RU2704391C1 - Method of controlling an atomic magnetometric sensor when operating as part of a multichannel diagnostic system - Google Patents
Method of controlling an atomic magnetometric sensor when operating as part of a multichannel diagnostic system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2704391C1 RU2704391C1 RU2018147064A RU2018147064A RU2704391C1 RU 2704391 C1 RU2704391 C1 RU 2704391C1 RU 2018147064 A RU2018147064 A RU 2018147064A RU 2018147064 A RU2018147064 A RU 2018147064A RU 2704391 C1 RU2704391 C1 RU 2704391C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- field
- sensors
- magnetic field
- atomic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области биометрии, а именно к регистрации слабых магнитных полей биологических объектов.The invention relates to the field of biometry, namely to the registration of weak magnetic fields of biological objects.
Атомарные магнитометрические датчики (АМД), использующие резонансное радиочастотное (РЧ) поле, способны работать рядом друг с другом только при условии, что частота РЧ поля одинакова для всех датчиков, и привязана к средней величине поля в исследуемом объеме (либо, наоборот, средняя величина поля привязана к частоте РЧ поля). При этом измерение локального поля каждым датчиком осуществляется не по частоте сигнала магнитного резонанса (в этой схеме она одинакова для всех датчиков), а по величине сигнала ошибки S(Δω), при небольших вариациях поля пропорционального этим вариациям (фиг. 2).Atomic magnetometric sensors (AMD) using a resonant radio-frequency (RF) field are able to work next to each other only if the frequency of the RF field is the same for all sensors, and is tied to the average field in the volume under study (or, conversely, the average value field is tied to the frequency of the RF field). In this case, the measurement of the local field by each sensor is carried out not by the frequency of the magnetic resonance signal (in this scheme it is the same for all sensors), but by the value of the error signal S (Δω), with small variations of the field proportional to these variations (Fig. 2).
Недостаток этого способа заключается в том, что вследствие неоднородности магнитного поля часть датчиков будет работать не точно в центре линии магнитного резонанса, то есть - при S(Δω)≠0. Следовательно, появятся зависимости показаний от параметров системы - вследствие зависимости k, T1, Т2 и Ω (Ω - частота Раби резонансного РЧ поля, пропорциональная его амплитуде, T1, Т2 - времена продольной и поперечной релаксации атомных моментов; k - коэффициент, зависящий от параметров системы - интенсивности излучения накачки и детектирования, температуры) от интенсивности излучения накачки и детектирования, температуры, и амплитуды РЧ поля, что приведет к снижению вариационной чувствительности системы. Кроме того, это приведет к отсутствию абсолютности. Если в классическом атомарном магнитометре (AM) величина поля однозначно определяется из значений ларморовской частоты и гиромагнитного отношения, то данная система требует калибровки.The disadvantage of this method is that due to the inhomogeneity of the magnetic field, part of the sensors will not work exactly at the center of the magnetic resonance line, that is, at S (Δω) ≠ 0. Consequently, the readings will depend on the parameters of the system - due to the dependence of k, T 1 , T 2 and Ω (Ω is the Rabi frequency of the resonant RF field proportional to its amplitude, T 1 , T 2 are the longitudinal and transverse relaxation times of atomic moments; k is the coefficient depending on the parameters of the system - the intensity of the pump and detection radiation, temperature) on the intensity of the pump and detection radiation, temperature, and RF field amplitude, which will lead to a decrease in the variational sensitivity of the system. In addition, this will lead to a lack of absoluteness. If in a classical atomic magnetometer (AM) the field value is uniquely determined from the values of the Larmor frequency and gyromagnetic ratio, then this system requires calibration.
Кроме того, при величине неоднородности поля, сравнимой с шириной линии, чувствительность АМД в такой схеме может падать до нуля вследствие уменьшения производной S'(Δω) при отстройке от центра резонансной линии (формула (2) см. ниже).In addition, when the field inhomogeneity is comparable with the line width, the AMD sensitivity in such a scheme can drop to zero due to a decrease in the derivative S '(Δω) during the detuning from the center of the resonance line (formula (2) see below).
Холодов Ю.А., Козлов А.Н, Горбач А.М. Магнитные поля биологических объектов. М.: Наука, 1987. Гл. 2.4. Магнитометры с оптической накачкой, стр. 47: «Схема градиентометра с двумя датчиками разного типа имеет тот недостаток, что их частотные характеристики и реакция на изменения МП различны, это не обеспечивает максимально возможного подавления магнитных помех больших амплитуд. Этот недостаток можно устранить, если градиентометр построить на трех датчиках, два из которых - с разомкнутой петлей, а третий - автоколебательного типа, обеспечивающий работу двух первых».Kholodov Yu.A., Kozlov A.N., Gorbach A.M. Magnetic fields of biological objects. M .: Nauka, 1987. Ch. 2.4. Optically-pumped magnetometers, page 47: “The layout of the gradiometer with two different types of sensors has the disadvantage that their frequency characteristics and response to changes in the magnetic field are different, which does not provide the maximum possible suppression of large-amplitude magnetic interference. "This drawback can be eliminated if the gradiometer is built on three sensors, two of which are with an open loop, and the third is a self-oscillating type that ensures the operation of the first two."
Еще одно известное решение задачи обеспечения возможности работы рядом друг с другом атомарных магнитометрических датчиков (АМД), использующих резонансное радиочастотное (РЧ) поле, это замена радиочастотного поля амплитудной модуляцией излучения лазера накачки (параметрический резонанс). В идеале этот метод обеспечивает такую же чувствительность, как и классический. Но этот метод крайне дорог и неудобен, поскольку требует использования в каждом АМД акустооптического модулятора (АОМ), обеспечивающего 100% модуляцию на ларморовской частоте (десятки или сотни килогерц). Исключение - системы, в которых необходимую мощность накачки обеспечивают лазеры с вертикальным резонатором (VCSEL), мощность которых может быть модулирована током лазерного диода. К сожалению, эти лазеры не обеспечивают мощность, необходимую для АМД систем магнитоэнцефалографа (МЭГ). (Z. D. Gruji'c and A. Weis. Atomic magnetic resonance induced by amplitude-, frequency-, or polarization-modulated light. PHYSICAL REVIEW A 88, 012508 (2013) / З.Д. Гружич и А. Вайс. Атомный магнитный резонанс, вызванный амплитудно-, частотно- и поляризационно модулированным светом, Обзоры Физики А 88, 012508 (2013)).Another well-known solution to the problem of ensuring the possibility of working next to each other atomic magnetometric sensors (AMD) using a resonant radio frequency (RF) field is to replace the radio frequency field with amplitude modulation of the pump laser radiation (parametric resonance). Ideally, this method provides the same sensitivity as the classic one. But this method is extremely expensive and inconvenient, since it requires the use of an acousto-optical modulator (AOM) in each AMD, which provides 100% modulation at the Larmor frequency (tens or hundreds of kilohertz). An exception is systems in which the necessary pump power is provided by vertical resonator lasers (VCSEL), the power of which can be modulated by the current of the laser diode. Unfortunately, these lasers do not provide the power needed for AMD magnetoencephalograph (MEG) systems. (ZD Gruji'c and A. Weis. Atomic magnetic resonance induced by amplitude-, frequency-, or polarization-modulated light. PHYSICAL REVIEW A 88, 012508 (2013) / ZD Gruzhich and A. Weiss. Atomic magnetic resonance caused by amplitude, frequency and polarization modulated light, Physics Reviews A 88, 012508 (2013)).
Известен способ обнаружения магнитного поля с использованием устройства, которое включает подложку и массив оптических магнитометров, размещенных на подложке. Массив оптических магнитометров представляет собой набор оптических магнитометров, изготовленных на подложке, такой как кремний, стекло или полимерная подложка. Каждый из оптических магнитометров может быть связан, соответствовать или иным образом связан с другими компонентами, так что сигналы, обнаруженные магнитометром, могут быть дополнительно обработаны и/или проанализированы. Компоненты могут быть встроены в подложку или обеспечены внешним источником. Массив оптических магнитометров может быть устроен так, что местоположение каждого из оптических магнитометров точно откалибровано и магнитные поля, определяемые оптическими магнитометрами, соответственно профилируются. Кроме того, в тех случаях, когда магнитные поля неравномерно распределены, как и во многих биомагнитных действиях, малый размер каждого из оптических магнитометров и конструкция матрицы таковы, что магнитное поле, испытываемое одним оптическим магнитометром, является относительно однородны. Поэтому массив оптических магнитометров может точно определять отдельные части магнитного поля и в то же время обеспечивать точный профиль всего магнитного поля. Внешнее магнитное поле или измеряемое магнитное поле могут быть ориентированы под разными углами с ориентацией света от параллельного до 45° к перпендикулярному друг другу. В конкретном варианте осуществления внешнее В конкретном варианте осуществления внешнее магнитное поле является параллельным свету. (Заявка США №2007167723, МПК А61В 5/04; G01R 33/03, опубл. 19.10.2007)A known method of detecting a magnetic field using a device that includes a substrate and an array of optical magnetometers placed on the substrate. An array of optical magnetometers is a set of optical magnetometers made on a substrate, such as silicon, glass or a polymer substrate. Each of the optical magnetometers can be connected, matched or otherwise connected with other components, so that the signals detected by the magnetometer can be further processed and / or analyzed. The components may be embedded in the substrate or provided with an external source. The array of optical magnetometers can be arranged so that the location of each of the optical magnetometers is accurately calibrated and the magnetic fields determined by the optical magnetometers are profiled accordingly. In addition, in cases where the magnetic fields are unevenly distributed, as in many biomagnetic activities, the small size of each of the optical magnetometers and the matrix design are such that the magnetic field experienced by one optical magnetometer is relatively uniform. Therefore, an array of optical magnetometers can accurately determine the individual parts of the magnetic field and at the same time provide an accurate profile of the entire magnetic field. An external magnetic field or a measured magnetic field can be oriented at different angles with the orientation of the light from parallel to 45 ° to perpendicular to each other. In a specific embodiment, the external In a specific embodiment, the external magnetic field is parallel to the light. (Application US No. 2007167723, IPC АВВ 5/04; G01R 33/03, publ. 19.10.2007)
Недостатком известного решения является тот факт, что решение фактически описывает геометрический дизайн многоканальной системы магнитометрических датчиков. В данном решении не решена проблема управления датчиками для выравнивания рабочих характеристик всех датчиков системы, эта тема вообще не затрагивается. Заявляемое техническое решение по управлению отдельным датчиком может быть использовано для управления датчиками, входящими в описываемый в этом исследовании массив датчиков.A disadvantage of the known solution is the fact that the solution actually describes the geometric design of a multi-channel system of magnetometric sensors. This solution does not solve the problem of controlling sensors to align the performance of all sensors in the system, this topic is not addressed at all. The claimed technical solution for controlling an individual sensor can be used to control the sensors included in the array of sensors described in this study.
Наиболее близким к заявляемому способу по достигаемому техническому результату является известное решение по патенту Германии № магнитометра с оптической накачкой, который позволяет использовать его в массивах датчиков, в которых не происходит взаимного влияния отдельного магнитометра, и способа работы устройства, включающего массив магнитометров с оптической накачкой. (Заявка Германии №102013004385, МПК G01R 33/032; G01R 33/26, опубл. 19.09.2013)The closest to the claimed method according to the achieved technical result is the well-known solution according to German patent No. of an optically pumped magnetometer, which allows its use in arrays of sensors in which there is no mutual influence of a separate magnetometer, and the method of operation of the device, including an array of magnetically pumped magnetometers. (German application No. 102013004385, IPC G01R 33/032; G01R 33/26, publ. 09/19/2013)
Способ работы устройства с массивом магнитометр оптической накачки заключается в том, что каждая измерительная ячейка (М) каждого измерительного канала облучается циркулярно поляризованным светом от одного и того же источника света (L), и при этом посредством модулятора интенсивности (IM) расположенного на входе в ячейку, осуществляется модуляция света в каждом канале измерения, причем может осуществляться управление частотой, глубиной и скважностью модуляции. Свет накачки модулируется по интенсивности на ларморовской частоте атомов в соответствующей измерительной ячейке. Предпочтительно однократное включение и выключение света накачки в течение каждого периода ларморовской частоты. Выравнивание и синхронизация фаз прецессии спинов атомов в измерительной ячейке (М), а также сбор необходимой информации, содержащейся в амплитудной модуляции светового пучка после прохождения через измерительную ячейку, выполняются исключительно оптическими методами. При этом необходима фазовая синхронизация спинов атомов в каждой из измерительных ячеек (М) на своей ларморовской частоте, соответствующей измеряемым магнитным полям В0(1) и В0(2)).The method of operation of the device with an array of an optical pump magnetometer is that each measuring cell (M) of each measuring channel is irradiated with circularly polarized light from the same light source (L), and by means of an intensity modulator (IM) located at the input to cell, light is modulated in each measurement channel, and frequency, depth and duty cycle of the modulation can be controlled. The pump light is modulated in intensity at the Larmor frequency of the atoms in the corresponding measuring cell. It is preferable to turn the pump light on and off once during each Larmor frequency period. Alignment and synchronization of the precession phases of atomic spins in the measuring cell (M), as well as the collection of the necessary information contained in the amplitude modulation of the light beam after passing through the measuring cell, are carried out exclusively by optical methods. In this case, phase synchronization of the spins of atoms in each of the measuring cells (M) at its Larmor frequency corresponding to the measured magnetic fields B0 (1) and B0 (2)) is necessary.
Недостатками известного решения являются его сложность и дороговизна, поскольку его реализация требует использования в каждом канале дорогостоящего и требующего тонкой юстировки акустооптического (АОМ) или электрооптического (ЕОМ) модулятора (обозначенного в патенте IM), обеспечивающего 100% модуляцию на ларморовской частоте, составляющей десятки или сотни килогерц.The disadvantages of the known solution are its complexity and high cost, since its implementation requires the use in each channel of expensive and requiring fine adjustment of the acousto-optical (AOM) or electro-optical (EOM) modulator (indicated in the IM patent), providing 100% modulation at a Larmor frequency of tens or hundreds of kilohertz.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение возможности работы атомарного магнитометрического датчика в составе многоканальной диагностической системы без создания помех в работе близкорасположенных аналогичных датчиков.The technical problem to which the claimed invention is directed is to enable the atomic magnetometric sensor to operate as part of a multi-channel diagnostic system without interfering with the operation of nearby similar sensors.
Поставленная техническая задача решается тем, что в способе управления атомарным магнитометрическим датчиком при работе в составе многоканальной диагностической системы, согласно заявленному изобретению, устанавливают атомарные магнитометрические датчики в многоканальной диагностической системе таким образом, что угол между любыми двумя датчиками не превышает 20°, а их ориентация по отношению к направлению вектора магнитного поля обеспечивает максимальную для данного типа датчиков чувствительность, генерируют резонансное лазерное излучение и, пропуская его последовательно через жидкокристаллический модулятор, циркулярный поляризатор, и параллельно направлению магнитного поля сквозь рабочую ячейку, осуществляют оптическую накачку атомных моментов светом с интенсивностью, обеспечивающей максимальную чувствительность датчика, согласовывают во всех датчиках фазы прецессии магнитных моментов с помощью общего для всех датчиков направленного перпендикулярно магнитному полю резонансного радиочастотного поля, таким образом, что все атомные моменты прецессируют вокруг направления локального поля с частотой ω, близкой к ларморовской частоте прецессии в данном локальном магнитном поле ω0 и одной и той же фазой, определяемой фазой радиочастотного поля, генерируют второе лазерное излучение и осуществляют оптическое детектирование сигнала магнитного резонанса, пропуская это излучение через рабочую ячейку в направлении, перпендикулярном направлении магнитного поля, детектируют на фотоприемнике интенсивность прошедшего сквозь ячейку каждого датчика детектирующего излучения и выделяют из результирующего сигнала составляющую, осциллирующую на частоте ларморовской прецессии, детектируют выделенный сигнал на синхронном детекторе, используя в качестве опорного сигнал РЧ поля, и подбирая фазу синхронного детектирования таким образом, чтобы полученная в результате зависимость напряжения U от частотной отстройки ω-ω0 имела антисимметричную форму, такую, что в центре линии магнитного резонанса U~(ω-ω0); полоса частот синхронного детектирования при этом должна быть не меньше полосы частот многоканальной диагностической системы, используют выделенный сигнал U~(ω-ω0) для управления жидкокристаллическим модулятором таким образом, чтобы полный диапазон изменения интенсивности накачки составил ±10%, измеряют напряжение на входе жидкокристаллического модулятора UM, подают на датчики калиброванные локальные магнитные поля В, измеряют зависимость напряжения UM(B) и определяют линейный коэффициент зависимости при помощи подгонки линейной регрессионной модели методом наименьших квадратов, пересчитывают измеренную величину UM в величину индукции локального поля в соответствии с полученной на предыдущем шаге линейной регрессионной зависимостью.The stated technical problem is solved in that in the method for controlling an atomic magnetometric sensor when operating as part of a multi-channel diagnostic system, according to the claimed invention, atomic magnetometric sensors are installed in a multi-channel diagnostic system so that the angle between any two sensors does not exceed 20 °, and their orientation with respect to the direction of the magnetic field vector, it provides the maximum sensitivity for this type of sensors; a resonant laser is generated e radiation and passing it sequentially through a liquid crystal modulator, a circular polarizer, and parallel to the direction of the magnetic field through the working cell, optically pump the atomic moments with light with an intensity that ensures maximum sensitivity of the sensor, coordinate the phases of the precession of magnetic moments in all sensors using the common for all sensors directed perpendicular to the magnetic field of the resonant radio frequency field, so that all atomic moments precess around the direction of the local field with a frequency ω close to the Larmor precession frequency in this local magnetic field ω 0 and the same phase determined by the phase of the radio frequency field, the second laser radiation is generated and optical detection of the magnetic resonance signal is carried out by passing this radiation through the working cell in the direction perpendicular to the direction of the magnetic field, the intensity of the detection radiation transmitted through the cell of each sensor is detected on a photodetector and extracted from the result of the oscillating signal, the component oscillating at the frequency of the Larmor precession detects the extracted signal at the synchronous detector using the RF field as a reference signal and selecting the synchronous detection phase so that the resulting voltage dependence of the voltage U from the detuning ω-ω 0 has an antisymmetric shape such that in the center of the magnetic resonance line U ~ (ω-ω 0 ); the synchronous detection frequency band should be no less than the frequency band of the multichannel diagnostic system, use a dedicated signal U ~ (ω-ω 0 ) to control the liquid crystal modulator so that the full range of the pump intensity is ± 10%, measure the voltage at the input of the liquid crystal modulator U M , calibrated local magnetic fields B are supplied to the sensors, the voltage dependence U M (B) is measured and the linear dependence coefficient is determined by adjusting the linear reg the least-square method, the measured value U M is recalculated into the magnitude of the local field induction in accordance with the linear regression dependence obtained in the previous step.
Технический результат, достижение которого обеспечивается реализацией всей совокупности существенных признаков заявляемого изобретения, состоит в исключении помех в работе близкорасположенных аналогичных датчиков, которое достигается за счет следующих решений:The technical result, the achievement of which is ensured by the implementation of the totality of the essential features of the claimed invention, consists in eliminating interference in the operation of nearby similar sensors, which is achieved by the following solutions:
1) использование общего для всех датчиков резонансного радиочастотного (РЧ) поля, имеющего постоянную частоту, либо привязанного по частоте к магнитному полю, измеряемому одним или несколькими датчиками многоканальной диагностической системы;1) the use of a resonant radio-frequency (RF) field common to all sensors, having a constant frequency, or frequency-linked to a magnetic field measured by one or more sensors of a multichannel diagnostic system;
2) динамическая компенсация сдвига центра линии магнитного резонанса (возникающего в каждом датчике вследствие вариаций локального поля, и пропорционального этим вариациям), осуществляемой посредством замыкания обратной связи для управления интенсивностью света накачки, и как следствие - величиной светового сдвига линии магнитного резонанса.2) dynamic compensation of the shift of the center of the magnetic resonance line (occurring in each sensor due to variations of the local field, and proportional to these variations), carried out by closing feedback to control the intensity of the pump light, and as a result, the magnitude of the light shift of the magnetic resonance line.
3) измерение величины вариаций магнитного поля производится посредством измерения вариаций мощности накачки; в случае использования низкочастотного (0-100 Гц) модулятора интенсивности (ЖКМ - жидкокристаллического модулятора) измерение величины вариаций магнитного поля производится посредством измерения вариаций сигнала управления ЖКМ.3) the measurement of the magnitude of the magnetic field variations is made by measuring the variations in the pump power; in the case of using a low-frequency (0-100 Hz) intensity modulator (LCM - liquid crystal modulator), the magnitude of the magnetic field variations is measured by measuring the variations of the LCD control signal.
Сущность заявляемого изобретения поясняется рисунками, гдеThe essence of the invention is illustrated by drawings, where
на фиг. 1 представлена упрощенная блок-схема классического атомарного магнитометра (AM);in FIG. 1 is a simplified block diagram of a classical atomic magnetometer (AM);
на фиг. 2 схема известного атомарного магнитометрического датчика (АМД), работающего в составе МЭГ;in FIG. 2 is a diagram of a known atomic magnetometric sensor (AMD) operating as part of an MEG;
на фиг. 3 представлен пример схемы атомарного магнитометрического датчика (АМД), работающего в составе МЭГ, для которого реализуется заявляемый способ, который не ограничивает варианты выполнения датчика.in FIG. 3 shows an example of an atomic magnetometric sensor (AMD) circuit operating as part of an MEG for which the inventive method is implemented that does not limit the sensor embodiments.
Рисунки на фиг. 1-3 включают следующие позиции:The figures in FIG. 1-3 include the following items:
1 - источник накачки (лазер),1 - pump source (laser),
2 - циркулярный поляризатор,2 - circular polarizer,
3 - рабочая ячейка,3 - working cell,
4 - катушка РЧ поля,4 - RF field coil,
5 - фотоприемник с усилителем,5 - photodetector with amplifier,
6 - синхронный детектор,6 - synchronous detector,
7 - интегратор,7 - integrator,
8 - генератор, управляемый напряжением,8 - voltage controlled oscillator,
9 - жидкокристаллический (ЖК) модулятор.9 - liquid crystal (LCD) modulator.
В описании авторы используют следующие понятия.In the description, the authors use the following concepts.
Магнитометрический датчик (МД) представляет собой устройство, предназначенное для измерения параметров магнитного поля или вариаций этих параметров.A magnetometric sensor (MD) is a device designed to measure magnetic field parameters or variations of these parameters.
Магнитометрический датчик, предназначенный для работы в составе магнитоэнцефалографических систем (МЭГ), должен быть способен измерять вариации модуля или компонент магнитного поля в полосе 2÷100 Гц с пространственным разрешением <1 см и вариационной чувствительностью на уровне 10÷20 фТл/√Гц; требования по чувствительности для магнитокардиографических систем (МКГ) на порядок слабее.A magnetometric sensor designed to operate as part of a magnetoencephalographic system (MEG) should be capable of measuring variations in the module or component of the magnetic field in a band of 2 ÷ 100 Hz with a spatial resolution of <1 cm and a variational sensitivity of 10 ÷ 20 fTl / √Hz; sensitivity requirements for magnetocardiographic systems (MCH) are much weaker.
Магнитометр представляет собой устройство, включающая в себя один или несколько МД, схемы управления и регистрации показаний.A magnetometer is a device that includes one or more MDs, control circuits, and recording readings.
Многоканальная диагностическая система (МДС) представляет собой совокупность нескольких МД, сенсоры которых расположены максимально близко к поверхности (в общем случае - криволинейной) исследуемого объекта. Назначение МДС - измерение локальных временных вариаций магнитного поля, генерируемых исследуемым объектом в местах расположения сенсоров, в определенной полосе частот.A multichannel diagnostic system (MDS) is a collection of several MDs whose sensors are located as close to the surface (in the general case - curved) of the object under study. The purpose of the MDS is to measure local temporal variations of the magnetic field generated by the object under study at the locations of the sensors in a certain frequency band.
При использовании атомарных магнитометрических датчиков (АМД) в многоканальных диагностических системах, а именно в магнитоэнцефалографах (МЭГ) и магнитокардиографах (МКГ), важным условием является их способность работать в массиве из нескольких (в случае МЭГ - до двухсот) близкорасположенных датчиков, не создавая помех соседним датчикам.When using atomic magnetometric sensors (AMD) in multichannel diagnostic systems, namely, magnetoencephalographs (MEG) and magnetocardiographs (MAG), an important condition is their ability to work in an array of several (in the case of MEG - up to two hundred) nearby sensors, without creating interference neighboring sensors.
Классическая схема атомарного магнитометра (AM) непригодна для использования в многоканальных системах. Вследствие неоднородности магнитного поля в исследуемой области частоты РЧ поля разных атомарных магнитометрических датчиков (АМД) будут различаться. Поскольку радиочастотное (РЧ) поле, создаваемое вокруг ячейки АМД, невозможно локализовать в пространстве этой ячейки, оно будет воздействовать на соседние датчики, что неизбежно приведет к их взаимовлиянию.The classical design of an atomic magnetometer (AM) is unsuitable for use in multichannel systems. Due to the heterogeneity of the magnetic field in the studied frequency region, the RF fields of different atomic magnetometric sensors (AMD) will differ. Since the radio-frequency (RF) field created around the AMD cell cannot be localized in the space of this cell, it will affect neighboring sensors, which will inevitably lead to their mutual influence.
Принцип работы атомарного (или квантового) магнитометрического датчика (АМД) с оптической накачкой основан на способности магнитного момента атома прецессировать в магнитном поле, подобно волчку в гравитационном поле Земли.The principle of operation of an atomic (or quantum) magnetometric sensor (AMD) with optical pumping is based on the ability of an atomic magnetic moment to precess in a magnetic field, like a top in the Earth's gravitational field.
Частота ω0 прецессии магнитного момента (так называемая частота Лармора, или ларморовская частота) в первом приближении пропорциональна индукции магнитного поля В:The frequency ω 0 of the precession of the magnetic moment (the so-called Larmor frequency, or Larmor frequency) in the first approximation is proportional to the magnetic field induction B:
где γ - гиромагнитное отношение, для атомов цезия (Cs) составляющее 2π⋅(3.5 Гц/нТл).where γ is the gyromagnetic ratio, for cesium atoms (Cs) it is 2π⋅ (3.5 Hz / nT).
Эта величина является константой, что определяет абсолютность показаний АМД. Впрочем, частота резонанса может дополнительно смещаться внешними факторами, такими, как взаимодействующее с атомами излучение накачки.This value is a constant, which determines the absoluteness of AMD readings. However, the resonance frequency can be additionally shifted by external factors, such as pump radiation interacting with atoms.
На фиг. 3 представлен пример схемы атомарного магнитометрического датчика (АМД), работающего в составе МЭГ, для которого реализуется заявляемый способ. Атомарный магнитометрический датчик включает источник накачки (лазер) 1, жидкокристаллический (ЖК) модулятор 9, циркулярный поляризатор 2, рабочую ячейку 3, катушку радиочастотного (РЧ) поля 4, фотоприемник 5 с усилителем, синхронный детектор 6, интегратор 7.In FIG. 3 presents an example of an atomic magnetometric sensor (AMD) circuit operating in the MEG for which the inventive method is implemented. An atomic magnetometric sensor includes a pump source (laser) 1, a liquid crystal (LCD)
Чувствительным элементом АМД является прозрачная (стеклянная) рабочая ячейка 3, заполненная парамагнитными (как правило, щелочными) атомами в газовой фазе. Для предотвращения столкновения атомов со стенками ячейки в нее добавляется инертный газ, либо стенки ячейки изнутри покрываются специальным покрытием. Ввод излучения накачки и детектирования осуществляется посредством оптоволокон. Источник оптической накачки датчика конструктивно не является частью датчика. Конструктивные элементы датчика выполнены из немагнитных и непроводящих материаловThe sensitive element of AMD is a transparent (glass) working
Работа АМД включает следующие этапы:AMD work includes the following steps:
1. Оптическая накачка продольным по отношению к измеряемому магнитному полю циркулярно поляризованным резонансным светом накачки - процесс, который выстраивает оси прецессии всех атомных магнитных моментов вдоль магнитного поля. В результате накачки все атомные моменты прецессируют вокруг одной оси, но со случайными фазами.1. Optical pumping with a circularly polarized resonant pumping light longitudinal with respect to the measured magnetic field is a process that builds the precession axis of all atomic magnetic moments along the magnetic field. As a result of pumping, all atomic moments precess around one axis, but with random phases.
2. Фазирование прецессии атомных магнитных моментов, то есть согласование фаз их прецессии с помощью резонансного (т.е. осциллирующего с частотой ω≈ω0) радиочастотного (РЧ) поля. В результате фазирования все атомные моменты прецессируют вокруг одной оси с частотой ω≈ω0 и одной и той же фазой, определяемой фазой радиополя; появляется ненулевая суммарная вращающаяся поперечной намагниченность среды.2. Phasing of the precession of atomic magnetic moments, that is, matching the phases of their precession using a resonant (ie oscillating with a frequency ω≈ω 0 ) radio-frequency (RF) field. As a result of phasing, all atomic moments precess around a single axis with a frequency ω≈ω 0 and the same phase determined by the phase of the radio field; a nonzero total rotating transverse magnetization of the medium appears.
3. Оптическое детектирование вращающейся поперечной намагниченности среды поперечным светом детектирования. В зависимости от поляризации детектирующего луча и степени его отстройки от центра оптической линии поглощения, взаимодействие со вращающимися моментами будет приводить либо к модуляции интенсивности детектирующего луча на частоте ω≈ω0, либо к качанию его плоскости поляризации на той же частоте. Существуют упрощенные (однолучевые) схемы, в которых лучи накачки и детектирования объединены в один луч, направленный под 45° к магнитному полю. Алгоритм их работы не отличается от описанного выше. Также существуют вариации описанной выше схемы, в частности, магнитометры нулевого поля SERF, также использующие однолучевую схему, но регистрирующие сигнал не на ларморовской частоте, а на частоте внешнего модулирующего поля3. Optical detection of the rotating transverse magnetization of the medium by transverse light detection. Depending on the polarization of the detecting beam and the degree of its detuning from the center of the optical absorption line, interaction with rotating moments will either modulate the intensity of the detecting beam at a frequency ω≈ω 0 , or will cause its polarization plane to swing at the same frequency. There are simplified (single-beam) schemes in which the pump and detection beams are combined into a single beam directed at 45 ° to the magnetic field. The algorithm of their work does not differ from that described above. There are also variations of the above-described circuit, in particular, SERF zero-field magnetometers, which also use a single-beam circuit, but which record the signal not at the Larmor frequency, but at the frequency of the external modulating field
Для измерения магнитного поля необходимо точно привязать частоту радиочастотного (РЧ) поля ω к ларморовской частоте ω0. После этого, зная ω0, вычисляют индукцию магнитного поля по формуле (1).To measure the magnetic field, it is necessary to precisely bind the frequency of the radio frequency (RF) field ω to the Larmor frequency ω 0 . After that, knowing ω 0 , the induction of the magnetic field is calculated by the formula (1).
Привязка осуществляется следующим образом: сигнал модуляции детектирующего луча (также называемый сигналом магнитного резонанса) на частоте ω детектируют синхронным детектором; в качестве опорного сигнала при детектировании используют РЧ поле.The binding is as follows: the modulation signal of the detecting beam (also called the magnetic resonance signal) at a frequency ω is detected by a synchronous detector; an RF field is used as a reference signal during detection.
При правильном выборе фазы детектирования сигнал ошибки, возникающий при отстройке частоты РЧ поля ω от ω0, имеет форму дисперсионной кривой:With the right choice of the detection phase, the error signal that occurs when the frequency of the RF field is tuned ω from ω 0 has the form of a dispersion curve:
гдеWhere
Δω=ω-ω0,Δω = ω-ω 0 ,
Ω - частота Раби резонансного РЧ поля, пропорциональная его амплитуде,Ω is the Rabi frequency of the resonant RF field, proportional to its amplitude,
T1, Т2 - времена продольной и поперечной релаксации атомных моментов;T 1 , T 2 - the longitudinal and transverse relaxation times of atomic moments;
k - коэффициент, зависящий от параметров системы - интенсивности излучения накачки и детектирования, температуры и т.д.k is a coefficient depending on the parameters of the system - the intensity of the pump radiation and detection, temperature, etc.
Формула (2) описывает одну проекцию линии магнитного резонанса. В классической схеме AM обратная связь (ОС) замыкается по сигналу ошибки S(Δω). Сигнал ошибки используется для управления частотой РЧ поля (фиг. 1); ОС постоянно поддерживает равенство S(Δω)=0, обеспечивая тем самым выполнение условия Δω=0. Таким образом, в этой схеме частота РЧ поля ω всегда равна ларморовской частоте ω0, и пропорциональна модулю магнитного поля.Formula (2) describes one projection of the magnetic resonance line. In the classical AM circuit, feedback (OS) is closed by the error signal S (Δω). The error signal is used to control the frequency of the RF field (Fig. 1); The OS constantly maintains the equality S (Δω) = 0, thereby ensuring that the condition Δω = 0 is satisfied. Thus, in this scheme, the frequency of the RF field ω is always equal to the Larmor frequency ω 0 , and is proportional to the modulus of the magnetic field.
Для решения поставленной задачи авторами предлагается использовать свойство излучения накачки смещать частоту магнитного резонанса ω0 (так называемый световой сдвиг магнитного резонанса). Величина этого сдвига пропорциональна интенсивности излучения накачки. Величина светового сдвига особенно сильна в компактных схемах, использующих эффекты подавления спин-обменного уширения в нулевых полях (SERF), и в ненулевых полях в «вытянутых» состояниях (stretched state). В частности, в наиболее эффективных схемах оптической накачки с уровня (F - 1/2) основного состояния и при опросе уровней (F + 1/2) основного состояния типичные величины светового сдвига излучением накачки (приведенные к значениям магнитного поля) составляют десятки и сотни нТл. Это приводит к необходимости стабилизации интенсивности накачки на уровне 10-6÷10-7, что само по себе является нетривиальной технической задачей.To solve this problem, the authors propose to use the property of pump radiation to shift the magnetic resonance frequency ω 0 (the so-called light shift of magnetic resonance). The magnitude of this shift is proportional to the intensity of the pump radiation. The magnitude of the light shift is especially strong in compact circuits using the effects of suppression of spin-exchange broadening in zero fields (SERF), and in non-zero fields in the “extended” states (stretched state). In particular, in the most efficient optical pumping schemes from the ground state level (F - 1/2) and when interrogating the ground state levels (F + 1/2), the typical values of the light shift by pump radiation (reduced to the magnetic field) are tens and hundreds NT This leads to the need to stabilize the pump intensity at the level of 10 -6 ÷ 10 -7 , which in itself is a non-trivial technical task.
Включив световой сдвиг в (2), переопределяют Δω:By including the light shift in (2), redefine Δω:
гдеWhere
Δω - отстройка частоты, определена выше, под формулой (2)Δω - frequency offset, defined above, under the formula (2)
Ip - интенсивность излучения накачки,I p is the intensity of the pump radiation,
ksh - коэффициент светового сдвига, величина которого практически постоянна при данной ширине резонансной линии и частоте излучения накачки.k sh is the light shift coefficient, the value of which is almost constant at a given resonance line width and pump radiation frequency.
Из (2) и (3) следует, что до тех пор, пока изменение интенсивности накачки не начнет деструктивно влиять на чувствительность АМД, можно использовать управление величиной светового сдвига Ip⋅ksh для обнуления сигнала ошибки S(Δω). При этом обратная связь вместо частоты РЧ поля ω будет управлять интенсивностью света накачки IP (фиг. 3). Поскольку зависимость чувствительности АМД от Ip имеет оптимум, в котором производная чувствительности по Ip равна нулю, небольшие (в пределах ±10%) вариации интенсивности относительно оптимального значения не приведут к сколь-либо заметному снижению чувствительности АМД.From (2) and (3) it follows that until the change in the pump intensity begins to destructively affect the AMD sensitivity, one can use the control of the light shift I p ⋅k sh to zero the error signal S (Δω). In this case, the feedback instead of the frequency of the RF field ω will control the intensity of the pump light I P (Fig. 3). Since the dependence of AMD sensitivity on I p has an optimum in which the derivative of sensitivity with respect to I p is zero, small (within ± 10%) variations in intensity relative to the optimal value will not lead to any noticeable decrease in AMD sensitivity.
Поскольку пространственные и временные вариации магнитного поля в области многоканальной системы в магнитоэкранированном помещении не превышают ±10 нТл, а типичные световые сдвиги линии магнитного резонанса составляют ~10 нТл/мВт, данный способ особенно хорошо применим к высокочувствительным АМД с компактными (менее 1 см3) ячейками. Такие АМД используют интенсивности оптической накачки порядка 10 мВт на датчик, и изменение интенсивности света накачки в них на 10% (т.е. на 1 мВт) позволит уверенно компенсировать временные и пространственные вариации магнитного поля в области многоканальной системы, и при этом приведет к ухудшению чувствительности, не превышающему 2%.Since the spatial and temporal variations of the magnetic field in the region of a multichannel system in a magnetically shielded room do not exceed ± 10 nT, and typical light shifts of the magnetic resonance line are ~ 10 nT / mW, this method is particularly well applicable to highly sensitive AMD with compact (less than 1 cm 3 ) cells. Such AMDs use optical pump intensities of the order of 10 mW per sensor, and a 10% (i.e. 1 mW) change in the pump light intensity in them will reliably compensate for the temporal and spatial variations of the magnetic field in the region of the multichannel system, and in so doing will lead to sensitivity deterioration not exceeding 2%.
Таким образом, при работе системы МЭГ все АМД работают в общем РЧ поле, частота которого одинакова для всех датчиков, и привязана к средней величине поля в исследуемом объеме (либо напротив - средняя величина поля привязана к частоте РЧ поля).Thus, during the operation of the MEG system, all AMD work in a common RF field, the frequency of which is the same for all sensors, and is tied to the average field value in the volume under study (or, on the contrary, the average field value is tied to the frequency of the RF field).
В отличие от известных решений обнуление сигнала ошибки S(Δω) в каждом датчике и удержание его на центре резонансной линии осуществляется посредством управления интенсивностью света накачки Ip. Величина вариаций магнитного поля определяется по величине вариаций мощности накачки.In contrast to the known solutions, zeroing the error signal S (Δω) in each sensor and keeping it at the center of the resonance line is carried out by controlling the pump light intensity I p . The magnitude of the magnetic field variations is determined by the magnitude of the variations in the pump power.
Заявленный способ осуществляется следующим образом.The claimed method is as follows.
В многоканальной диагностической системе атомарные магнитометрические датчики устанавливают сколь угодно близко друг к другу таким образом, что угол между любыми двумя датчиками не превышает 20°, а их ориентация по отношению к направлению вектора магнитного поля обеспечивает максимальную для данного типа датчиков чувствительность. В частности, для атомарных магнитометров, работающих в двухлучевой схеме (двухлучевых датчиков) это означает, что направление луча накачки ориентировано параллельно магнитному полю, а для атомарных магнитометров, работающих в однолучевой схеме (однолучевых датчиков) направление луча накачки ориентировано под 45° к магнитному полю. Выбор угла между оптическими осями соседних датчиков меньше 20° обусловлен геометрией массива сенсоров, основания которых должны равномерно покрывать поверхность скальпа испытуемого и располагаться как можно ближе. Учитывая естественную кривизну поверхности скальпа и расстояние между сенсорами не превышающее 2 см, угол между осями сенсоров не превысит 20°.In a multi-channel diagnostic system, atomic magnetometric sensors are set arbitrarily close to each other so that the angle between any two sensors does not exceed 20 °, and their orientation with respect to the direction of the magnetic field vector ensures the maximum sensitivity for this type of sensors. In particular, for atomic magnetometers operating in a two-beam circuit (double-beam sensors), this means that the direction of the pump beam is oriented parallel to the magnetic field, and for atomic magnetometers working in a single-beam circuit (single-beam sensors), the direction of the pump beam is oriented at 45 ° to the magnetic field . The choice of the angle between the optical axes of adjacent sensors is less than 20 ° due to the geometry of the array of sensors, the bases of which should uniformly cover the scalp of the subject and be located as close as possible. Given the natural curvature of the scalp surface and the distance between the sensors not exceeding 2 cm, the angle between the axes of the sensors will not exceed 20 °.
Резонансное лазерное излучение генерируют и, пропуская его последовательно через жидкокристаллический модулятор 9, циркулярный поляризатор 2, и параллельно направлению магнитного поля сквозь рабочую ячейку 3, осуществляют оптическую накачку атомных моментов светом с интенсивностью, обеспечивающей максимальную чувствительность датчика. Резонансное излучение и подстройка при помощи интенсивности оптического излучения обеспечивают максимальную чувствительность в соответствии с формулами (2) и (3) (Е.Б. Александров, А.К. Вершовский. Современные радиооптические методы квантовой магнитометрии. - УФН, 2009, том 179, вып. 6, стр. 605-637).Resonant laser radiation is generated and, passing it sequentially through a
Во всех датчиках согласовывают фазы прецессии магнитных моментов с помощью общего для всех датчиков направленного перпендикулярно магнитному полю резонансного радиочастотного поля, таким образом, что все атомные моменты прецессируют вокруг направления локального поля с частотой ω, близкой к ларморовской частоте прецессии в данном локальном магнитном поле ω0 и одной и той же фазой, определяемой фазой радиочастотного поля. Генерируют второе лазерное излучение и осуществляют оптическое детектирование сигнала магнитного резонанса, пропуская это излучение через ячейку в направлении, перпендикулярном направлении магнитного поля.In all sensors, the phases of the precession of magnetic moments are coordinated using a resonant radio frequency field directed perpendicularly to the magnetic field, common to all sensors, so that all atomic moments precess around the direction of the local field with a frequency ω close to the Larmor frequency of the precession in a given local magnetic field ω 0 and the same phase determined by the phase of the radio frequency field. A second laser radiation is generated and optical detection of the magnetic resonance signal is carried out by passing this radiation through the cell in a direction perpendicular to the direction of the magnetic field.
На фотоприемнике детектируют интенсивность прошедшего сквозь ячейку каждого датчика детектирующего излучения и выделяют из результирующего сигнала составляющую, осциллирующую на частоте ларморовской прецессии. Детектируют выделенный сигнал на синхронном детекторе, используя в качестве опорного сигнал РЧ поля, и подбирая фазу синхронного детектирования таким образом, чтобы полученная в результате зависимость напряжения U от частотной отстройки ω-ω0 имела антисимметричную форму, такую, что в центре линии магнитного резонанса U~(ω-ω0); полоса частот синхронного детектирования при этом должна быть не меньше полосы частот многоканальной диагностической системы.At the photodetector, the intensity of the detection radiation transmitted through the cell of each sensor is detected and a component oscillating at the frequency of the Larmor precession is extracted from the resulting signal. The selected signal is detected on a synchronous detector, using the RF field as a reference signal, and selecting the phase of synchronous detection so that the resulting dependence of the voltage U on the frequency detuning ω-ω 0 has an antisymmetric shape such that in the center of the magnetic resonance line U ~ (ω-ω 0 ); the frequency band of synchronous detection in this case should be no less than the frequency band of the multichannel diagnostic system.
Выделенный сигнал U~(ω-ω0) используют для управления жидкокристаллическим модулятором таким образом, чтобы полный диапазон изменения интенсивности накачки составил ±10%. Измеряют напряжение на входе жидкокристаллического модулятора UM. Подают на датчики калиброванные локальные магнитные поля В, измеряют зависимость напряжения UM(B) и вычисляют линейный коэффициент зависимости при помощи подгонки линейной регрессионной модели методом наименьших квадратов. Пересчитывают измеренную величину UM в величину индукции локального поля в соответствии с полученной на предыдущем шаге линейной регрессионной зависимостью.The extracted signal U ~ (ω-ω 0 ) is used to control the liquid crystal modulator so that the full range of variation in the pump intensity is ± 10%. The voltage at the input of the liquid crystal modulator U M is measured. Calibrated local magnetic fields B are supplied to the sensors, the voltage dependence U M (B) is measured, and the linear dependence coefficient is calculated by fitting the linear regression model using the least squares method. The measured value U M is recalculated into the magnitude of the local field induction in accordance with the linear regression dependence obtained in the previous step.
Реализация заявляемого способа дает возможность использования общего для всех датчиков резонансного радиочастотного (РЧ) поля, имеющего постоянную частоту, либо привязанного по частоте к магнитному полю, измеряемому одним или несколькими датчиками многоканальной диагностической системы, обеспечивается динамическая компенсация сдвига центра линии магнитного резонанса (возникающего в каждом датчике вследствие вариаций локального поля, и пропорционального этим вариациям), осуществляемой посредством замыкания обратной связи для управления интенсивностью света накачки, и как следствие - величиной светового сдвига линии магнитного резонанса. Измерение величины вариаций магнитного поля производится посредством измерения вариаций мощности накачки; в случае использования низкочастотного (0-100 Гц) модулятора интенсивности (ЖКМ - жидкокристаллического модулятора) измерение величины вариаций магнитного поля производится посредством измерения вариаций сигнала управления ЖКМ. Кроме того, обеспечивает недостижимую ранее возможность работы атомарного магнитометрического датчика (АДМ) в составе многоканальной диагностической системы без создания помех в работе сколь угодно близкорасположенных аналогичных датчиков. Дополнительным преимуществом является возможность использования в каждом АМД недорогого высокочастотного акустооптического модулятора (АОМ), а относительно дешевого жидкокристаллического (ЖК) модулятора, работающего в полосе частот 0÷100 Гц.Implementation of the proposed method makes it possible to use a resonant radio-frequency (RF) field common to all sensors, which has a constant frequency, or is frequency-linked to a magnetic field measured by one or more sensors of a multichannel diagnostic system, provides dynamic compensation for the shift of the center of the magnetic resonance line (occurring in each sensor due to variations of the local field, and proportional to these variations), carried out by closing feedback for control the intensity of the pump light, and as a result, the magnitude of the light shift of the magnetic resonance line. The measurement of the magnitude of the magnetic field variations is made by measuring the variations in the pump power; in the case of using a low-frequency (0-100 Hz) intensity modulator (LCM - liquid crystal modulator), the magnitude of the magnetic field variations is measured by measuring the variations of the LCD control signal. In addition, it provides the previously unattainable possibility of operation of an atomic magnetometric sensor (ADM) as part of a multi-channel diagnostic system without interfering with the operation of arbitrarily close similar sensors. An additional advantage is the possibility of using an inexpensive high-frequency acousto-optical modulator (AOM) in each AMD, and a relatively cheap liquid crystal (LCD) modulator operating in the frequency band 0 ÷ 100 Hz.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018147064A RU2704391C1 (en) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | Method of controlling an atomic magnetometric sensor when operating as part of a multichannel diagnostic system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018147064A RU2704391C1 (en) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | Method of controlling an atomic magnetometric sensor when operating as part of a multichannel diagnostic system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2704391C1 true RU2704391C1 (en) | 2019-10-28 |
Family
ID=68500538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018147064A RU2704391C1 (en) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | Method of controlling an atomic magnetometric sensor when operating as part of a multichannel diagnostic system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2704391C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021146766A1 (en) * | 2020-01-20 | 2021-07-29 | Noosa Natural Vet Pty Ltd | Medical diagnostic device |
| CN115389988A (en) * | 2022-10-31 | 2022-11-25 | 之江实验室 | Device and method for measuring amplitude of alternating current magnetic field of atomic magnetometer |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU297321A1 (en) * | Р. А. Житников , П. П. Кулешов Ордена Ленина физико технический институт А. | GENERATING ON THE LARMOR FREQUENCY QUANTUM MAGNETOMETER WITH OPTICAL PUMPING | ||
| RU2438140C1 (en) * | 2010-09-29 | 2011-12-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" | Method for quantum-interference determination of direction of magnetic field |
| DE102013004385A1 (en) * | 2012-03-15 | 2013-09-19 | lnstitut für Photonische Technologien e.V. | Optical pumped magnetometer array has single laser light source that supplies light as the inputs of intensity modulators of several measurement channels |
| US9244137B2 (en) * | 2013-04-25 | 2016-01-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical pumping magnetometer and magnetic sensing method |
-
2018
- 2018-12-27 RU RU2018147064A patent/RU2704391C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU297321A1 (en) * | Р. А. Житников , П. П. Кулешов Ордена Ленина физико технический институт А. | GENERATING ON THE LARMOR FREQUENCY QUANTUM MAGNETOMETER WITH OPTICAL PUMPING | ||
| RU2438140C1 (en) * | 2010-09-29 | 2011-12-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" | Method for quantum-interference determination of direction of magnetic field |
| DE102013004385A1 (en) * | 2012-03-15 | 2013-09-19 | lnstitut für Photonische Technologien e.V. | Optical pumped magnetometer array has single laser light source that supplies light as the inputs of intensity modulators of several measurement channels |
| US9244137B2 (en) * | 2013-04-25 | 2016-01-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical pumping magnetometer and magnetic sensing method |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021146766A1 (en) * | 2020-01-20 | 2021-07-29 | Noosa Natural Vet Pty Ltd | Medical diagnostic device |
| CN115389988A (en) * | 2022-10-31 | 2022-11-25 | 之江实验室 | Device and method for measuring amplitude of alternating current magnetic field of atomic magnetometer |
| CN115389988B (en) * | 2022-10-31 | 2023-02-07 | 之江实验室 | Device and method for measuring amplitude of alternating current magnetic field of atomic magnetometer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11307272B2 (en) | Systems and methods including multi-mode operation of optically pumped magnetometer(s) | |
| Patton et al. | All-optical vector atomic magnetometer | |
| US9121889B2 (en) | Method and apparatus for implementing EIT magnetometry | |
| US7573264B2 (en) | Atomic magnetic gradiometer for room temperature high sensitivity magnetic field detection | |
| Bevilacqua et al. | Multichannel optical atomic magnetometer operating in unshielded environment | |
| Ben-Kish et al. | Dead-Zone-Free Atomic Magnetometry with Simultaneous Excitation<? format?> of Orientation and Alignment Resonances | |
| US20100289491A1 (en) | Radio frequency atomic magnetometer | |
| US20130027034A1 (en) | Nuclear magnetic resonance magnetometer employing optically induced hyperpolarization | |
| RU2704391C1 (en) | Method of controlling an atomic magnetometric sensor when operating as part of a multichannel diagnostic system | |
| US20170146616A1 (en) | Apparatus and method for closed loop processing for a magnetic detection system | |
| Breschi et al. | In situ calibration of magnetic field coils using free-induction decay of atomic alignment | |
| RU199631U1 (en) | Quantum Mz magnetometer | |
| Zhao et al. | A vector atomic magnetometer based on the spin self-sustaining Larmor method | |
| Wang et al. | Simultaneous in-situ compensation method of residual magnetic fields for the dual-beam SERF atomic magnetometer | |
| Di Domenico et al. | Experimental study of laser-detected magnetic resonance based on atomic alignment | |
| RU2654967C1 (en) | Method of measuring the characteristics of the magnetic field | |
| Qiang et al. | Analysis and demonstration of the in-situ magnetometer for nuclear magnetic resonance gyroscopes | |
| US10901052B1 (en) | Atomic magnetometer | |
| Vershovskii et al. | Methods of parametric resonance excitation in the scheme of an optical magnetometric sensor | |
| Zhao et al. | A calibration method for coil constants using an atomic spin self-sustaining vector magnetometer | |
| RU2720055C1 (en) | Multichannel diagnostic system | |
| Groeger et al. | Design and performance of laser-pumped Cs-magnetometers for the planned UCN EDM experiment at PSI | |
| RU185050U1 (en) | Optically pumped radio spectrometer | |
| Vershovskii et al. | Optically pumped quantum magnetometer with combined advantages of MX and MZ devices | |
| Zhivun et al. | Dual-axis pi-pulse spin-exchange relaxation-free magnetometer |