SU609378A1 - Quantum gradiometer - Google Patents
Quantum gradiometer Download PDFInfo
- Publication number
- SU609378A1 SU609378A1 SU752166873A SU2166873A SU609378A1 SU 609378 A1 SU609378 A1 SU 609378A1 SU 752166873 A SU752166873 A SU 752166873A SU 2166873 A SU2166873 A SU 2166873A SU 609378 A1 SU609378 A1 SU 609378A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- sensor
- amplifier
- phase
- sensors
- self
- Prior art date
Links
Abstract
КВАНТОВЬЙ ГРАДИЕНТОМЕТР с оптической накачкой, содержащий два фо-7тоэлектрическ^х датчика, один из которых самогенерирующий, а другой - резонансный фильтр, причем каждый из датчиков состоит из кругового •пол ризатора, чейки поглощени , радиочастотной катущки, фотодетектора и усилител , и фазоизмеригель- ную схему с регистратором, к входу которой подключен выход усилител датчика - резонансного фильтра, отличающийс тем, что, с целью повышени помехоустойчивости, в него введен третий датчик - резонансньш фильтр, выход усилител которого через фазовращатель подключен к второму входу фазо- измерительной схемы, а выход самогенерирующего датчика соединей с радиочастотными катушками двух других датчиков.i(Ло^ о со со ^00An optically pumped QUANTUM GRADIENTOMETER containing two photoelectric sensors, one of which is self-generating and the other a resonant filter, each sensor consisting of a circular polarizer, an absorption cell, an RF coil, a photodetector and an amplifier, and a phase meter. A circuit with a recorder, the input of which is connected to the output of a sensor amplifier - a resonant filter, characterized in that, in order to improve noise immunity, a third sensor is inserted into it - a resonant filter, the amplifier output of which through the phase shifter is connected to the second input of the phase-measuring circuit, and the output of the self-generating sensor of the connections with the radio frequency coils of the other two sensors.i (Lo ^ o with ω ^ 00
Description
Предлагаемый квантовый градиентометр предназначен дл измерени вариаций градиента магнитного пол Земли, может быть применен дл измерени намагниченности горных пород, .веществ и живых организмов, градиентов слабых переменных магнитных полей, возникающих в процессе сердечной де тельности человека и крупных животных.The proposed quantum gradiometer is designed to measure variations in the gradient of the magnetic field of the Earth, can be used to measure the magnetization of rocks, substances and living organisms, gradients of weak alternating magnetic fields arising in the process of cardiac activity of humans and large animals.
В известных градиентометрах примен ют два датчика с оптической накачкой , разностна частота которых представл ет в цифровом или аналоговом виде значение градиента напр женности магнитного пол между точками расположени датчиков Cl.In known gradiometers, two optically pumped sensors are used, the difference frequency of which represents, in digital or analog form, the value of the gradient of the magnetic field strength between the points of location of the sensors Cl.
Известен также квантовьй градиентометр с оптической накачкой, содержащий два. датчика, один из которых самогенерирующий, а другой - резонансный фильтр, причем каждый из датчиков состоит из кругового пол ризатора , чейки поглощени , радиочастотной катушки, фотодетектора и усилител , и фазоизмерительную схем с регистратором, к входу которой подключен выход усилител датчикарезонансного фильтра, а второй вход фаэоизмерительной подключен к усилителю самогенерирующего датчика Гз.Also known is a quantum optically pumped gradiometer containing two. a sensor, one of which is self-generating and the other is a resonant filter, each sensor consists of a circular polarizer, an absorption cell, an radio frequency coil, a photodetector and an amplifier, and a phase-measuring circuit with a recorder, to the input of which the output of the amplifier of the resonant filter is connected, and the second The FAS input is connected to a Gz self-generating sensor amplifier.
В отношении действи внешних помех датчик самогенерирзпощего типа вл етс широкополосной системой, другой датчик, работающий в режиме резонансного фильтра, обладает сущестйенно меньшей полосой пропускани . Таким образом, на результат измерени разности фаз сигналов будет сказыватьс вли ние помех, лежащих вне полосы пропускани датчика - резонансного фильтра (действие мультипликативных помех).Regarding the effect of external interference, the self-powered sensor is a broadband system, another sensor operating in a resonant filter mode has a substantially lower bandwidth. Thus, the measurement result of the phase difference of the signals will be affected by interference outside the sensor's passband — a resonant filter (multiplicative interference).
Цель изобретени - повьпаение помехоустойчивости градиентометра.The purpose of the invention is to increase the noise stability of the gradiometer.
Дл этого в квантовый градиентометр введен третий датчик - резонансньй фильтр, выход усилител которого через фазовращатель подключен к второму входу фазоизмёрительной схемы, а вьгход самогенерирз™щего датчика соединен с радиочастотными катушками двух других датчиковTo do this, a third sensor is introduced into the quantum gradient meter - a resonant filter, the amplifier output of which is connected to the second input of the phase-matching circuit through the phase shifter, and the self-generated sensor is connected to the radio frequency coils of the other two sensors
На чертеже представлена структурна электрическа схема квантового градиентометра. Ячейки 1-3 поглощени , содержащие рабочее вещество, например пары цези , подвергаютс The drawing shows a structural electrical circuit of a quantum gradiometer. Absorption cells 1-3 containing the working substance, e.g. cesium vapors, are subjected
оптической накачке под действием излучени спектральной цеэиевой лампы 4, возбуждаемой высокочастотным генератором 5, проход щего по светозодам 6, через линзы 7 и круговые пол ризаторы 8. Излучение, прошедшее через чейки поглощени и линзы 9, регистрируетс фотоприемниками 10-12. Сигналы с выходов фотоприемников усиливаютс в блоках 13-15. Выход блока 13 соединен с радиочастотными катушками 16. Выходы блоков 14 и 15 подключены к входам умножителей частоты (фазы 17). Входы и выходы блоков 17 подключены к блокам 18 автоматической стабилизации фазы . Выход одного умножител частоты (фазы) 17 соединен с одним из входов фазоизмерительной схемы 19, выход другого умножител частоты (фазы) 17 через фазовращатель 20 соединен с другим входом фазоизмерительной схемы 19, св занной с входом регистратора 21. При выполнении баланса амплитуд и фаз в кольце.обратной св зи первого датчика возникает самогенераци на частоте магнитного резонанса, определ емого напр женностью магнитного пол . Сигнал генерации одновременно воздействует через радиоЧастотные катушки 16 на другие две чейки поглощени 2 и 3, выполн ющие роль резонансных фильтров.optically pumped under the action of radiation from a spectral cetier lamp 4, excited by a high-frequency generator 5 passing through the light diodes 6, through lenses 7 and circular polarizers 8. The radiation transmitted through the absorption cells and lenses 9 is detected by photoreceivers 10-12. The signals from the photodetector outputs are amplified in blocks 13-15. The output of block 13 is connected to radio frequency coils 16. The outputs of blocks 14 and 15 are connected to the inputs of frequency multipliers (phase 17). The inputs and outputs of the blocks 17 are connected to the blocks 18 automatic stabilization of the phase. The output of one frequency multiplier (phase) 17 is connected to one of the inputs of the phase measuring circuit 19, the output of the other frequency multiplier (phase) 17 via the phase shifter 20 is connected to another input of the phase measuring circuit 19 connected to the input of the recorder 21. When the amplitude and phase balance in the ring of the feedback of the first sensor arises self-generation at the magnetic resonance frequency determined by the magnetic field strength. The generation signal simultaneously acts through the radio frequency coils 16 on the other two absorption cells 2 and 3, which act as resonant filters.
Информационна полоса пропускани Д датчиков, работающих в режиме резонансного фильтра, определ етс линейной частью фазочастотной характеристики линии магнитного.резонанса. В первом приближенииThe information bandwidth of the D sensors operating in the resonant filter mode is determined by the linear part of the phase response characteristic of the magnetic resonance line. First approximation
1one
Af Af
2Jr2Jr
22
где Т2 - поперечное врем релаксации чейки поглощени под действием столкновительных процессов и света накачки. Дл паров цези с парафиновым покрытием t составл ет 4-7 МО, что соответствует полосе М 25-40 Гц (7-10 нтл). Крутизна фазочастотной характеристики резонансного фильтра составл ет 0,150 ,25 нтл/град. Типовые фазометры, например Ф2-13, обладают разрешением пор дка град, что соответствует разрешению по вариаци м градиета магнитного пол 0,015-0,025 нтл. Дальнейшее повьш1ение чувствительности достигаетс ; путем подключени where T2 is the transverse relaxation time of the absorption cell under the action of collision processes and pump light. For paraffin-coated cesium vapors, t is 4–7 MO, which corresponds to the M band of 25–40 Hz (7–10 nT). The slope of the phase-response characteristic of the resonant filter is 0.150, 25 nt / deg. Typical phase meters, for example, F2-13, have a resolution of the order of degrees, which corresponds to a resolution on the gradient of the magnetic field of 0.015-0.025 nt. A further increase in sensitivity is achieved; by connecting
к выходам усилительных блоков 14 и 15 умножителей частоты (фазы) 17, например, на основе системы фаэовой автоподстройки частоты (фазы). Дл ограничени флуктуации фазы в умножител х частоты (фазы), возникающих под вли нием температуры, нестабильности источников питани и других факторов, сигналы со входов и выходов его подключены к схемам автоматической стабилизации фазы, сигнал ошибки с выходов которых стабилизирует фазу выходных сигналов, фазовращатель 20служит дл предварительной установки фазы сигнала от чейки поглощени 3. Фазоизмерительна схема 19 и регистратор 21 фиксируют изменение градиента магнитного пол между чейками поглощени 2 и 3. Самогенерирующий датчик в дан ном устройстве вьтолн ет толькоto the outputs of the amplifying units 14 and 15 of the frequency (phase) multipliers 17, for example, based on a system of phase-locked loop (phase). To limit phase fluctuations in frequency (phase) multipliers arising under the influence of temperature, instability of power sources and other factors, signals from its inputs and outputs are connected to automatic phase stabilization circuits whose error signal from the outputs stabilizes the phase of output signals, phase shifter 20 to preset the phase of the signal from the absorption cell 3. Phase-measuring circuit 19 and the recorder 21 record the change in the magnetic field gradient between the absorption cells 2 and 3. Self-generating d Atchik in this device only
вспомогательную роль-возбуждение магнитного резонанса в датчикахрезонансных фильтрах. Поэтому действие мультипликативных помех на широкополосньй самогёнерирующий датчик компенсируетс в фазоизмерительной схеме датчиков-резонансных фильтров. Максимальный градиент магнитного пол , измер емый устройством, не должен превышать по величине информационную полосу пропуска.ни Д датчика во избежание потери чувствительности .auxiliary role of magnetic resonance excitation in sensors of resonant filters. Therefore, the effect of multiplicative noise on a wide-band self-oscillating sensor is compensated in the phase-measuring circuit of sensor-resonant filters. The maximum gradient of the magnetic field measured by the device should not exceed the information bandwidth of the sensor and the sensor in order to avoid loss of sensitivity.
Макет квантового градиентометра, вьшолненный по вышеприведенной блоксхеме на основе оптически накачиваемых чеек поглощени с парами цези , .обладает чувствительностью пор дка 0,002 нтл в полосе пропускани около 25-30 Гц при разносе датчиков на рассто ние в 6 см друг от друга.A quantum gradiometer layout, implemented in the above block diagram based on optically pumped absorption cells with cesium vapors, has a sensitivity of about 0.002 nt in a passband of about 25-30 Hz with a distance of 6 cm from each other.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU752166873A SU609378A1 (en) | 1975-08-20 | 1975-08-20 | Quantum gradiometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU752166873A SU609378A1 (en) | 1975-08-20 | 1975-08-20 | Quantum gradiometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU609378A1 true SU609378A1 (en) | 1984-10-30 |
Family
ID=20630000
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU752166873A SU609378A1 (en) | 1975-08-20 | 1975-08-20 | Quantum gradiometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU609378A1 (en) |
-
1975
- 1975-08-20 SU SU752166873A patent/SU609378A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Патент US № 3158803, кл. 324-0,5, 1962.2. Кулешов П.П. Создание и исследование самогенерирующего квантово-. го магнитомера с оптической ориентацией атомов гели -4.-Дис. на соиск. ученой степени канд. наук. Л., 1975, гл. IV, § 4.1,54) * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20180238974A1 (en) | Gradient Field Optically Pumped Magnetometer | |
CN103852737B (en) | A kind of caesium optical pumping weak magnetic detection means of optimization | |
Li et al. | Continuous high-sensitivity and high-bandwidth atomic magnetometer | |
RU199631U1 (en) | Quantum Mz magnetometer | |
US3252081A (en) | Optical magnetometer and gradiometer | |
Schultze et al. | Noise reduction in optically pumped magnetometer assemblies | |
CN113740786A (en) | Method for measuring alkali metal atom density of single-beam SERF atomic magnetometer | |
SU609378A1 (en) | Quantum gradiometer | |
Akay et al. | A new weak field double resonance NMR spectrometer | |
US3559045A (en) | Nuclear magnetic resonance magnetic gradiometers | |
RU201524U1 (en) | Quantum gyroscope | |
US3725776A (en) | Absorption detector for nuclear magnetic resonance measurements with a frequency control | |
SU789956A1 (en) | Three-component quantum magnetometer | |
RU2737726C1 (en) | Method of measuring components of magnetic field | |
US2721974A (en) | Magnetometer | |
SU552569A1 (en) | Phase fluctuation measuring device | |
US3839670A (en) | Self-oscillating vector magnetometer | |
US2713661A (en) | Phase-shift magnetometer | |
Rose-Innes | A frequency modulated microwave spectrometer for electron resonance measurements | |
RU2158932C2 (en) | Method for receiving signals from optical pumping magnetometers and optical pumping magnetometer | |
RU2733701C1 (en) | Quantum sensor and methods for measuring transverse component of weak magnetic field (versions) | |
SU434355A1 (en) | QUANTUM MAGNETOMETER | |
SU438345A1 (en) | Optically pumped quantum magnetometer | |
US3222593A (en) | Measuring the characteristics of a magnetic field at any given point by nuclear resonance | |
SU890283A1 (en) | Component magnetometer |