Квантовый вариометр Советский патент 1981 года по МПК G01V3/14 

(54) КВАНТОВЫЙ ВАРИОМЕТР

1

Изобретение относится к геофизическому приборостроению, а именно к измерению вариаций магнитного поля естественного происхождения при магниторазведочных работах в широкой полосе частот.

В основе известных квантовых вариометров лежит применение датчиков с оптической накачкой самогенерирукадего типа, вариации частоты KOTOpfcDC в цифровой или аналоговой представляют эначемие вариаций магнитного поля fl.

Известен квантовый вариометр с оптической накачкой, содержаний спетральную лампу, генератор возбуиздений спектральной лам1ш, лин.зы, KPFго рй поляризатор, ячейку поглощения фотопрнемник., усилитель, радиочастотную катушку и частотноизмерительное устройство.

В частотноизмерительном устройстве вариометра используется схема выделения разностной частоты с последующим использованием конденс-аторного частотомера. Для вьшеления разностной частоты применяется смеситель, иа который подводятся напря.женке с частотой сигнгша и напряжени от кварцевого генератора с частотой

отличной от частоты сигнала. Для перекрытия диапазона магнитных полей применяется набор кварцевых резонаторов 2}..

Существенным недостатком известного вариометра является зависимость чувствительности от динамического (частотного) диапазона вариаций. С повышением чувствительности сокргица0ется динамический диапазон и полоса пропускания вариометра. Чувствительность такого вариометра составляет 0,01 нтл в полосе частот до 10 Гц.

Цель изобретения - повЕлиение чув5ствительности, расширение полосы пропускания квантового вариометра и подавление помех с частотой сети.

Указанная цель достигается тем,

0 что выход усилитея соединен со входами синхронного-, детектора и узкополосного следящего фильтра, выход узкополосного следяюего фильтра соединен со вторым входом синхронного

5 детектора, выход синхронного детектора соединен со входом узкополосного фильтра, настроенного на частоту помехи,, и выходом спектроанализатора, выход узкополосного фильтра

0 подключен к радиочастотной катушке. На фиг. 1 изображено предлагаемо устройство; на фиг. 2 - спектрограм ма магнитных вариаций в полосе частот по 20 Гц. Ячейка 1 поглощеяия облучается от спектральной лампы 2, возбуждаемой генератором 3, через линзу 4 и круговой поляризатор 5. Свет, прсхие ший через ячейку и линзу 4 регистри руется фотоприемником б, выход кото рого подключен к усилителю 7. Выход усилителя 7 соединен со входом уэкополосного следящего фильтра 9, входом синхронного детектора 10 и радиочастотной катушкой. Выход узкополосного следящего фильтра 9 .соединен со вторым входом синхронного детектора 10. Выход синхронного детектора 10 соединен со входом спектроанализатора 11. Частотоизмерительное устройствр 13 подключено к выходу усилителя 7. Выход синхрон ного детектора 10 через уэкополосный фильтр 12 подключен к радиочастотной катушке 8. При выполнении баланса фаз и амплитуд в кольце обратной связи датчика возникает генерация на частоте магнитного резонанса, лходиой сигнал датчика в пределах его полосы пропускания поступает на один из входов синхронного детектора и на вход следящего фильтра 9. С следящего фильтра из спектра сигнала вьщеляется несущая частота, подаваемая на другой выход синхронного детектора. Синхронный детектор в данном случае служит демодулятором высокочастотной части спектра. Последующий анализ этой частиiспектра прюизводится с помощью анализатора 11, частотноизмерительное устройство 13 обычно применяемого типа служит для измерения вариаций магнитного поля в низкочастотной области спектра. Магниточувствитель ный датчик с оптической накачкой обладает широкой полосой пропускания порядка 50 кГц в земном магнит- ном поле. Информация о изменении и величине магнитного поля зтого датчика заложена в изменении и значении частоты сигнала. ; Для высокочастотной части сигнала Гц) индекс час1отной модуЛЯ1ШИ (Ь мал. Так на частоте Я/2 1Сг Гц П(2;3. В этом случае ана литическая форг-ia сигнала имеет вид и.-и,, S i п УО i n (% +Я) t i П (« Узкополосный следящий фильтр, роль которого может выполнить систе ма фазовой автоподстройки частоты, выделяет из спектра сигнала, состоя1;{его из несущей частоты UQ и дву боковых частот (Wo+ft) и (Ыц-Л), тол ко несущую. Тогда на выходе синхронного детектора, производящего перемножение исходного сигнала U. и сигнала несущей J,, cos u tjHMeeM следующую переменную часть сигнала на частоте fi (Ь S i nQt ( S i nftt Величина сигнала ,л соответствующая частоте 10 Гц или величине вариации магнитного поля 10 т1т-л, составляет при Од 10 В порядка 3 -мВ. При наличии детерминированной помехи, например, от электросетей, индекс частотной модуляции 1 велик ((). При()1 суммарный спектр усложняется. Под действием помехи амплитуда несущей частоты уменьшается. Так при это ведет к снижению чувствительности примерно в 5 раз. Для уменьшения влияния помехи до уровня, когда f,0,2 (а в этом случае изменение чувствительности менее 1%) к выходу синхронного детектора подключен к узкополосный фильтр, выделяю(ций помеху. Сигнал помехи с выхода фильтра воздействует в противофазе через магнитное поле, создаваемое радиочастотной катушкой, и компенсирует поле помехи в объеме ячейки поглощения. Изготовленный макет квантового вариометра в сочетании со спектроанализатором типа С1-54 имеет параметры: полоса пропускания от 1 Гц до 42 Гц, шумовой уровень при времени интегрирования 40 с 0,0010,002 нтл, реальное соотношение сигнала помеха 1;2000. Отслеживание . узкополосного фильтра южeт произ водиться при изменении магнитного поля ±3000 нтл. Формула изобретения Квантовый вариометр, содержащий спектральную лампу, генератор возбуждения спектральной лампы, линзы, круговой поляризатор, ячейку поглощения, фотоприемник, усилитель, радиочастотную катушку, частотноизмерительное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, помехозащищенности и расширения полосы пропускания, выход усилителя соединен со входами синхронного детектора и узкополосного следяиего фильтра, выход узкополосного следящего фильтра соединен со вторым входом синхронного детектора, выход синхронного детектора соединен со входом узкополосного фильтра, настроенного на частоту помехи, и вхоДОм спектроанализатора, выход узкополосного фильтра подключен к радио частотной катушке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. 324-5, опублик. 1966 (прототип)