SU1157488A1 - Способ измерени неоднородности магнитной индукции в экранируемом объеме - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТИ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В ЭКРАНИРУЕМОМ ОБЪЕМЕ, включающий воздействие на  чейку датчика, основан ного на параметрическом резонансе оптически ориентированных атомов магнитным полем и измерение ширины линии оптического резонанса, отличающийс  тем, что, с б целью повышени  точности измерений, предварительно измер ют ширину линии оптического резонанса в однородном магнитном поле, затем создают линейно измен ющеес  магнитное поле, измер ют ширину линии оптического резонанса в линейно измен ющемс  поле и определ ют значение - неоднородности магнитной индукцииi Д8 %- ЛВр - ширина линии оптического где резонанса в исследуемом (П магнитном поле; Л BO - ширина линии оптического резонанса в однородном магнитном поле; с - диаметр  чейки датчика. сд 4 00 00

Description

Изобретение относитс  к области магнитных измерений в частности дл  измерени  градиента остаточной магнитной индукции в экранируемых объемах. Известен способ измерени  неоднородности магнитной индукции - - основаннБЕй на измерении ширины лин магнитного резонанса оптически ори тированнык атомов в присутствии бу ферного газа. На атомы рабочего вещества воздействуют резонансным световым излучением, переменным и посто нным:, магнитными пол ми,напр леШными вдоль света.При этом прово оптические детектировани  сигнала оптического резонанса, по ширине л нии которого определ ют неоднородность магнитной индукций П. Недостатком данного способа  вл е с  необходимость использовани  посто нного магнитного пол , минимальное значение которого 1 3, Это поле намагничивает материал экрана что сужает возможности использован известного способа дл  измерени  неоднородности магнитной индукции в размагничивающих экранирующих системах. Наиболее близкш- к изобретению  вл етс  способ,при котором сравнивают эффективность воздействи  измер емого магнитного пол  и свет известной интенсивности на парамагнитные атомы, напр женность магнитного пол  определ ют по интенсивности ориентирующего света. При этом ввод т вспомогательное магнитное поле, перпендикул рное лучу света и вращающеес  вокруг не с частотой uij. В этом случае воздействие внешнего перпендикул рног лучу магнитного пол  приводит к по влению модул ции проход щего света с частотой ш. Амплитуда модул ции при этом пропорциональна з ченизо ИНДУ1СЦИИ измер емого пол , неоднородность пол  рассчитывают п в,-г, . формуле г- г Недостатком известного способа  вл етс  об зательна  операци  по перемещению  чейки датчика внутриэкранируемого . объема на рассто ние г, которое не может быть менее диаметра  чейки cJ . Перемещение  чейки датчика требует ввода дополнительного механиз ма, который осуществл ет перемещение с некоторой погрешностью. Цель изобретени  - повьш1ение точности измерений неоднородности магнитной индукции. Поставленна  цель достигаетс  тем, что при способе, включающем воздействие на  чейку датчика, основанного на параметрическом резонансе оптически ориентированных атомов магнитным полем и измерение ширины линии оптического резонанса, предварительно измер ют ширину линии оптического резонанса в однородном магнитном поле , затем создают линейно измен ющеес  магнитное поле, измер ют ширину линии оптического резонанса в линейно измен ющемс  поле и определ ют значение неоднородности магнитной Вр-л8 индукции дв где дВр - ширина линии оптического резонанса в исследуемом магнитном поле; л BO - ширина линии оптического резонанса в однородном магнитном поле; d - диаметр  чейки датчика. На фиг.1 приведена прецесси  векторов намагниченности fn в пол х В и BZ ; на фиг.2 - изменение средней намагниченности атомов по оси X при воздействии пол  В , разворачиваемого вблизи нул  по оси Z ; на фиг.3 - изменение намагниченности по оси X при прохождении ПОЛИ В ц вблизи нул . Сущность способа заключаетс  в следующем. Помещают стекл нную  чейку с парамагнитными атомами и буферным газом в неоднородное магнитное поле со средним значением магнитной индукции В О в измер емый объем. При этом совмещают геометрический центр  чейки с центром декартовой системы координат так, что ось ох совпадает с направлением распростра- нени  циркул рно-пол ризовэнного излучени  б, а ось 02 - с направлением вспомогательного переменного магнитного прл  §., (фиг.) Рассмотрим процессы,протеканлцие в  чейке под воздействием циркул рно-пол ризованного резонансного излучени  и неоднородного магнитного пол . Ячейку условно разбивают на множество элементарных объемов i в каждом из которых значение магнит ной индукции (TBi можно считать пост  нным. Векторы сЛб равномерно распределены в  чейке, причем ZjcA р, 0, так как среднее значение индукции равно нулю. Все векторы сГВ; проектируют на ось и суммируют проекции по числу элементарных объемов. Проекции, направ ленные по оси Oz, при суммировании дают величину вектора В В. а противоположные проекции при суммировании - величину вектора В S «ЛВ. (фиг,). С еднее значениеиндзгкции равно нулю, поэтому . Модули векторов харак теризуют величину неоднородности пол . Под воздействием резонансного циркул рно-пол ризованного излучени  атомы парамагнитного вещества ориентируютс  и создают намагниченность (т)вдоль оси ох. Сразу после ориентации вектор fn совершает прецессию вокруг направлени  вектора магнитной индукций. Направление прецессии векто ра Л за висит от направлени  вектора магнит ной индакции. Если в i-м объеме проекци  положительна, то атомы 8 нем прецессируют по часовой стрелке, если проекци  ,-., направлена против оси О2, то направление преце:ссии противоположно. Условно этот процесс можно изобра зить разбиением вектора намагниченности m на две компоненты правовращающзтос  fn+ и левовращающуюс  т , Компонента в суь&к намагниченность атомов, прецессирующих по часовой стрелке вокруг вектора Ё , а компонента т прецессирует в обратном направлении вокруг вектора В (на фиг.1 траектори  движений векторов ni- изо ражена пунктиром ), В случае когда среднее значение магнитной индукции равно нулю и . J, I 1В I , компоненты намагниченности равны между собой и пре-, .цессируют в противоположной фазе с оданаковой угловой скоростью знаковой угловой скоростью U) Jl уН| (В, АлН2 ), Так как велич «t Bj и В малы, то скорости пре f- - : - -. .цессии также малы, поэтому ориенти рованные атомы не успевают соверша более одного оборота и,тер ют орие тацию вследствие тепловой релаксац 84 Суммарное воздействие излучени , магнитного пол  и релаксации создает распределение намагниченности, средн   величина которой отличнач от нул . Средн   намагниченность атомов сохран етс  неизменной по величине и совпадает по направлению с осью ох, когда , т.е, среднее значение магнитной индукции в измер емом объеме равно нулю. Если к  чейке вдоль оси 2 приложить посто нное магнитное поле с индукцией BK , которое линейно разворачиваетс  вблизи пол  (фиг.З), то оно нарушает равенство компонент В и В , Допустим, что приложенное поле в некоторый момент времени направлено вдоль оси z , тогда оно вызывает частичную компенсацию компоненты В и увеличивает компоненту В . Это приводит к изменению 1 частот прецессии векторов и и fn , -.1, частотапрецессиивектора fn- уменьшаетс , а частота ,; шрецёссий вектора w увеличиваетс . Физически это означает, что в тех элементарных объемах, в которых проекци  jJB2 отрицательна, прекращаетс  прецесси  атомов, что приводит к изменению величины и Hariравлени  средней намагниченности атомов. Суммарный вектор намагниченности отклон етс  от направлени  оси ок, а его проекци  на эту ось зависит от величины приложенного пол  В СФИГ.26), При выполнении равенства 1Вк.1 iBjl компонента ni- не, прецессируёт,, а проекци  сзгммарного вектора намагниченности на ось к максимальна. Известно, что намагниченность ..гг атомов можно детектировать оптически , так как светопропускание  чейки пропорционально намагниченности. . fПри соблюдении услови  1Вк1 |В Iсветопропускание  чейки максимально , исход  из чего можно определить величину компоненты В . Изменив направление пол  В на противоположное, аналогичным образом исключив прецессию компоненты ; ffi, можно определить величину В Если приложенное поле Вц измен ть вблизи О по линейному закону от В до + Вр (фиг.За), то при переходе через точки В и В наблюдаетс  максимальна  намагниченность атомов. Оптическое детектирование позвол ет

получить результирующую зависимость намагниченности т + гп от величины магнитной индукции (фиг .-Зб из которой определ етс  ширина линии дВр |В 1+ IBII и рассчитываетс  неоднородность пол .

Преобразователь размещают внутри экранирующей системы. В состав преобразовател  вход т чувствительный элемент -  чейка датчика с парами парамагнитного вещества и буферным газом, трехкомпонентна  система катушек , устройство ввода и вьшода излучени ,. На чувствительный элемент воздействуют резонансным светом с пол ризацией и переменным магнитным полем с частотой и)„. Избирают направление переменного пол  перпендикул рно направлению распространени  света и осуществл ют по перечную оптическую накачку. Интенсивность проход щего излучени  регистрируют фотоприемником, сигнал с которого ф шьтруетс  и усиливаетс  н частоте ю , поступа ет на синхронный детектор и затем на самописец. Вдоль направлени  переменного магнитного пол  прикладьюают магнитное поле.

которое плавно по линейному закону измен ют от величины -В до +В, . Величина В определ етс  степенью неоднородности пол  в экране и не превьш1ает Тл. При прохождении магнитного пол  через нуль регистрируют резонанс нулевого пор дка и выдел ют синхронным детектором дисперсионную составл ющую резонансного сигнала . Сигнал с синхронного детектора регистрируют самописец по оси о , по оси OV регистрируют величину измен емого магнитного пол , записьгоают контур резонансной линии и измер ют ее ширину.

Таким образом, при данном способе исключаетс  операци  смещени   чейки и переориентации, сокращаетс  число операций, уменьшаетс  общее врем  измерени , что позвол ет наблюдать быстропротекающие изменени  неоднородности магнитной индукции, св занные , например, с изменением температуры экранирующей системы. Кроме того, измерение провод т через одно отверстие в экранирующей системе, что повьш1ает коэффициент экранировани  системы.

Редактор О.Головач

3364/45Тиргш 748Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и .открытий 113035,МоскБа,Ж-35,Раушска  наб.,д.4/5

Филиал ППП Патент,г.Ужгород, ул.Проектна ,4 Составитель В.Шульгин Техред М.Кузьма Корректор И.Муска

Claims (1)

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТИ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В ЭКРАНИРУЕМОМ ОБЪЕМЕ, включающий воздействие на ячейку датчика, основан··ного на параметрическом резонансе оптически ориентированных атомов магнитным полем и измерение ширины линии оптического резонанса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, предварительно измеряют ширину линии оптического резонанса в однородном магнитном поле, затем создают линейно изменяющееся магнитное поле, измеряют ширину линии оптического резонанса в линейно изменяющемся поле и определяют значение неоднородности магнитной индукциио

   Δ0 г дВ_-дВ_А Р О <3 где ДВр - ширина линии оптического резонанса в исследуемом магнитном поле;

   дВ₀ - ширина линии оптического резонанса в однородном магнитном поле; с? - диаметр ячейки датчика.

   Физ.1