FR1464813A

FR1464813A - Self-oscillating, phase-corrected magnetometer

Info

Publication number: FR1464813A
Application number: FR39582A
Authority: FR
Original assignee: CSF; CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: CSF; Thales SA
Priority date: 1965-11-24
Filing date: 1965-11-24
Publication date: 1967-01-06

Description

Magnétomètre auto-oscillateur à correction de phase automatique. Self-oscillating magnetometer with automatic phase correction.

La présente invention se rapporte aux magnétomètres à pompage optique et plus particulièrement aux moyens utilisés pour engendrer un signal de mesure dont la fréquence coïncide aussi exactement que possible avec la fréquence de résonance d'une vapeur alcaline. Il est connu de produire le signal de mesure au moyen d'une chaîne amplificatrice munie d'un transducteur photoélectrique et de bobines modulatrices couplées à la cellule de résonance qui renferme ladite vapeur; moyennant un gain et un déphasage convenables, le système oscille à une fréquence proche de la fréquence de résonance et tout se passe comme si la cellule jouait le rôle d'un circuit oscillant accordé à cette fréquence. Néanmoins la fréquence d'oscillation est sensible aux déphasages internes et elle diffère de la fréquence de résonance de la vapeur. Pour pallier cet écart de fréquence, il est également connu de produire le signal de mesure à partir d'un générateur local balayé en fréquence, de façon à pointer exactement le centre de la raie de résonance au moyen d'un asservissement en phase qui contrôle la fréquence dudit générateur. Cette technique d'asservissement permet d'obtenir un magnétomètre ayant une excellente précision, mais dont le temps de réponse ne permet pas de suivre les variations rapides de l'amplitude du champ à mesurer. The present invention relates to optically pumped magnetometers and more particularly to the means used to generate a measurement signal the frequency of which coincides as exactly as possible with the resonant frequency of an alkaline vapor. It is known to produce the measurement signal by means of an amplifier chain provided with a photoelectric transducer and modulator coils coupled to the resonance cell which contains said vapor; with a suitable gain and phase shift, the system oscillates at a frequency close to the resonant frequency and everything happens as if the cell were playing the role of an oscillating circuit tuned to this frequency. However, the oscillation frequency is sensitive to internal phase shifts and differs from the resonant frequency of the vapor. To compensate for this frequency difference, it is also known to produce the measurement signal from a local frequency-swept generator, so as to precisely point the center of the resonance line by means of a phase lock which controls the frequency of said generator. This control technique makes it possible to obtain a magnetometer having excellent precision, but the response time of which does not make it possible to follow the rapid variations in the amplitude of the field to be measured.

La présente invention, due à Michel Lacroix et
Jean-Pierre Meilleroux, a pour objet un magnétomètre auto-osciliateur comprenant au moins une source lumineuse de pompage couplée à un transducteur photoélectrique par l'intermédiaire d'une cellule de résonance munie de bobines modulatrices et caractérisé essentiellement en ce que lesdites bobines sont alimentées au moyen d'une chaîne amplificatrice ayant un déphasage variable et une entrée reliée audit transducteur; des moyens modulateurs étant prévus pour varier périodiquement ledit déphasage; des moyens discriminateurs contrôlant ledit déphasage, afin que l'oscillation se produise à la fréquence de résonance de la vapeur contenue dans ladite cellule.The present invention, due to Michel Lacroix and
Jean-Pierre Meilleroux, has for object a self-oscillating magnetometer comprising at least one pumping light source coupled to a photoelectric transducer via a resonance cell provided with modulating coils and characterized essentially in that said coils are powered by means of an amplifier chain having a variable phase shift and an input connected to said transducer; modulator means being provided to periodically vary said phase shift; discriminating means controlling said phase shift, so that the oscillation occurs at the resonant frequency of the vapor contained in said cell.

L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures annexées parmi lesquelles
La figure 1 est un premier exemple de magnétomètre conforme à l'invention;
La figure 2 est une figure explicative;
La figure 3 est un diagramme explicatif;
La figure 4 est un schéma de déphaseur conforme à l'invention;
La figure 5 est un diagramme polaire de la tension de boucle du système représenté à la figure 1;
La figure 6 est un diagramme polaire de la tension de boucle du système représenté à la figure 7;
La figure 7 est un second exemple de magnétomètre conforme à l'invention.The invention will be better understood by means of the description below and the appended figures, among which
FIG. 1 is a first example of a magnetometer according to the invention;
Figure 2 is an explanatory figure;
Fig. 3 is an explanatory diagram;
FIG. 4 is a diagram of a phase shifter according to the invention;
Figure 5 is a pole diagram of the loop voltage of the system shown in Figure 1;
Figure 6 is a pole diagram of the loop voltage of the system shown in Figure 7;
FIG. 7 is a second example of a magnetometer according to the invention.

Sur la figure 1 on peut voir le schéma de principe d'un magnétomètre auto-oscillateur conforme à l'invention, comprenant : une source lumineuse 1, une première lentille convergente 2, un dispositif 3 comprenant un polariseur rectiligne et une lame quart d'onde, une seconde lentille convergente 5 et un transducteur photoélectrique 6; ces organes sont alignés suivant un axe optique parallèle à Ox; une cellule de résonance 4 munie de bobines modulatrices 10 est également prévue le long dudit axe, entre la lame 3 et la lentille 5. La sortie du transducteur 6 est reliée aux entrées respectives des ampli. ficateurs 7 et 8; l'amplificateur sélectif 7 est raccordé à l'une des entrées d'un comparateur de phase 12 dont l'autre entrée est alimentée par un générateur de balayage 11, qui contrôle également un modulateur de phase 9. L'entrée du modulateur 9 est reliée à l'amplificateur 8 et sa sortie alimente les bobines 10; la sortie du comparateur 12 contrôle également le modulateur 9. La cellule de résonance 4 renferme une vapeur alcaline dotée d'un moment magnétique résultant M qui, en raison de la présence du champ magnétique extérieur HO, précessionne à la vitesse angulaire 2 rrf0 autour de ho j f0 étant lafréquence de résonance qui correspond aux transitions entre les sous-niveaux Zeeman de la vapeur placée dans le champ HO. In Figure 1 one can see the block diagram of a self-oscillating magnetometer according to the invention, comprising: a light source 1, a first converging lens 2, a device 3 comprising a rectilinear polarizer and a quarter-blade wave, a second converging lens 5 and a photoelectric transducer 6; these members are aligned along an optical axis parallel to Ox; a resonance cell 4 provided with modulator coils 10 is also provided along said axis, between the blade 3 and the lens 5. The output of the transducer 6 is connected to the respective inputs of the amplifiers. indicators 7 and 8; the selective amplifier 7 is connected to one of the inputs of a phase comparator 12, the other input of which is supplied by a sweep generator 11, which also controls a phase modulator 9. The input of the modulator 9 is connected to amplifier 8 and its output supplies coils 10; the output of the comparator 12 also controls the modulator 9. The resonance cell 4 contains an alkaline vapor with a resulting magnetic moment M which, due to the presence of the external magnetic field HO, precession at the angular speed 2 rrf0 around ho j f0 being the resonance frequency which corresponds to the transitions between the Zeeman sublevels of the vapor placed in the HO field.

Le schéma vectoriel de la figure 2 permet de comprendre le mécanisme de la modulation optique du faisceau lumineux qui traverse la celIule de résonance 4; on a représenté, à partir d'une origines, le champ magnétique à mesurer HO, un axe de détection OX formant avec HO l'angle y un axe de pompage optique OP formant avec HO l'angle , un champ modulateur HI formant avec HO l'angle ,ss, et, le moment magnétique résultant M qui caractérise macroscopiquement l'état d'alignement de la vapeur. Ce schéma général ne diffère de la disposition de la figure 1 que par le choix d'angles z,
ss et y de valeurs quelconques.The vector diagram of FIG. 2 makes it possible to understand the mechanism of the optical modulation of the light beam which passes through the resonance cell 4; we have shown, from an origins, the magnetic field to be measured HO, a detection axis OX forming with HO the angle y an optical pumping axis OP forming with HO the angle, a modulating field HI forming with HO the angle, ss, and, the resulting magnetic moment M which macroscopically characterizes the state of alignment of the vapor. This general diagram differs from the arrangement of figure 1 only by the choice of angles z,
ss and y of arbitrary values.

Sous l'action de la lumière émise par la source 1 et polarisée circulairement par la lame 3, le moment magnétique M s'aligne suivant la direction du champ
HO; cet alignement résulte du pompage optique qui oriente les atomes alcalins. Lorsqu'on applique le champ Hi et lorsque sa fréquencefl est voisine de la fréquence fO de résonance de la vapeur, le moment M décrit avec une vitesse angulaire 2 t f1 un cône d'ouverture variable; l'ouverture dudit cone passe par un maximum lorsque fl coencide avec la fréquence de résonance fO. La fréquence f0 est proportionnelle à l'amplitude du champ HO et s'obtient, dans le cas du ceasium par exemple, par la relation
fO = 3,5 HO si l'on exprime fO en Hertz et HO en gamma.Under the action of the light emitted by the source 1 and circularly polarized by the plate 3, the magnetic moment M is aligned according to the direction of the field
HO; this alignment results from optical pumping which orients the alkaline atoms. When the field Hi is applied and when its frequency f1 is close to the resonant frequency fO of the vapor, the moment M describes with an angular speed 2 t f1 a variable opening cone; the opening of said cone passes through a maximum when fl coincides with the resonant frequency fO. The frequency f0 is proportional to the amplitude of the HO field and is obtained, in the case of ceasium for example, by the relation
fO = 3.5 HO if we express fO in Hertz and HO in gamma.

Pour le champ magnétique terrestre, fO est de l'ordre de 160 kHz. For the earth's magnetic field, fO is of the order of 160 kHz.

Le mouvement de précession du moment magnétique M module l'intensité lumineuse transmise par la vapeur au prorata de la composante Mx
dudit moment sur l'axe du faisceau de détection
OX; le transducteur 6 fournit donc un signal de modulation (St) en réponse au champ modulateur
Hi engendré par les bobines 10.The precessional movement of the magnetic moment M modulates the light intensity transmitted by the vapor in proportion to the component Mx
of said moment on the axis of the detection beam
OX; the transducer 6 therefore provides a modulation signal (St) in response to the modulator field
Hi generated by 10 coils.

En général, le signal S(t) a l'allure représentée sur les diagrammes de la figure 3, où l'on a représenté en fonction du temps, d'une part, les lois de modulation en fréquence du champ H1 dans les plages iV f situées de part et d'autre de la résonance et d'autre part, les signaux S(t) correspondant à ces plages de modulation. La loi de modulation (a) engendre le signal S(t) représenté en (c); il comprend une onde porteuse à la fréquencefl du champ modulateur et deux enveloppes de modulation ayant la fréquence f2 de l'exploration en fréquence du champ modulateur; la valeur moyenne du signal
S(t) est représentée en trait plein sur le diagramme (c) et cette valeur varie en phase avec la loi de modulation (a). En (b) et (d) on a représenté le fonction- nement dans une plage de modulation située de l'autre côté de la fréquence de résonance; la diffé rence essentielle est que la valeur moyenne de l'onde porteuse varie cette fois en opposition de phase par rapport à la loi de modulation (b).In general, the signal S (t) has the shape shown in the diagrams of FIG. 3, where one has represented as a function of time, on the one hand, the frequency modulation laws of the field H1 in the ranges iV f located on either side of the resonance and on the other hand, the signals S (t) corresponding to these modulation ranges. The modulation law (a) generates the signal S (t) represented in (c); it comprises a carrier wave at the frequency f1 of the modulating field and two modulation envelopes having the frequency f2 of the frequency scanning of the modulating field; the mean value of the signal
S (t) is represented in solid line on diagram (c) and this value varies in phase with the modulation law (a). In (b) and (d) we have shown the operation in a modulation range located on the other side of the resonant frequency; the essential difference is that the mean value of the carrier wave varies this time in phase opposition with respect to the modulation law (b).

Le fonctionnement du magnétomètre schématisé à la figure 1 est le suivant : la vapeur alcaline est pompée optiquement au moyen du faiseeau lunu- neux polarisé circulairement provenant du dispositif optique 1, 2 et 3; le moment magnétique M s'aligne dans la direction du champ HO. En supposant qu'un courant de fréquence fi circule dans les bobines 10, un champ modulateur Hi est induit dans la cellule 4 parallèlement à OX, ce qui fait précessionner le moment magnétique M autour du
champ HO; le signal S(t) fourni par le transducteur 6 renferme alors une composante de fréquence fl
qui est amplifiée sélectivement par l'amplificateur 8
et appliquée via le modulateur de phase 9 aux bobines 10. La boucle étant fermée, on obtient l'autooscillation du système à la fréquence f1, mais cette fréquence peut différer de la fréquence de résonance fO caractérisant l'amplitude du champ HO.The operation of the magnetometer shown schematically in FIG. 1 is as follows: the alkaline vapor is optically pumped by means of the circularly polarized moon beam coming from the optical device 1, 2 and 3; the magnetic moment M aligns in the direction of the field HO. Assuming that a current of frequency fi circulates in the coils 10, a modulating field Hi is induced in the cell 4 parallel to OX, which causes the magnetic moment M to precede around the
HO field; the signal S (t) supplied by the transducer 6 then contains a frequency component fl
which is selectively amplified by amplifier 8
and applied via the phase modulator 9 to the coils 10. The loop being closed, the self-oscillation of the system is obtained at the frequency f1, but this frequency may differ from the resonant frequency fO characterizing the amplitude of the field HO.

Pour remédier à cet inconvénient l'invention prévoit d'utiliser la composante de fréquence f2 qui se trouve dans le signal S(t) lorsqu'on effectue un balayage en basse fréquence de la raie de résonance de la vapeur. Conformément à l'invention, un générateur de balayage 11 alimente l'entrée E du modulateur 9, afin d'introduire dans la boucle de réaction un déphasage qui varie périodiquement à la fréquencef2. Le signal S(t) renferme une composante de fréquencef2 que l'on amplifie sélectivement au moyen de l'amplificateur 7; la tension amplifiée est ensuite comparée à la tension modulatrice produite par le générateur de balayage 11, au moyen du comparateur de phase 12; en fonction des phases respectives de ces tensions, le comparateur 12 élabore un signal de correction qui agit sur l'entrée F du modulateur 9, en vue d'amener en coïncidence les fréquences fi et fO. Lorsque la coïncidence est obtenue, le comparateur 12 ne reçoit plus aucune tension en provenance de l'amplificateur 7 puisque l'exploration en fréquence se répartit symétriquement de part et d'autre de f0. To remedy this drawback, the invention provides for using the component of frequency f2 which is found in the signal S (t) when a low-frequency sweep of the resonance line of the vapor is carried out. According to the invention, a scanning generator 11 supplies the input E of modulator 9, in order to introduce into the reaction loop a phase shift which varies periodically at the frequency f2. The signal S (t) contains a component of frequency f2 which is selectively amplified by means of the amplifier 7; the amplified voltage is then compared with the modulating voltage produced by the scanning generator 11, by means of the phase comparator 12; as a function of the respective phases of these voltages, the comparator 12 generates a correction signal which acts on the input F of the modulator 9, with a view to bringing the frequencies fi and fO into coincidence. When the coincidence is obtained, the comparator 12 no longer receives any voltage coming from the amplifier 7 since the frequency scanning is distributed symmetrically on either side of f0.

Les variations rapides de l'amplitude du champ
HO se répercutent directement sur la fréquence d'auto-oscillation sans que l'asservissement de phase intervienne. Par contre, il entre en action dès que la fréquence d'oscillation tend à s'écarter de la fréquence de résonance de la vapeur.Rapid variations in field amplitude
HO have direct repercussions on the self-oscillation frequency without the phase lock intervening. On the other hand, it comes into action as soon as the oscillation frequency tends to deviate from the resonant frequency of the vapor.

L'utilisation d'un montage auto-oscillateur doté d'un asservissement de phase permet d'obtenir une réponse rapide et précise aux variations d'amplitude du champ magnétique à mesurer; on supprime du même coup les difficultés de réalisation d'un amplificateur à phase constante dans une plage de fréquences étendue, de même que les effets de rotation dus à un alignement défectueux des bobines vis-à-vis de l'axe optique du magnétomètre. The use of an auto-oscillator assembly provided with a phase control makes it possible to obtain a rapid and precise response to the variations in amplitude of the magnetic field to be measured; at the same time, the difficulties of producing an amplifier with constant phase in a wide frequency range are eliminated, as well as the effects of rotation due to a faulty alignment of the coils with respect to the optical axis of the magnetometer.

Bien que la fréquence de résonance f0 ne dépende pas de l'orientation du champ magnétique HO, il n'en va pas de même de la tension de boucle disponible à la sortie de l'amplificateur 8; cette tension est liée à un grand nombre de facteurs et notamment aux angles z, et y de la figure 2. En particulier, cette tension s'annule quand le champ HO est parallèle à l'axe de détection OX, car le moment
M ne module pas la lumière transmise par la vapeur; cette tension s'annule également lorsque le champ
HO est perpendiculaire à l'axe du pompage optique puisqu'il n'y a plus de pompage optique. Ainsi, la disposition de la figure 1 ne permet pas d'entretenir l'oscillation lorsque HO est parallèle à OX ou à OY, car le diagramme polaire de la tension de boucle est celui de la figure 5.Although the resonant frequency f0 does not depend on the orientation of the magnetic field HO, the same does not apply to the loop voltage available at the output of the amplifier 8; this voltage is linked to a large number of factors and in particular to the angles z and y of FIG. 2. In particular, this voltage is canceled out when the field HO is parallel to the detection axis OX, because the moment
M does not modulate the light transmitted by vapor; this voltage is also canceled out when the field
HO is perpendicular to the axis of the optical pumping since there is no longer any optical pumping. Thus, the arrangement of Figure 1 does not maintain the oscillation when HO is parallel to OX or OY, because the polar diagram of the loop voltage is that of Figure 5.

On peut remédier partiellement à cet état de chose en prévoyant, conformément à l'invention, un second faisceau lumineux perpendiculaire au premier. This state of affairs can be partially remedied by providing, in accordance with the invention, a second light beam perpendicular to the first.

Sur la figure 7 on peut voir une cellule de résonance 4 entourée de deux ensembles 1, 2, 3, 5, 6 et 10 illuminant la cellule suivant les directions perpendiculaires OX et OY. Les quatre bobines 10 sont branchées au modulateur 9 et les transducteurs photoélectriques 6 alimentent séparément les amplificateurs 7 et 8. In FIG. 7 we can see a resonance cell 4 surrounded by two sets 1, 2, 3, 5, 6 and 10 illuminating the cell in the perpendicular directions OX and OY. The four coils 10 are connected to the modulator 9 and the photoelectric transducers 6 separately supply the amplifiers 7 and 8.

Le signal Sx correspondant à la composante Mx du moment magnétique M renferme une composante à la fréquence fl qui, comme dans l'exemple de la figure 1, entretient l'oscillation du magnétomètre. The signal Sx corresponding to the component Mx of the magnetic moment M contains a component at the frequency fl which, as in the example of FIG. 1, maintains the oscillation of the magnetometer.

Le signal Sy correspondant à la composante My du moment magnétique M, renferme une composante à la fréquence f2 qui sert à établir la correction de phase comme expliqué précédemment. L'avantage de cette disposition est d'empêcher l'annulation de la tension de boucle lorsque le champ HO est perpendiculaire à OX, car le pompage de la vapeur persiste suivant la direction OY; ie diagramme polaire de la tension de boucle n'a plus que deux lobes et une seule-direetion de non-oscillation qu correspond au parallélisme de HO et de OX; ce diagramme est représenté à la figure 6.The signal Sy corresponding to the component My of the magnetic moment M, contains a component at the frequency f2 which serves to establish the phase correction as explained previously. The advantage of this arrangement is to prevent the cancellation of the loop voltage when the field HO is perpendicular to OX, because the pumping of the steam persists in the direction OY; the polar diagram of the loop voltage has only two lobes and a single non-oscillation direction which corresponds to the parallelism of HO and OX; this diagram is shown in figure 6.

Sur la figure 4 on peut voir, à titre d'exemple non limitatif, un schéma de modulateur de phase 9 comprenant une diode à capacité variable 14 montée en dérivation sur une inductance 13 par l'intermédiaire d'un condensateur de découplage 12. Le circuit résonnant ainsi constitué introduit entre les fils AC et BD une susceptance positive ou négative qui déphase i" par rapport à i'. Cette susceptance est modulée par l'application de tensions de commande à la diode 14. Ces tensions sont appliquées par l'intermédiaire d'une résistance 16 raccordée à l'entrée F et par l'intermédiaire d'une capacité de découplage 15 raccordée à l'entrée E; ces tensions font varier la capacité de la diode 14. In FIG. 4 one can see, by way of nonlimiting example, a diagram of a phase modulator 9 comprising a variable capacitance diode 14 connected in shunt on an inductor 13 via a decoupling capacitor 12. The A resonant circuit thus formed introduces between the AC and BD wires a positive or negative susceptance which phase i "with respect to i". This susceptance is modulated by the application of control voltages to the diode 14. These voltages are applied by the via a resistor 16 connected to input F and via a decoupling capacitor 15 connected to input E; these voltages vary the capacitance of diode 14.

Les magnétomètres conformes à l'invention présentent les avantages suivants
10 Une grande précision de mesure grâce à la correction du déphasage de la chaîne amplificatrice;
20 Une réponse correcte aux fluctuations rapides du champ à mesurer;
30 Une insensibilité aux effets de rotation; ces effets introduisent un déphasage parasite que l'asservissement permet de compenser;
40 Une réalisation simple des amplificateurs et une simplification du calage des bobines par rapport à l'axe optique;
50 Aucun dispositif de recherche de fréquence n'est nécessaire pour pallier les décrochages de l'asservissement.The magnetometers according to the invention have the following advantages
10 High measurement accuracy thanks to the correction of the phase shift of the amplifying chain;
20 Correct response to rapid fluctuations in the field to be measured;
30 Insensitivity to rotational effects; these effects introduce a parasitic phase shift which the control makes it possible to compensate;
40 A simple embodiment of the amplifiers and a simplification of the setting of the coils with respect to the optical axis;
50 No frequency search device is necessary to compensate for slaving stalls.

RÉSUMÉ
La présente invention a pour objet un magnétomètre auto-oscillateur comprenant au moins une source lumineuse de pompage couplée à un transducteur photoélectrique par l'intermédiaire d'une cellule de résonance munie de bobines modulatrices et caractérisé essentiellement en ce que lesdites bobines sont alimentées au moyen d'une chaîne amplificatrice ayant un déphasage variable et une entrée reliée audit transducteur; des moyens modulateurs étant prévus pour varier périodiquement ledit déphasage; des moyens discriminateurs contrôlant ledit déphasage, afin que l'oscillation se produise à la fréquence de résonance de la vapeur contenue dans ladite cellule. ABSTRACT
The present invention relates to a self-oscillating magnetometer comprising at least one pumping light source coupled to a photoelectric transducer via a resonance cell provided with modulating coils and characterized essentially in that said coils are supplied by means an amplifier chain having a variable phase shift and an input connected to said transducer; modulator means being provided to periodically vary said phase shift; discriminating means controlling said phase shift, so that the oscillation occurs at the resonant frequency of the vapor contained in said cell.

L'invention présente en outre les caractéristiques suivantes prises séparément et par combinaison
lo L'axe des bobines coïncide avec l'axe optique reliant ladite source et ledit transducteur;
20 Un axe secondaire de pompage et de détection optique est prévu perpendiculairement audit axe optique; The invention further exhibits the following characteristics taken separately and in combination
lo The axis of the coils coincides with the optical axis connecting said source and said transducer;
A secondary optical pumping and sensing axis is provided perpendicular to said optical axis;

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.

Claims

** ATTENTION ** start of field CLMS can contain end of DESC **. The rapid variations in the amplitude of the HO field have direct repercussions on the self-oscillation frequency without the phase lock intervening. On the other hand, it comes into action as soon as the oscillation frequency tends to deviate from the resonant frequency of the vapor. The use of an auto-oscillator assembly provided with a phase control makes it possible to obtain a rapid and precise response to the variations in amplitude of the magnetic field to be measured; at the same time, the difficulties of producing an amplifier with constant phase in a wide frequency range are eliminated, as well as the effects of rotation due to a faulty alignment of the coils with respect to the optical axis of the magnetometer. Although the resonant frequency f0 does not depend on the orientation of the magnetic field HO, the same does not apply to the loop voltage available at the output of amplifier 8; this voltage is linked to a large number of factors and in particular to the angles z, and y in FIG. 2. In particular, this voltage is canceled out when the field HO is parallel to the detection axis OX, because the moment M does not not modulate the light transmitted by vapor; this voltage is also canceled out when the field HO is perpendicular to the axis of the optical pumping since there is no longer any optical pumping. Thus, the arrangement of FIG. 1 does not allow the oscillation to be maintained when HO is parallel to OX or to OY, because the polar diagram of the loop voltage is that of FIG. 5. This state can be partially remedied. of thing by providing, in accordance with the invention, a second light beam perpendicular to the first. In FIG. 7 we can see a resonance cell 4 surrounded by two sets 1, 2, 3, 5, 6 and 10 illuminating the cell in the perpendicular directions OX and OY. The four coils 10 are connected to the modulator 9 and the photoelectric transducers 6 separately supply the amplifiers 7 and 8. The signal Sx corresponding to the component Mx of the magnetic moment M contains a component at the frequency fl which, as in the example of Figure 1, maintains the oscillation of the magnetometer. The signal Sy corresponding to the component My of the magnetic moment M, contains a component at the frequency f2 which serves to establish the phase correction as explained previously. The advantage of this arrangement is to prevent the cancellation of the loop voltage when the field HO is perpendicular to OX, because the pumping of the steam persists in the direction OY; the polar diagram of the loop voltage has only two lobes and a single non-oscillation direction which corresponds to the parallelism of HO and OX; this diagram is represented in FIG. 6. In FIG. 4 one can see, by way of nonlimiting example, a diagram of a phase modulator 9 comprising a variable capacitance diode 14 mounted in shunt on an inductor 13 via of a decoupling capacitor 12. The resonant circuit thus formed introduces between the wires AC and BD a positive or negative susceptance which phase i "with respect to i '. This susceptance is modulated by the application of control voltages to the diode 14. These voltages are applied through a resistor 16 connected to the input F and through a decoupling capacitor 15 connected to the input E; these voltages vary the capacitance of the diode 14. The magnetometers in accordance with the invention have the following advantages: High measurement accuracy thanks to the correction of the phase shift of the amplifying chain;

20 Correct response to rapid fluctuations in the field to be measured;

30 Insensitivity to rotational effects; these effects introduce a parasitic phase shift which the control makes it possible to compensate;

40 A simple embodiment of the amplifiers and a simplification of the setting of the coils with respect to the optical axis;

50 No frequency search device is necessary to compensate for slaving stalls.

ABSTRACT

The present invention relates to a self-oscillating magnetometer comprising at least one pumping light source coupled to a photoelectric transducer via a resonance cell provided with modulating coils and characterized essentially in that said coils are supplied by means an amplifier chain having a variable phase shift and an input connected to said transducer; modulator means being provided to periodically vary said phase shift; discriminating means controlling said phase shift, so that the oscillation occurs at the resonant frequency of the vapor contained in said cell.

The invention further exhibits the following characteristics taken separately and in combination

lo The axis of the coils coincides with the optical axis connecting said source and said transducer;

A secondary optical pumping and sensing axis is provided perpendicular to said optical axis;

Said modulator means comprise a scanning generator acting on a phase shifting network interposed in said chair;

Said phase shift network comprises a resonant circuit whose tuning capacitance is a semiconductor diode polarized in the opposite direction by means of variable voltages;

Said discriminating means are connected to said transducer by means of a selective amplifier coupled to a phase comparator, the output voltage of which controls said phase shifter network;

Said selective amplifier collects along said secondary axis an optical modulation having the frequency of said generator.