Квантовая магнитометрическая система

Квантовая магнитометрическая система

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ» 739453

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистически к

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлено21,11,77 (21). 2549110/18-25 (51)М. Кл .

G 01V Э/14

6 01 К ЗЗ/08 .

1 с присоелннением заявки №

Государстввииый комитет

СССР (23) Приоритет Опубликовано 05 06.80. Бюллетень № 21

h0 llhh3M иэобРетеиий и открытий (53) УД1»(550 ,838(088.8) Дата опубликования описания 05.06 .80

Ю, К. Доломанский, В. М, Рыжков и П. Н, Сальнико (72) Авторы изобретения

i Д„:",".) ч»ц ъ с

Л " .

»

Ордена Трудового Красного Знамени институт геофиз

Уральского научного центра АН СССР (7! ) Заявитель (54) КВАНТОВАЯ МАГНИТОМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Изобретение относится к измерительной технике и геофизике и предназначено для одновременного измерения трех составляющих вектора напряженности магнитного поля Земли.

Известны магнитометры с оптической накачкой. основанные, на эффекте Ханле. и параметрическом резонансе Я и f2).

Они используются для измерения блнз10 ких к нулю магнитных полей и состоят из поглошающей ячейки, источника циркулярно поляризованного света накачки, фотоприемника, системы катушек для создания переменных магнитных полей с пбмощью генераторов и системы колец для компенсации компонент внешнего пола.

Устройство, описанное в $1) позволяет автоматически компенсировать к нулю ортогональные компоненты этого поля последовательно в два этапа путем переключения направления луча накачки, дегектирующих лучей и компенсирующих полей.

В устройстве используется эффект параметрического резонанса, наблюдаем ый при поперечной оптической накачке, когда к ячейке приложено переменное магнитное поле, перпендикулярное лучу накачки.

Приборы позволяют автоматически компенсировать к нулю одну компоненту внешнего слабого магнитного поля, параллельную переменному полю и измерять эту компоненту по току компенсации при условии, что две другие компоненты внешнего поля заранее скомпенсированы к нулю, Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство» которое является по существу трехкомпонентными квантовыми магнитометрами с использованием аффекта параметрического резонанса, наблюдаемого при поперечной оптической. накачке и когда к ячейке при.ложено два переменных магнитных поля с частотами u) и Й по осям, ортогонале ным друг другу и лучу накачки. Перемен- ные поля индупнруются двумя генерато3 7394 рами. 9 атом случае на фотоприемнике возникают сигналы Трех различных частот Ж,Q я Ш+ Й При наличии слабого внешнего магнитного поля, меньшего ширины резонанса, но произвольного направления, амплитуда каждого из трех сигналов пропорциональна одной из трех ортогональяых компонент внешенего поля 3 .

При использовании тройной системы взаимно ортогональных колец Гельмгольца lo прибор позволяет автоматически компенсировать к нулю все три ортогональных ком поненты внешнего магнитного поля с пог-8 решностью 10 . Измерять эти компонен". ты можно по току компенсацяи в соот- 15 ветствующих кольцах Гельмгольца.

Известный трехкомпояентный квантовый магнитометр содержит источник цир кулярно-поляризованного света, поглощающую ячейку, систему ортогональных 20 катушек, окружающую ячейку поглощения, оси которых перпендикулярньг друг другу и лучу накачки, генераторы частот си и A выходы которых соединены с системами катушек, создающих переменные 25 магнитные поля с частотами oft Р в области расположения ячейки поглощения, фотоприемник, блоки выделения сигналов на частотах tu,Ð иaHQ,подключенные к выходу фотоприемника, блоки З0 преобразования сигналов укаэанных частот в сигналы постоянного тока, входы которых подключены к выходам соответ- . ствующих блоков выделения сигналов и генераторов частот, блоки автоматичес- . З5 кой компенсации, подключенные к выходам блоков преобразования сигналов, Основной недостаток всех указанных устройств состоит в том, что высокую, точность измерения компонент с погреш- 40 костью 10 можно обеспечить толысо для э слабого внешнего магнитного поля порядка 10, когда токи компенсации малы и достаточно измерять их с относи-2 тельной погрешностью 10, а температур- 45 ная нестабильность колец Гельмгольца

f мало сказывается на точности измереняя.

Пря использовании атих устройств. для измерения компояент магнитного по- S0 ля Земли (около g,S а) с относительной югрешяостью 10 э необходимо обеспечить погрешность измерения токов компенсации и температурную стабильность колец Гельмгольца такого же порядка, что практически невозможно, Целью изобретения является ясключение погрешностей, связанных с язмере53 нием токов компенсации и температурной нестабильностью колец Гельмгольца, и повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что к трехкомпонентному квантовому магнитометру и тройной ортогональной колечной системе добавлены три идентичные пространственно-разнесенные двойные ортогональные колечные системы, кольца которых соеиинены последовательно с соответствуюижми кольцами тройной ортогональной колечной системы и ориентированы таким образом, что в одной из дополнительных колечных систем нескомпенсирована Н -компонента в другой — Н1 у компонента, в третьей —, Н -компонента, а в центрах этих дополнительных колечных систем размещены три модульных (квантовых) магнитометра, являющихся индикаторами одновременно и независимо измеряемых компонент Н, Н„и Н

Е

На чертеже изображена предлагаемая магнитометрическая система, Она состоит из квантового трехкомпонентного магнитометра, который условно показан в виде компонентного датчика 1, трех ортогональных колечных систем 2i 3, 4 для компенсации трех ортогональных компонент. внешнего магнитного поля в месте расположения датчика 1, трех блоков автоматической компенсации 5, 6 и 7 и трех модульных магнитометров 8, 9 и

10, расположенных в центрах трех идентичных пространственно разнесенных ивойных ортогональных колечных систем

11у- 11; 12 — 12; 13у- 13х, Компонентйый датчик вырабатывает три сигнала трех различных частот ой и(Ю Й),которые поступают на блоки автоматической компенсации, вырабатывающие компенсационные токи. Ток компенсании от блока 5 питает последовательно соединенные идентичные и одинаково ориентированные колечные системы 4, 12

13 (, компенсирующие к нулю Н вЂ” компо- х ненту земного поля трех пространствен но разнесенных пунктах А, В, Г, Ток компенсации о лока 6 питает последовательно соединенные идентичные и одинаково ориентированные колечные системы 2, 11 12,компенсирующие к нулю

H - компоненту земного поля в трех пространственно разнесенных пунктах А, Б, В. Ток компенсации от блока 7 питает последовательно соединенные идентичные и одинаково ориентированные колечные системы 3> 11, 1.л, компенсяруюУ щие к нулю Н„- компоненту земного поля

739453 в трех пространственно разнесенных пунктах А, Б н Г. Пункты А, Б, В и Г выбираются так, чтобы земное магнитное поле в них было одинаковым, Таким образом, в пункте А компенсируются к нулю все ортогональные ком.поненты земного поля, в пункте Б компенсируются к нулю Н„, Н вЂ” компоненты и не компенсируются Й„- компонента, в пункте В компенсируются к нулю Н, Н 10 компоненты и не компенсируются Н вЂ” кому понента в пункте Г компенсируется к, нулю Н, Н„- компоненты и не компенсируетс я, И компонента. Абсолютные

Ф значения нескомпенсированных компонен- 15 тов в пунктах Б, В и Г измеряются с помощью квантовых магнитометров, датчики 8, 9 и 10 которых располагаются в центре соответствующих колечных систем, 20

Требования идентичности колечных систем и равенство земного поля в пунктах измерения не являются жестким. В частности, щзи измерении Н вЂ” компонен-1 ты с погрешностью lO э допустимы нов грешности в компенсации двух других ортогональных компонент + 10 э

Предлагаемая система исключает необходимость измерения токов компенсации влияние температурной нестабильности ко З0 лечных систем на результат измерения с помощью систем автоматической компенсации к нулю компонент измеряемого. поля и необходимость измерения постоянHblx колечных систем.

6 формула изобретения

Квантовая магиитометрическая система, содержащая квантовый трехкомпонентный магнитометр и тройную ортогональную колечнуюсистему, отличающаяся тем,что, с целью исключения погрешностей, связанных с измерением токов компенсации и температурной нестабильностью колец, и повышения точности измерений, в нее введены три идентичные пространственно разнесенные двойные ортогональны колечные системы, кольца которых соединены последовательно с соответствующими кольцами тройной ортогональной колечной системы и ориентированы таким образом, что в одной из дополнительных голечных систем нескомпенсирована Н<-ком доцента, в другой - Н вЂ” компонента, в третьей—

У

Н вЂ” компонента а в центрах этих дополZ э нительных колечных систем размещены три модульных магнитометра, являющихся индикаторами одновременно и независимо измеряемых компонент Н Н, Н, Источники ио ормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент франции Иг 1517682, кл. G 01 R 33/08, опублик, 1965.

2. Патент франции М.. 1594433, кл. G 01 R 33/08, опублик, 1968.

3. Козлов А. Н. Майоршин В, В, Компонентные гелиевые магнитометры, в сб. Геомагнитное приборостроение, М., Наука", 1977, с, 9-15 (прототип).

739453

1у

11z

Составитель В. Майоршин

Редактор И. Гохфельд Техред M. Петко Корректор C. Шомак

Заказ 2917/39 Тираж 649 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4