Устройство для измерения напряженности магнитных полей

Устройство для измерения напряженности магнитных полей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕН НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, содержащее модульный квантовый магнитометр, подключенные к его выходу фильт1ш, тройную ортогон i , ную колечнуго систему и три генератора , о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, .с целью повышения точности измерений, в него введены последовательно соединенные с фильтрами сумматор, нелинейное звено, блок извлечения квадратного корня, вычитающий блок и три ослабителя, а также истбчмик образцового напряжения , подключенный к второму входу . вычитающего блока, причем первые входы ослабителей подключены к выходам генераторов, вторые входы .к выходу вычислительного блока, а выходы ослабителей связаны с кольцами тройной ортогональной колечной систем.J

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

f.

/.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . :.

К АВТОРСКОМУ .СЗВИДЕТЕЛЬСТВУ . (56) 1.Патент США В 3284699, кл. 324-46, 1964.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2816645/18-21 (22) 04 ° 09.79 .(46) 07,11.83, Бюл. 9. 41

° ° ° ° ° °

72) И.М.Федоров и IO.Ê.Äîëîìàícêèé

71) Ордена Трудового Красного .Знамени институт геофизики уральско го научного центра AH СССР (53) .621. 317. 757 (068. 8) (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЭМЕРЕНИн

НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, содержащее модульный квантовый магнитометр, подключенные к его выходу фильтры, тройную ортогональ,.SU„„27 A ную колечную систему и три генератора, отличающееся тем, что, .с целью повышения точности измерений, в него введены .последовательно соединенные с фильтрами сумматор, нелинейное звено, блок извлечения квадратного корня, вычитающий блок и три ослабителя, а также источник образцового напряжения, подключенный к второму входу вычитающего блока, причем первые входы ослабителей подключены к выходам генераторов, вторые входы .— к выходу вычислительного блока, а выходы ослабителей связаны с кольцами тройной ортогональной колечной системы.

1053027

Изобретение относится к измери= тельной технике и предназначено для одновременного измерения модуля полного вектора напряженности постоянного или медленно изменяющегося магнитного поля и направляющих косинусов этого вектора относительно осей ориентированной в пространстве, например, декартовой системы координат, что важно, в частности, при геофизических исследованиях, в которых производится измерение характеристик магнитного поля Земли.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения напряженности магнитного поля, построенное на базе модульного квантового магнитометра с оптической накачкой. Устройство включает,кроме модульного магнитометра, подключенные к последнему фильтры, три .генератора и тройную ортогональную, колечную систему. Устройство используетоя для измерения модуля полного вектора напряженности магнитного поля и направляющих косинусов этого вектора в заданной, например, декартовой системе координат Г1 1.

Недостатком . устройства является низкая точность измерения.

Цель изобретения — увеличение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения напряженности магнитных полей, содержащее модульный квантовый магнитометр, подключенные к его выходу фильтры, тройную ортогональную калечную систему и три генератора, введены последовательно. соединенные с фильтрами сумматор, .нелинейное звено, блок извлечения квадратного .корня, вычитающий блок и три ослабителя, а также источник образцово- . го напряжения, подключенный к второму входу вычитающего блока, причем первые входы ослабителей подключены к выходам генераторов, вторые входык выходу вычислительного блока, а выходы ослабителей связаны с кольцамн тройной ортогональной колечной системы. !

На чертеже представлена блоксхема устройства для измерения напряженности магнитных полей. . Устройство для измерения напряженности магнитных полей содержит генераторы1,2 и 3 с частотами соответственно шк,муи ж, подключенные к первым входам ослабителей 4,5 и 6 соответственно. Выходы ослабителей

4,5 и 6 связаны с кольцами 7,8 и 9, образующими тройную ортогональную колечную. систему. Вторые входы ослабителей 4,5 и 6 соединены с выхо дом вычитающего блока 10, к входам

02 PH0os525iD $) Ц ирНсозК з1яцу

У У ю p«»<к з пшел

Сумматор 28 суммирует напряжения ,„,U> и П, его выходной сигнал под-. вергается обработке нелинейным звеном 13, в качестве которого используется, например, квадратор. Отметим, что в общем случае передаточная характеристика нелинейного звена 13 может бить и иной, необходимо лищь, чтобы в разложении ее в степенный ряд ие все коэффициенты при четных степенях аргумента одновременно обращались в нуль. Посто55

60 5 к оторого подключены йсточник. 11 образ.

qoaoro напряжения и блок 12 извлечения квадратного корня.К входу бло ка 12 извлечения квадратного корня подключено нелинейное звено 13. Устройство содержит также модульный квантовый магнитометр 14, например, следящего типа, содержащий источник

15 резонансного света накачки, поглощающую ячейку 16, радиочастотные

10 кольца 17, фотодетектор 18, усилитель 19, частотный дискриминатор 20, частотно-модулируемый,автогенератор

21, синхронный детектор 22 и низкочастотный генератор 23.К выходу маг15 нитометра 14 подключены полосовые фильтры 24-26 с центральными частотами соответственно ц„,нищ,фильтр 27 нижних частот,а выходы Фильтров 24-26 соединены с сумматором 28. Выходные сигналы фильтров 24 — 26 объединяются сумматором 28 и через нелинейное звено 13, блок 12 извлечения квадратного корня и вычитающий блок 10 подводятся к входам управления ослабителей

4,5 и 6, задавая их коэффициенты передачи.

Устройство работает следующим образом.

На поглощающую ячейку 16 магнитометра 14 воздействует магнитное поле

И +И„+Й +Й с амплитудой нрн + р Hcose(„-к з 1 и икр+ /3 Нсо БА у 3 1 пю, 1Ф ф Нс,(Б 06 х

xsincu t, где p — коэффициент передачи, ослабнтелей 4 — 6, в Н (< Hи.,,напрймер, Нк И Ну = Л = 3 Й, пРичем амплитуды. вспомогатель йых полей, воздействую- щих на магнитометр 14, в данном случае равны произведению рН. Функциони1 рование квантового модульного магнитометра 24 следящего типа с оптической

40 накачкой традиционно. На выходе час-:, тотного дискриминатора 20 магнитометра 14 как реакция на Н появляется сигнал П Н .Фильтр 27 нижних частот выделяет соответствующую П, про45 порциональную искомой величине Н и не зависящую от интенсивностей вспомогательных полей. После фильтров 26, 25,24 имеет сигналы .соответственно

1053027

Составитель Г.Семенова

Редактор М.Ткач . ТехредМ.Надь Корректор Г.Решетник

Заказ 8865/43 Тираж 710 . Подписное

BHHHtIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент™ УжгОрод, ул. Проектная, 4 янная составляющая выходного напряжения квадратора

; U (pHI (сов d оов й„+сау е )(pgP

Выходной сигнал U блока 12 извлечения квадратного корня имеет вид

U 6 р Н.

Таким образом, после обработки выходных сигналов фильтрот 24 - 26 с помощью суьматора 28, нелинейного 1О звена 13 и блока 12 извлечения квадратного корня получено напряжение 0 пропорциональное амплитуде рН.вспомогательных полей. далее осуществляется стабилизация интенсивности вспомогательных полей, воздействующих на ячейку 16. Для этого в вычитающем блоке 10 образуется разность напряжений U -U,ãäe Uo — высоко-.

/ стабильное напряжение источника 11.

Полученная разность напряжений, на- .Ю пример, после усиления воздействует на входы управления ослабителей 4 — б, вызывая соответствующее изменение их коэффициентов передачи а. устройство оказывается oxsa- 25 ченным глубокой отрицательной обратной связью no âåëè÷èíå напряжен ности вспомогательных магнитных полей. При ВоарасТаННН Н по какимлибо причинам увеличиваются сигна- 3Q лы U>,U>,U«O и,. наконец, 0,что ведет к уменьшению коэффициента передачи рослабителей 4 ; 6, и компенсации первоначального изменения Н.

Отметим, что используемая в предлагаемом устройстве конфигурадия .цепи отрицательной обратной связи позволяет устранить влияние на точность измерений также нестабильности коэффициентов передачи фильтров 24 — 26, изменения параметров колечной системы и элементов схемы модульного квантового магнитометра .14 ° Последнее обстоятельство попутно способствует увеличению точности измерения модуля вектора напряженности магнитного оля

При достаточной глубине отрицательной обратной связи произведение ф К остается постоянным, поэтому амплитуды выходных напряжений фильтров 24 — 26 (выражения для U«

U

Итак, введение в состав известного устройства. ряда новых узлов,соответствующим образом взаимосвязан-.. ных с прочими. блоками. устройства, позволило получить существенный положительный эффект — увеличение точности определения положения вектора напряженности магнитного поля s пространстве путем стабилизации интенсивности вспомогательных магнит.ных полей и устранения влияния на точность измерений нестабильности характеристик отдельных узлов систеh%il °