовый магнитометр работает следующим образом. Сигнал от кварцевого генератора 4 подается на делитель частоты3, причем делитель имеет три выхода, частота с одного из них W. подается на фазовый детектор 2 в качестве опорной, со второго выхода делителя частота v подается на модуляционную катушку 11 датчика для низкочастотной модуляции полем. С третьего выхода частота w подается на балансный модулятор 5 (п -любое число, больше 1). Выбор зависит .от частоты пропускания усилителя низкой

частоты. На балансный модулятор 5 подается также частота w, от управляемого радиочастотного генератора 6. С выхода балансного модулятора 5 две частоты, равные;

,V-0-S-vj -)

подаются в радиочастотную катушку 10 датчика. На фотоприемнике 12 датчика выделяется низкая частота Ш-ои -цУг-v f которая усиливается усилителем 1 и в фазовом детекторе 2 сравнивается с опорной. Сигнал постоянного напряжения, выделенный в фазовом детекторе 2, подается на управляемый радиочастотный генератор б, чем осуществляется подстройка его к частоте магнитного резонанса. Частота регистрируется прибором 7, в состав которого входит частотомер.

Таким образом осуществляется ре- тистрация сигнала магнитного резонанса при отсутствии частотной модуляции радиополя, модуляции полем осуществляется на более низкой частоте 5 jr- г что улучшает чувствительность схемы, а усиление сигнала - на более высокой частоте W , что улучшает помехозащищенность ее.

Использование делителя частоты с несколькими коэффициентами деления и балансного модулятора выгодно отличает магнитометр от прототипа, так как позволяет низкочастотную модуляцию и усиление сигнала магнитного резонанса вести на разных частотах, что улучшает отношение сигнал/шум и увеличивает чувствительность прибора за счет уменьшения модуляционного уширения. Применение делителя частоты упрощает схему за счет расширения возможностей выбора кварцевого генератора в качестве опорного.

Формула изобретения

1.Квантовый магнитометр, содержащий датчик с оптической системой, включающий спектральную лампу накач- ки с фокусирующей линзой, поглощающую с рабочим веществом и расположенный между ними фильтр круговой поляризации, генератор возбуждения спектральной лампы накачки и поглощающей ячейки с рабочим веществом, радиочастотный управляемый генератор,

последовательно соединенные фотоприемник, избирательный на частоте w усилитель низкой частоты и фазовый детектор, выход которого -соединен с входом радиочастотного управляемого

0 генератора, регистрирующий прибор, соединен.ный с выходом радиочастотного управляемого генератора, генератор опорной частоты , радиочастотную и модуляционную катушки, расположенные на поглощающей ячейке.