SU600497A1 - Квантовый магнитомер - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к магнитометрам, в основе работы которых лежит  вление магнитного резонанса  дер, и может быть использовано как в области магнитометрии, так и в области измерительной техники при создании прецизионных датчиков углового положени .

Известны схемы квантовых магнитометров, основанные на измерении частоты прецессии атомов рабочего вещества датчика в нсследуемом магнитном поле, на измерении разности фаз или тока, в компенсирующей катушке , пропорциональных разности между частотой прецессии и частотой опорного генератора .

Известен квантовый магнитометр с оптической ориентацией  дер, нзмер юпшй составл ющие посто нного магнитного пол , перпендикул рные резонансному )i ер сменному магнитному полю.

Магнито.метр содержит  чейку поглощепи , наполненную двум  изотопами ртути lig и pjg20i спектральную лампу со смесью изотопов Hg2°2 и , генератор возбуждени  спектральной лампы, газовый фильтр, линейные пол ризаторы, л/4-пластинку, анализатор , катушку посто нного магнитного нол , катушку пол  модул ции, катушку обратной св зи, компенсируюн1ую катушку, источник посто нного тока, фотонриемннк, усилитель,

2

режекториый фильтр, опориый генератор, первый и второй делители частоты, фазовый и с 1ихропный детекторы.

Ячейка поглощени  находитс  в посто нном (Яо) и переменном (Я,) магпитных пол х , параллельных друг другу, причем частота соо переменного магннтного нол  равна нлн близка к частоте прецессии  дер в поле НоЕсли поле //о и поле HI строго параллельны,  дерный магнитный резонанс на частоте соо 7//о отсутствует (у - гнромагннтное отношение  дер). При наличии поперечного поето нного магнитного пол  Я, возникает магннтиый резонанс  дер на частоте модулирующего пол  Я;, причем величина регистрируемого фотодетектором снгпала проиорцнональна  величине нол  Н. Чувствнтельность тако1о магнитометрп к поперечным состав .м юииьм магнитного но.ч  достигает э.

С другой стороны. по вле1 ие поперечных к полю //1 компонент магнитного пол  эквивалентно угловом} рассогласованию между посто нным и )1ереме1 ным пол ми, а возникающий сигнал пропо)ционален этому раееоглаеованню . Таким образом, на базе рассмотренного магнитометра может быть создан высокочувствительный датчик углового рассогласовани .

Целью изобретени   вл етс  расширение функцнональн1,1х возможностей магнитомет3

pa, копкрет1 о---обеспсче1П1е возможности iicпо;1ьзовани  его также в качестве прецизионного датчика углового положени .

Цель достигаетс  тем, что в магннтометр введены магинтостатнческии экран, окружаюnuift  чейку иоглои1,еи11  и указаиные катунь ки, переключатель, первый контакт которого соедннен с выходом первого делител  частоты , второй-с катушкой посто нного магнитного ПОЛЯ, а третий - с катушкой модул ции иол , причем катушка модул ции иол  выполиена с возможноетыо поворота в иаправлении , перпендикул рном ее оси.

На чертеже даиа схема предлагаемого кваитоБого магиитометра.

Он содержит  чейку 1 поглощени , катушку 2 посто нного магпитиого пол , катушку 3 компенсацин изменени  пол  Яо. катушку 4 обратной св зи, катушку 5 пол  модул ции и спектральную лампу 6, генератор 7 возбуждени  сиектральиой лампы, газовый фильтр 8, линейные пол ризаторы 9-II, А/4-плаетинку 12, линейный аиалнзатор 13, фотоприемник 14, усилитель 15, режекторпый фильтр 16, опорный генератор 17, делители частоты 18, 19. Фазовый детектор 20, сиихроииый детектор 21, нсточннк посто нного тока 22, переключатель 23 на два положени , магиитостатический экран 24.

Предложенный магннтометр работает следуюшим образом.

В случае, когда замкнуты контакты I и II переключател  23, а магннтостатичеекий экран отеутствует, устройство работает как магнитометр и  вл етс  полным аналогом прототипа . В случае, когда замкнуты контакты I и III переключател  23 н установлен магнитостатичеекпй экран, иредставлениое устройство работает как датчик углового рассогласовани  между полем Яо и полем Н.

Работа магнитометра в качестве датчика углового гюложенн  заключаетс  в следующем .

Пусть в исходном положении поле Яо, создаваемое катушкой 2 и иоле Я создаваемое катушкой 5 соосны. Резонансное испол ризованиое излучение, создаваемое спектральной лампой 6, отразившись от линейных пол ризаторов 10 н 11, проходит через /./4-иластиику 12, пол ризу сь по кругу, и попадает па  чейку поглогцени  1, ,ествл   оптическую ориентацию магнитных моментов  дер обоих изотопов в направлении пол  Яо. Детектирующий луч евета, создаваемый той же спектральной лампой 6, проходит через фильтр 8, линейный пол ризатор 9, иоглои1,аюн1ую  чейку 1, линейный анализатор 13 и попадает на фотоирнемпик 14. Плоскость пол ризации детектирующего луча модулируетс  поиеречнымн компоиептамн  дерной намагннчеииости с частотами прецессии coi и oja- Сигналы иа частотах прецессии ы и oj2, выделенные фотоприемпиком 14, усиливаютс  в усилителе 15 и подаютс  на снгиальные входы фазового детектора 20, синхронного детектора 21 н на

4

вход режектор1 ого фн.тьтра IG. Сигнал на частоте соо, пройд  режекторш п (лктьтр 16, создает в катушке 4 обратной св з1 г;;ременное магнитное поле, иоддерживаюи1ее неза1ухаюи1у1о ирецессию  дер иа частоте 0)2, т. е. на частете otg возбуждаетс  генератор , который называетс   дериым сиии-|-еиератором . Сигиал иа частоте ирецессин oji  дер lig подавл етс  режекторным фильтром 16, иастроеииым иа частоту ол. Цепь стабилизации пол  Яо, включающа  фазовый детектор 20 и компенсирующую катушку 3, приводит в соответствие частоту Ш2 с частотой соо2,  вл юн-1,ейс  опорной дл  фазового

детектора 20. При достиженнн равенства (02 соо2 автоматически устанавливаетс  равенство (1)1 0)01 (где ojoi - частота модулирующего пол  Я1}, поскольку отнощение коэффициентов деленн  первого делнтел  частоты 18 и второго делител  частоты 19 равио отношению гидромагнитных отношеннй  дер I-Ig2oi и ngi99.

Таким образом, созданы услови  дл  возбуждеии  вынужденной ирецесснн на частоте 0)1. При соосности иол  Яо и пол  Я1 отсутствует поперечна  к полю Яо компоиеита модулирующего иол  Яь вызываюиш  прецессию магпнтиого момента J-Ig вокруг пол , и еигиал прецессии па частоте MI, ие наблюдаетс . При повороте катушки 5 модулнрЗюихего пол  //i иа угол ср вокруг осп л по вл етс  поперечна  к полю Яо компонеита модулирующего пол  sin ф, а на выходе усилител  15 по вл етс  сигнал на

частоте coi, пропорциональный величине Hi sincp. Этот сигнал на синхронном детекторе 21 сравниваетс  с еитпалом на частоте модулируюш .его пол  Н, поступающей е выхода делител  частоты 18, и на выходе снихроиного

детектора 21 по вл етс  снгнал, иропорциональный углу поворота катушкн модулирующего пол  5 вокруг оси X. Если катушка 5 модулируюшего иол  Я1 будет иметь степеиь свободы вокруг оси у, то па выходе синхропиого детектора будет регистрироватьс  сигнал , пропорциоиальный углу поворота катушки 5 модулирующего иол  Я1 вокруг оеи у. При реализовапной чувствительности магнитометра , равной э в поле ,

чувствительиость устройства к повороту катушки 5 составл ет 57, угл. град. 210-2 урд Q Достоипством ирсдложе1гиого устройства по сравпепию с известным  вл етс  то, что оно может решать более пшрокий круг задач и может найти примеиеиие пе только в магиитометрии, но и при рсшеинн комплекеных задач, ев занных с .Л1агнитиыми и иреиизноинымн угловымн измерени ми.

Ф о р м у л а и 3 о б р е т е и и  

Квантовый магнитометр, содержащий  чейку поглои,еии , катушку посто нного магнитiforo пол , катушку компенсацпи измеиени  этогО иол , катущ ;у модул ции пол , псточник иосто ииого тока, спектральиую ламиу.

генератор во.чспждени  спектра :ы1ои лампы, газовый фильтр, лппеппые пол ри.гпОры i: анализатор, /./4-пластиЕ1ку, фотолрнемпнк, усилитель, режекторный фильтр, катушку обратной ев зн, опорный генератор, первый и второй делнтслп частоты, фазовый и синхронный детекторы, от л и ч а ю HUI и с   тем, что, с целью распшрени  его функциональных возможностей, в него введены магнитостатпч . эг;р::11, окружающий  чейку поглоще1:;:  и ук:;заи1;ь е , переключатель, первый контакт которого соединен е выходом первого делител  чаетоты, второй - е катушкой посто нного aгliнтиoгo пол , а третий-с катушкой мод}л цНП пол , причем катушка модул ции пол  выполнена е возможностью поворота в направленнн, нерпендикул  1ном ее оеп.

W2

- 1/

/ /:3