Трехкомпонентный квантовый магнитометр

Трехкомпонентный квантовый магнитометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(in 7899 56

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОЙ И

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22} Заявлено 27.10. 78 (21) 2678290/18-21 (51)М. КЛ. с присоединением заявки ¹вЂ” (23) Приоритет

С 01 и 33/08.

Государственный комитет

СССР

fl0 делам нзобретеннй и открытий

Опубликовано 23.1; 80. Бюллетень ¹ 47

Дата опубликования описания 261230 (53) УДК 621.317.44 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю.К.Доломанский и B.М.Рыжков

Ордена Трудового Красного Знамени институт геофизики

Уральского научного центра AH СССР (71) Заявитель (54) ТРЕХКОМПОНЕНТНЫИ КВАНТОВЫИ МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике геофизике и пред назначено для измерения трех компонент слабого магнитного поля.

Наиболее близкие предлагаемому магнитометры с оптической накачкой основаны на эффекте Ханле.и предназначены для измерения слабых магнитных полей в магнитном экране.

Общим элементом этих устройств является квантовый датчик, состоящий из источника циркулярно-поляризованногс света накачки, поглощающей ячейки, содержащей атомы рабочего вещества, и фотодетектора, регистрирующего интенсивность света накачки, прошедшего через поглощающую ячейку. Датчик помещается в центре системы катушек, служащих для создания переменных магнитных полей и для компенсации компонент измеряемого поля к нулю. В условиях, когда внешнее измеряемое поле скомпенсировано до величины, мельшей ширины линии Ханле рабочего вещества, и в месте расположения поглощающей ячейки созданы переменные поля, на фотодетекторе квантового датчика генерируются сигналы пропорциональные компонентам внещйего поля. эти сигналы исполь2 зуются для автоматической компенсации компонент внешнего поля к нулю.

Компоненты измеряются по току кс>мпенсации j1).

3 Недостатком известных устройств является то, что амплитуда сигнала комбинационной частоты 5(UOLTE, пропорциональная компоненте оля вдоль луча, содержит множитель г/Я, 10 где à — ширина линии Ханле. При использовании веществ с малой шириной линии (например, рубидия .г/2 =0,8Гц или гелия — 3 г/23 . =6,10 Гц) чувствительность для этой компоненты полу15 чается значительно хуже,чем по остальным, поскольку для синхронного детектирования практически невозможно использовать слишком низкую частоту Я

В частности для трехкомпонентного

2P квантового магнитометра на парах рубидия при использовании /2 =15 Гц чувствительность по компоненте поля вдоль луча накачки получается в 18 раз хуже, чем по остальным компонен25 там. При использовании в таком магнитометре гелия-3 чувствительность по этой компоненте получается в

2500 раз хуже, чем по остальным.

В то же время использование ве30 ществ с узкой линией Ханле в таких

789956 магнитометрах предпочтйтельнее„ так как позволяет получить черезвычайно высокую чувствительность измерений (до 10 3).

Цель изобретения — повьпиение чувствительности по трем компонентам измеряемого поля при использовании рабочих веществ с узкой линией

Ханлв.

Указанная цель достигается тем, что а трехкомпонентный квантовый магнитометр, содержащий квантовый датчик, выполненный в виде источника циркулярно-поляризованного света, поглощающей ячейки и фотодетектора, выход которого связан со входами двух избирательных усилителей, каж- 15 дый из которых через последовательйо соединенные фазовый детектор, интегратор и потенциометр связан с одной из трехкоординатных систем колец Гельмгольца, два генератора )О на частоты <в и Я, подключенные ко вторым входам фазовых детекторов и к соответствующей системе колец

Гельмгольца, последовательно соединенные третий фазовый детектор, третий интегратор и третий потенциометр, дополнительно введены второй квантовый датчик, идентичный первому, оптическая ось которого ортогональна оптической оси первого квантового датчика, третий генератор на частоту q и третий избирательный усилитель, при этом выходы третьего генератора подключены к соответствующей системе колец Гельмгольца и ко второму входу третьего фазового детектора, первый вход которого подключен к выходу третьего избирательного усилителя, своим входом связанного с выходом фотодетектора второго квантового датчика. 40

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.

Схема состоит из двух идентичных квантовых датчиков 1 и 2, включающих источники 3 и 4 циркулярнополяризованного света накачки, поглощающие ячейки 5 и 6 и фотодетекторы 7 и 8, .и помещенных в центре трехкоординатной системы колец Гельм-;5О гольца 9,10 и 11. Оптические оси квантовых датчиков ориентированы взаимно перпендикулярно, например, оптическая ось датчика 1 параллель на оси ОХ, а оптическая ось датчика 2 параллельна оси 0Z. Выходы генераторов 12,13 и 14 и избирательных усилителей 15 16 и 17 подключены ко входам фазовых детекторов 18,19 и 20, выходы последних через интеграторы 21,22 и 23 под- Я) ключены к потенциометрам 24,25 и

26.

Устройство работает следующим образом.

С помощью генератора 12 и колец

10 в месте расположения датчиков создается переменное поле частоты

4и по оси OY; c помощью генератора 13 и колец 11 создается перемен ное поле на частоте H по оси 02, и с помощью генератора 14 и колец 9 создается переменное поле частоты по оси OX. С фотодетектора 7 кван-.îâîãa датчика 1 снимаются сигналы двух частот S(и) и S (Й), причем амплитуда сигнала S(Ф) пропорциональна t> — компоненте измеряемого поля, а амплитуда сигнала S (Л ) пропорциональна Hz — компоненте изме. ряемого поля. Сигнал S (Ю ) усиливается избирательным усилителем 15 и подается на сигнальный вход фазового детектора 18, на опорный вход которого подается сигнал от генератора

12. Выход фазового детектора 18 через интегратор 21 поступает далее в кольца 10, обеспечивая автоматическую компенсацию H v компоненты к нулю. Сигнал S (12 ) усиливается избирательным усилителем 16 и подается на сигнальный вход фазового детектора 19, на опорный вход которого подается сигнал от генератора 13 °

Выход фазового детектора 19 через интегратор 22 поступает далее в кольцо 11, обеспечивая автоматическую компенсацию Н компоненты к

z нулю. С фотодетектора 8 квантового . датчика 2 снимается сигнал S (q), амплитуда которого пропорциональна

H компоненте измеряемого поля.

Этот сигнал усиливается избирательным усилителем 17 и подается на сигнальный вход фазового детектора 20, на опорный вход которого подается сигнал от генератора 14. Выход фазо-вого детектора 20 через интегратор

23 поступает далее в кольца 9, обеспечивая автоматическую компенсацию компоненты к нулю.

Компоненты внешнего поля Н, Н и H измеряются по току компенсаХ ции с помощью потенциометров 24,25, и 26, соответственно.

Предлагаемое устройство обеспечи-" вает одинаково высокую чувствительность по всем трем компонентам измеряемого поля при использовании рабочих веществ с узкой линией Ханле.

Формула изобретения

Трехкомпонентный квантовый магии тометр, содержащий квантовый датчик, выполненный в виде источйика циркулярно-поляризованного света, поглощающей ячейки и фотодетектора, выход которого связан со входами двух избирательных усилителей, каждый иэ которых через последовательно соединенные фазовый детектор, интегратор и потенциометр связан с одной иэ

789956

ВНИИПИ Заказ 9036/48 Тираж 1019 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 трехкоординатных систем колец Гельмгольца,два генератора на частоты щ и Я, подключенные ко вторым входам фазовых детекторов и к соответствую-, щей системе колец Гельмгольца, последовательно соединенные третий фазовый детектор, третий интегратор и третий потенциометр, о т л и Q а юшийся тем, что, .с целью повышения чувствительности по трем компонентам измеряемого поля при использовании рабочих веществ с узкой линией Ханле, в него дополнительно введены второй квантовый датчик, идентичный первому, оптическая ось которого ортогональна оптической оси первого квантового датчика, третий генератор на частоту о и третий избирательный усилитейь, при этом выходы третьего генератора подключены к соответствующей системе кольца Гельмгольца и ко второму входу третьего фазового детектора, первый вход которого подключен к выходу третьего иэбирательного усилителя, своим входом связанного с выходом фотодетектора второго квантового датчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Геомагнитное приборостроение.

И., "Наука", 1977, с. 9-15.