Квантовый магнитометр

Квантовый магнитометр

Реферат

 

Изобретение относится к геофизике, а более конкретно - к измерениями магнитного поля Земли при размещении магнитометра на подвижном носителе, предназначено для использования при проведении геологических изысканий и разведки полезных ископаемых. Цель изобретения - повышение быстродействия. Указанная цель достигается тем, что квантовый магнитометр содержит магниточувствительный преобразователь, эталонный генератор, выход которого соединен с входом формирователя времени счета, а также фазочастотный детектор, корректирующее звено, аналого-цифровой преобразователь, первый накапливающий сумматор, цифровой синтезатор частоты, эталонный генератор, формирователь времени счета. В состав цифрового синтезатора частоты входят регистр, второй накапливающий сумматор, постоянное запоминающее устройство, цифроаналоговый преобразователь, фильтр нижних частот, тактовый генератор. Выход магниточувствительного преобразователя соединен с первым входом фазочастотного детектора, выход которого через корректирующее звено соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, кодовый выход которого соединен с входом первого накапливающего сумматора, цифровой выход которого соединен с первым входом цифрового синтезатора частоты и является выходом устройства. Выход цифрового синтезатора частоты соединен с вторым входом фазочастотного детектора. Изобретение позволяет повысить быстродействие благодаря введению фазочастотного детектора, сумматора, цифрового синтезатора частоты, позволяющих осуществить фазовую автоподстройку частоты синтезатора под частоту выходного сигнала, образующих систему регулирования с обратной связью, обладающей повышенным быстродействием. 1 ил.

Изобретение относится к геофизике, а более конкретно к измерениям магнитного поля Земли при размещении магнитометра на подвижном носителе, предназначено для использования при проведении геологических изысканий и разведки полезных ископаемых. Известен квантовый вариометр, содержащий спектральную лампу, генератор возбуждения спектральной лампы, круговой поляризатор, ячейку поглощения, фотоприемник, усилитель, радиочастотную катушку, охватывающую ячейку поглощения, фильтр помехи, регистратор. Недостатком известного устройства является малый динамический диапазон. Известен также квантовый магнитометр, который содержит последовательно соединенные квантовый магниточувствительный преобразователь, основной селектор, счетчик напряженности магнитного поля, блок умножения вариаций частоты, дополнительный селектор, счетчик вариаций магнитного поля, последовательно соединенные эталонный генератор и формирователь времени счета, выход которого соединен с вторыми входами селекторов, а также датчик опорных частот и автоматический переключатель диапазонов, выходы которых подключены к входам блока умножения вариаций частоты. Недостатком известного устройства является низкое быстродействие. Цель изобретения повышение быстродействия. На чертеже приведена структурная схема квантового магнитометра. Квантовый магнитометр содержит магниточувствительный преобразователь 1, фазочастотный детектор 2, корректирующее звено 3, аналого-цифровой преобразователь 4, первый накапливающий сумматор 5, цифровой синтезатор частоты 6, эталонный генератор 7, формирователь времени счета 8. Цифровой синтезатор частоты 6 содержит регистр 9, второй накапливающий сумматор 10, постоянное запоминающее устройство 11, цифроаналоговый преобразователь 12, фильтр нижних частот 13, а также тактовый генератор 14. Магнитометр работает следующим образом. Сигнал с выхода магниточувствительного преобразователя 1 на частоте, пропорциональной измеряемой магнитной индукции, поступает на первый вход фазочастотного детектора 2, на второй вход которого приходит выходной сигнал цифрового синтезатора частоты 6. Напряжение на выходе фазочастотного детектора 2, пропорциональное разности фаз его входных сигналов, подается на корректирующее звено 3. Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики корректирующего звена 3 обеспечивают устойчивость и получение требуемых параметров замкнутой системы регулирования. Выходное напряжение корректирующего звена 3 преобразуется аналого-цифровым преобразователем 4 в цифровой код, который, поступая на первый вход первого накапливающего сумматора 5, складывается с учетом знака с его содержимым. Код с выхода первого накапливающего сумматора 5 подается на первый вход цифрового синтезатора частоты 6. Тем самым организуется обратная связь системы фазовой автоподстройки частоты цифрового синтезатора частоты 6 под частоту выходного сигнала магниточувствительного преобразователя 1. Цикл и синхронизация работы цифровых узлов системы задается формирователем времени счета 8, на вход которого подается сигнал эталонного генератора 7. Выходной сигнал формирователя времени счета 8 поступает на вторые входы аналого-цифрового преобразователя 4, первого накапливающего сумматора 5 и цифрового синтезатора частоты 6. Система автоподстройки частоты обладает астатизмом второго порядка, ее динамические свойства определяются петлевым коэффициентом усиления и постоянным временем корректирующего звена 3. Выходной сигнал магнитометра поступает с выхода первого накапливающего сумматора 5 в виде цифрового кода, значение которого пропорционально измеряемой индукции, а временной интервал между двумя последовательными отсчетами равен циклу. Фазочастотный детектор может быть выполнен в виде схемы совпадений или реализован на основе перемножителей сигналов с фильтрацией сигнала разностной нулевой частоты фильтром нижних частот. Корректирующее звено 3 представляет собой усилитель постоянного тока с инерционными и форсирующими звеньями. Аналого-цифровой преобразователь 4 и первый накапливающий сумматор 5 могут быть реализованы на стандартных микросхемах. Цифровой синтезатор частоты 6 характеризуется отсутствием фазовых скачков при изменении входного кода, построен по принципу прямого цифрового синтеза с использованием выборки значений синусоидальной функции из запоминающего устройства. Цифровой код на первом входе цифрового синтезатора частоты 6 поступает в регистр 9, с выхода которого подается на второй накапливающий сумматор 10. Цикл работы второго накапливающего сумматора задается сигналом тактовой частоты от тактового генератора 14 не менее чем на порядок превышает значение максимальной выходной частоты цифрового синтезатора частоты 6. Второй накапливающий сумматор 10 вырабатывает код, соответствующий текущей фазе выходного синусоидального сигнала цифрового синтезатора частоты 6. Значение кода нарастает по линейному закону по мере поступления на тактовый вход второго накапливающего сумматора 10 импульсов тактового генератора 14. Постоянное запоминающее устройство 11 представляет собой преобразователь входных кодов в значения синусоидальной функции, которые поступают на вход цифроаналогового преобразователя 12. На выходе этого преобразователя с тактовым интервалом вырабатывается ступенчатая аппроксимация синусоидального сигнала, частота которого таким образом соответствует значению цифрового кода на входе регистра 9. Содержимое регистра 9 неизменно в течение цикла, определяемого длительностью выходных импульсов формирователя времени счета 8, поступающих на вход синхронизации регистра 9. Фильтр нижних частот 13 осуществляет фильтрацию выходного сигнала цифроаналогового преобразователя 12, гармонизируя форму синтезируемого сигнала. В процессе испытаний устройства частота тактового генератора 14 составила 8 МГц, выходная часть синтезатора 6 изменялась в диапазоне 70 500 кГц, осуществлялось преобразование величины магнитной индукции в цифровой код в диапазоне магнитного поля Земли 20 70 мкТл с отсчетной точностью 0,002 нТл с быстродействием порядка 400 измерений в секунду.

Формула изобретения

Квантовый магнитометр, содержащий магниточувствительный преобразователь, эталонный генератор, выход которого соединен с входом формирователя времени счета, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, содержит фазочастотный детектор, корректирующее звено, аналого-цифровой преобразователь, первый накапливающий сумматор, цифровой синтезатор частоты, эталонный генератор, формирователь времени счета, в состав цифрового синтезатора частоты входят регистр, второй накапливающий сумматор, постоянное запоминающее устройство, цифроаналоговый преобразователь, фильтр нижних частот, тактовый генератор, при этом выход магниточувствительного преобразователя соединен с первым входом фазочастотного детектора, выход которого через корректирующее звено соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, кодовый выход которого соединен с входом первого накапливающего сумматора, цифровой выход которого соединен с первым входом регистра цифрового синтезатора частоты и является выходом устройства, выход формирователя времени счета соединен с входами синхронизации аналого-цифрового преобразователя, первого накапливающего сумматора, а также регистра цифрового синтезатора частоты, выход регистра цифрового синтезатора частоты соединен с первым входом второго накапливающего сумматора, тактовый вход которого соединен с выходом тактового генератора, выход второго накапливающего сумматора через последовательно соединенные постоянное запоминающее устройство, цифроаналоговый преобразователь соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого является выходом цифрового синтезатора частоты и соединен с вторым входом фазочастотного детектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002

Извещение опубликовано: 10.04.2002