Квантовый магнитометр Советский патент 1985 года по МПК G01R33/24 

И-.-четение относится к области и:( слабых магнитных полей в услонилх изменения температуры окру.жаняцей сли.ды. Изиесчны квантовые магнитометры, оср1()р.чнные на явлении вынужденной прецессии мат-нитных моментов и включаюи1ес источник ориентируюи1его света ячейку, генератор резонансной частоты и фотодетектор прошедшего через ячейку света 11 . Од1г.чко изменение температуры ячей ки приводит к изменению сигнала. Так например, для ячеек, наполненных парами С , изменение температуры на t 7 (; относительно оптимальной 25-30 С приводит к изменению сигнала в 2 раза. Известны датчики квантовых магнитометров, в которых применяется термостачирование ячеек. Наиболее близким техническим решением к изобретению является термостат ячейки, включающий управляемый от датчика температуры усилитель мощности, нагруженный нагревателем ячейки 2. Его г)едостатком является то, что изменетще тока в нагревателе, соответствующее изменению температуры ок ружающей среды, приводит из-за наличия магнитного поля тока к сдвигу ре зонансной частоты ячейки. В связи с этим точное измерение магнитного пол возможно только при отключенном нагр вателе. Цель изобретения - повышение точности непрерывных измерени магнитного поля. Эта цель достигается тем, что в квантовый магнитометр, содержащий ячейку с рабочим веществом, генерато резонансной частоты и термостат ячей ки с управляемым от датчика темпера тypы усилителем мощности, нагруженны нагревателем ячейки, введены делител . и умножитель частоты делитель напряжения и сумматор сигналов, подключен ные к выходу генератора резонансной частоты, выход делителя частоты соединен п входом дeJПlтeля напряжения, а выходы умножителя частоты и делите ля лапряж1МП5я подключены к входам сумматора, НРМХОД которого связан со вторым входом усилителя мощности. На чертеже покачана функциональна схема маг итометра . Устройство содержит ячейку 1 с ра Г)очим веществом, исГочник 2 приентирующего света, фотрдетектор 3, генератор А резонансной часто7Ъ1, резонансную катушку 5, умножитель 6 частоты, делитель 7 частоты, делитель 8 напряжения, сумматор 9, датчик 10 температуры, усилитель 11 мощности, нагреватель 12 ячейки. Устройство работает следующим образом. Источник 2 создает неравновесную заселенность зеемановских подуровней атомов вещества в ячейке 1. Генератор 4, подключенный к катушке 5, охватывающей ячейку, изменяет заселенность зеемановских подуровней. Регистрация изменения заселенности производится по прошедшему через ячейку свету с помощью фотодетектора 3. Сигнал резонансной частоты и.р от генератора 4 поступает также на умножитель 6 частоты и делитель 7 частоты. С выхода делителя 7 частоты один сигнал через делитель 8 напряжения поступает на первый вход сумматора 9, ас выхода умножителя 6 частоты второй сигнал поступает на второй вход сумматора. Выходной сигнал сумматора является суперпозицией двух гармоник с частотами а.,,: и амплитудами I-LIM и (Jo -;;и амплитудами I-UIM и ио ;/ 9 3 соотретственно. ( - коэффициент умножения частоты Kg 1 - коэффициент деления частоты 1 1 - коэффициент деления напряжения). По управляющему сигналу от датчика температуры 10 с помрщью усилителя 11 мощности происходит усиление сигнала от сумматора 9, Ток в нагревателе 12 создает на ячейке магнитные поля с частотами uj.M и iJCg :i амплитудами и Несоответственно. Эти поля создают сдвиг резонансной частоты, являющийся суммой сдвигов от каждого поля: Л (U7p ca,Xw3p-U7t,M) (u}p(JOg)(UJp-UJ ef) ) где d - гиромагнитное отношение атомов вещества в ячейке. В нашем случае при выбранных и Kj ; 1 1меем ,M u.g и(0|)-с1ир, а потому сдвиги от гармонических полей имеют противоположные знаки. Выбирая коэффициент деления напряжения п таким образом, чтобы выполнить условие

(M)(K,N-1)

(KA)(KA--f)

мы осуществим компенсацию одного сдвига частоты вторьм сдвигом, т.е. .

9194894

Магнитомет р позволяет производить измерение в широких диапазонах изменения магнитного поля и температуры внешней среды без дополнительной - настройки термостата, т.е. на несколько порядков уменьшить сдвиг резонансной частоты от тока в нагревателей понысить точность измерения магнитного поля ,

КВАНТОВЫЙ МАГНИТОМЕТР, содержащий ячейку с рабочим веществом, генератор резонансной частоты и термостат ячейки с управляемым от датчи: ка температуры усилителем мощности, нагруженным нагревателем ячейки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности непрерывных измерений магнитного поля, в магнитометр введены подключенные к выходу генератора резонансной частоты делитель и умножитель частоты, а также делитель напряжения и сумматор сигналов, выход делителя частоты соединен с входом делителя напряжения, а выходы умножителя частоты и делителя напряжения подключены к входам сумматора, выход которого связан со вторым входом усилителя мощности. , со со 4; 00