Устройство для измерения неоднородности магнитной индукции Советский патент 1981 года по МПК G01R33/02 

(S) УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТИ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

i

Изобретение относится к магнитометрии, а именно к приборам для измерения параметров неоднородных статических или медленно меняющихся магнитных полей и может быть использовано в стационарных установках, предназначенных для регистрации появления в контролируемой области намагниченных объектов.

Известен квантовый градиентометр, содержащий два квантовых преобразователя магнитной индукции самоосциллирующего типа, каждый из которых содержит спектральную лампу, оптическую поглощающую ячейку, фотоприемник, устройство для обработки сигнала фотоприемника, устройство для воздействия на поглощающую ячейку. Сигналы указанных преобразователей поступают в устройство сравнения (фазовый детектор). В указанном градиентометре используется также устройство для автоматической компенсации и измерения неоднородностии магнитной индукции, представляющее собой следящую систему с исполнительным злементом в виде меры магнитной индукции, входящей в состав устройства для аоздействия на поглощающую ячейку и уравновешивающей iзначения модулей магнитной индукции в местах расположения преобразователей и, следовательно, компенсирующей измеряемый градиент 11.

С помощью известных квантовых градиентометров информацию о составляющих тензора неоднородности магнитной индукции получить невозможно.

15

Цель изобретения - повышение быстродействия измерения.

Для достижения указанной цели в устройство для измерения неоднородности магнитной индукции, содержа20щее две идентичные оптические поглощающие ячейки, расположенные на базовом расстоянии, друг от друга, узел передачи излучения спектральной лампы, образующий две оптические оси, по каждой из которых располо жены круговой поляризатор, одна из указанных ячеек и фотоприемник, два блока воздействия на поглощающие я,чейки, два блока обработки сигнала, входы которых соединены с соответствующими фотоприемниками и блок автоматической компенсации и измерения неоднородности магнитной индукции, введены стабилизатор постоянного тока, подключенные к нему через конденсаторы два генератора синусоидального напряжения, блок автоматической компенсации вариаций магнитной индукции, при зтом соответ ствую1чие опорные входы Х-каналов обо их блоков обработки сигнала соединен с первым и вторым генераторами сину.соидального напряжения onopntie вход Z-каналов указанных блоков соединены с первым генератором, а огьэр -:ые вход У-каналов указанных блоков соедхнень со вторым генератором, выходы ка-кзлов первого блока обработки сигналг соединены с соответствующими входами блока автоматической компенсации вариаций, а выходы каналов второго бло ка обработки сигнала соединены с соответствующими входами блока автомат ческой компенсации и измерения (жеоднородности магнитной индукци.и. Кроме того, оба блока воздействия на поглощающие ячейки вы толнены в ви де .двух трехкомпонентных систем мер магнитной индукции, первая из которы содержит две группы X, У, -обмоток а вторая - три группы х , У , Z -обмоток с соответствующими ортогональными магнитными осями Х,У, Z, Х , У z , одноименные оси каждой системы параллельны друг другу, а две из них, -расположенные в направлении базы, совпадают между собой-; обмотки первой и второй группы первой системы мер идентичны соответствующим обмоткам второй системымер одноименные обмотки-первой группы каждой системы мер соединены последовательно и согласно и подключены к стабилизатору Достоянного тока;хроме того,обмотки 2, z и У, у -первой группы обеих систем через конденсаторы подключены каждая соответственно к первому и второму генераторам синусоидального напряженияJ одноименные обмотки второй группы каждой системы иер сое динены последовательно и согласно и подключены к. выходам одноимченных ка74налов блока aBTOMatnMecKofi компенсации вариаций; третья группа XYz-обмоток второй системы мер подключена к -одноименным выходам трехканального блока автоматической компенсации и измерения неоднородности магнитной индукции, при этом указанные оптические оси совпадают с X и X - осями указанных трехкомпонентных систем мер магнитной индукции. На чертеже изображена функциональная схема устройства (база расположена по оси X,X оси преобразователей совпадают). Устройство содержит спектральную лампу 1 , круго1зые поляризаторы 2 и 3, оптические поглощающие ячейки k и 5; фотоприемники 6 и 7j Х,Х-обмотки 8 и 9 первой группы для компенсации. Х-компоненты постоянной магнитной индукции, У У-обмотки 10 и 11 первой группы для компенсации У-компоненты постоянной магнитной индукции, Z,Z-обмотки 12 и 13 первой группы для компенсации Z-компоненты постоя1-1ной магнитной индукции, Х,Хобмотки 1 и 15 второй группы для компенсации Х-компоненты вариаций, УУ -обмотки 16 и 17} второй группы для компенсации У-компоненты вариаций, ZjZ-обмотки 18 и f9 второй группы для компенсации Z-компоненты вариаций, X -обмотки 20 третьей груп пь для компенсации разности Х-компонентов 1---(агнитной индукции, У -обмотки 21 третьей группы для компенсации разности У-компонеитов магнитной индукции, z-обмотки 22 третьей группы для компенсации разности Z-компонентов магнитной индукции, стабилизатор 23 постоянного тока, первый генератор 2k синусоидального напряжения , второй генератор 25 синусоидального напряжения, блоки 26 и 27 обработки сигнала фотоприемника, блок 28 автоматической компенсации вариаций магнитной индукции, блок 29 автоматической компенсации и измерения неоднородности магнитной индукции. Устройство для измерений неоднородности статической магнитной индукции работает следующим образом. Свет от спектральной лампы 1 проходит через круговые поляризаторы 2 и 3 и далее через оптические поглощающие ячейки 4 и 5 где производит оптическую накачку атомов рабочего веи ества, находящихся под зоздействием сверхслабого постоянного магнит ного поля BO и двух переменных магни ных полей 8 oosuj-t и Brj cosSl-fc , приложенных перпендикулярно лучу света с помощью обмоток 10 - 13, подключенных через конденсаторы к генераторам и 25 синусоидального напряжения. Сверхслабое магнитное поле BQ представляет собой остаточное поле, полу чающееся путем компенсации .окружающего магнитного поля с помощью обмоток 8 - 13, питающихся от стабилизатора 23 тока. В этих условиях атомы рабочего вещества испытывают параметрический . резонанс в окрестности нулевого магнитного поля и электрические сигналы, регистрируемые фотоприемникани 6 и 7, содержат три переменные составляющие, амплитуды которых пропорциональны в первом приближении соответствующим компонентам магнитной ин дукции BQ, BOX, ov oz- Каждая из этих амплитуд выделяется в соответствующем канале блоков 26 и 27 обработки сигнала фотоприемника. Сиг налы с выходов соответствующих канал блока 26 поступают далее в блок 28 автоматической компенсации вариаций, исполнительными элементами которого являются обмотки l -t-19Блок 28 автоматически поддерживает значение тока компенсации, соотве ствующее нулевому значению магнитной индукции в объеме каждой оптической поглощающей ячейки и 5 при однородных вариациях окружающего магнитного поля Таким образом,если окружающее магнитное поле и его вариации однородны,то в объеме каждой ячейки поддерживается нулевое значение постоянной магнитной индукции. Если окружающее магнитное поле неоднородно, то в объеме ячейки 5 будет действовать еском пенсированное магнитное поле дВ, информация о котором регистрируется фотоприемником 7, как описано выше. Сигнал с фотоприемника 7 поступает в блок 27 обработки сигнала и далее в блок 29 автоматической компенсации и измерения неоднородности, исполнительными элементами которого являю ся соответствующие обмотки 20-22 трехкомпонентной системы мер магнит ной индукции. Данное устройство авто матически поддерживает нуль сигнала по каждой компоненте5 так как магнит ная индукция в объеме ячейки 5 компенсируется к нулевому значению. Информация о разности компонент ма1- нитной индукции в объемах ячеек 4 и 5 получается путем измерения токов компенсации, создаваемых блоком 29 в обмотках 20-22. В отсутствии неоднородности окружающего магнитного поля эти токи равны нулю. Предлагаемое устройство позволяет одновременно измерять три составляющие тензора неоднородности магнитной индукции с помощью двух квантовых преобразователей, основанных на принципе-параметрического резонанса. Как известно предельная чувствительность этих преобразователей составляет величину порядка 1 1 О, что на один два порядка выше чувствительности обычных резонансных преобразователей с оптической накачкой. Кроме того, уменьшается порог чувствительности по сравнению с известным. Формула изобретения Устройство для измерения неоднородности магнитной индукции, содержащее две идентичные оптические поглощающие ячейки, расположенные на базовом расстоянии друг от друга, узел передачи излучения спектральной лампы, образующий две оптические оси, по каждой из которых расположены круговой поляризатор, одна из указанных ячеек и фотоприемник, два блока воздействия на поглощающие ячейки, два блока обработки сигнала, входы которых соединены с соответствующими фотоприемниками и блок автоматической компенсации и измерения неоднородности магнитной индукции, отличающееся тем, что, с целью повыше-. ния .быстродействия измерения, в него введены стабилизатор постоянного тока, подключенные к нему через конденсаторы два генератора синусоидального напряжения, блок автоматической компенсации вариаций магнитной индукции, при этом соответствующие опорные входы Х-каналов обоих блоков обработки сигнала соединены с первым и вторым генераторами синусоидального напряжения, опорные входы Z-каналов указанных блоков соединены с первым генератором, аопорные вхог дь У-каналов указанных блоков соединены со вторым генератором выходы каналов .первого блока обработки сиг

нала соединены .с соответствующими входами блока автоматической компенсации вариаций, а выходы каналов второго блока обработки сигмала соеди нены с соответствующими входами блока автоматической компенсации и измерения неоднородности магнитной индукции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 . Патент США tf 3252081 , кл. G 01 R 33/02, I960,