SU789956A1 - Трехкомпонентный квантовый магнитометр - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к измерительной технике геофизике и предназначено дл  измерени  трех компонент слабого магнитного пол .

Наиболее близкие предлагаемому магнитометры с оптической накачкой основаны на эффекте Ханле и предназначены дл  измерени  слабых магнитных полей в магнитном экране. Общим элементом этих устройств  вл етс  квантовый датчик, состо щий из источника циркул рно-пол риз,ованногд света накачки, поглощающей  чейки, содержащей атомы рабочего вещества, и фотодетектора, регистрирующего интенсивность света накачки, прошедшего через поглощающую  чейку. Датчик -помещаетс  в центре системы катушек , служащих дл  создани  переменных магнитных полей и дл  компенсации компонент измер емого пол  к нулю. В услови х, когда внешнее измер емое поле скомпенсировано до величины , ме.1ьшей ширины линии Ханле рабочего вещества, и в месте расположени  поглощающей  чейки созданы переменные пол , на фотодетекторе квантового датчика генерируютс  сигналы пропорциональные компонентам внешнего пол . Эти сигналы используютс  дл  автоматической компенсации компонент внешнего пол  к нулю. Компоненты измер ютс  по току компенсации 1.

5 Недостатком известных устройств  вл етс  то, что амплитуда сигнала комбинационной частоты SCuui i, пропорциональна  компоненте пол  вдоль луча, содержит множитель г/Л г

10 где Г - ширина линии Ханле. При использовании веществ с малой шириной линии (например, рубиди  г/2ЗГ 0,ВГц или гели  - 3 г/2jr 6,10 Гц) чувствительность дл  этой компоненты получаетс  значительно хуже,чем по остальным, поскольку дл  синхронного детектировани  практически невозможно использовать слишком низкую частоту it В частности дл  трехкомпонентного

Claims (1)

1. 2Р квантового магнитометра на парах рубиди  при использовании Я Гц чувствительность по компоненте пол  вдоль луча накачки получаетс  в 18 раз хуже, чем по остальным компонентам. При использовании в таком магнитометре гели -3 чувствительность по этой компоненте получаетс  в 2500 раз хуже, чем по остальным. В то же врем  использование веществ с узкой линией Ханле в таких магнитометрах предпочтительнее, так как позвол ет получить чрезвычайно высокую чувствительность измерений (во 10®3). Цель изобретени  - повьпиение чувствительности по трем компонентам измер емого пол  при использова нии рабочих веществ с узкой линией Ханле. Указанна  цель достигаетс  тем, что в трехкомпонентный квантовый магнитометр, содержащий квантовый датчик, выполненный в виде источнргка циркул рно-пол риэованного света поглощающей  чейки и фотодетектора выходкоторого св зан со вxoдa ш двух избирательных усилителей, каждый из которых через последовательйр соединенные фаз-овый детектор, ин тегратор и потенциометр св зан с одной из трехкоординатных систем колец Гельмгольца, два генератора на частоты сю и -fS , подключенные ко вторым входам фазовых детекторов и к соответствующей системе колец Гельмгольца, последовательно соединенные третий фазовый детектор, тре тий интегратор и третий потенциомет дополнительно введены второй квантовый датчик, идентичный первому, оптическа  ось которого ортогональн оптической оси первого квантового датчика, третий генератор на часто ту q и третий избирательный усилитель , при этом выходы третьего ге нератора подключены к соответствую щей системе колец Гельмгольца и ко второму входу третьего фазового де тектора, первый вход которого подкл чен к выходу третьего избирательно го усилител , своим входом св занно го с выходом фотодетектора второго квантового датчика. На чертеже приведена функциональ на  схема предлагаемого устройства Схема состоит из двух идентичных квантовых датчиков 1 и 2, включающих источники 3 и 4 циркул рнопол ризованного света накачки, поглощающие  чейки 5 -и б и фотодетекторы 7 и 8, .и помещенных в центре трёхкоординатной системвл колец Гел гольца 9,10 и 11. Оптические оси квантовых датчиков ориентированы взаимно перпендикул рно, например, оптическа  ось датчика 1 параллель на оси ОХ, а оптическа  ось датчика 2 параллельна оси OZ. Выходы генераторов 12,13 и 14 и избирательных усилителей 15,16 и 17 подключены ко входам фазовых детекторов 18,19 и 20, выходы последних через интеграторы 21,22 и 23 подключены к потенциометрам 24,25 и 26. Устройство работает следующим образом. С помощью генератора 12 и колец 10 в месте расположени  датчиков создаетс  переменное поле частоты Vjt по оси OY; с помощью генератора 13 и колец 11 создаетс  переменное поле на частоте -5 по оси 02, и с помощью генератора 14 и колец 9 создаетс  переменное поле частоты q по оси ОХ. С фотодетектора 7 квантового датчика 1 снимаютс  сигналы двух частот S(w) и S (f), причем амплитуда сигнала S W пропорциональна Ну - компоненте измер емого пол , а амплитуда сигнала S (f) пропорциональна Н., - компоненте измер емого пол . Сигнал S (tz) ) усиливаетс  избирательным усилителем 15 и подаетс  на сигнальный вход фазового детектора 18, на опорный вход которого подаетс  сигнал от генератора 12. Выход фазового детектора 18 через интегратор 21 поступает далее в кольца 10, обеспечива  автоматическую компенсацию Н у компоненты к нулю. Сигнал S (52 ) усиливаетс  избирательным усилителем 16 и подаетс  ни сигнальный вход фазового детектора 19, на опорный вход которого подаетс  сигнал от генератора 13. Выход фазового детектора 19 через интегратор 22 поступает далее в кольцо 11, обеспечива  автоматическую компенсацию Н. компоненты к нулю. С фотодетектора 8 квантового датчика 2 снимаетс  сигнал S (q), амплитуда которого пропорциональна Н компоненте измер емого пол . Этот сигнал усиливаетс  избирательным усилителем 17 и подаетс  на сигнальный вход фазового детектора 20, на опорный вход которого подаетс  сигнал от генератора 14. Выход фазовОго детектора 20 через интегратор 23 поступает далее в кольца 9, обеспечива  автоматическую компенсацию компоненты к нулю. Компоненты внешнего пол  Н, Н измер ютс  по току компенсации с помощью потенциометров 24,25, и 26, соответственно. Предлагаемое устройство обеспечивает одинаково высокую чувствительность по всем трем компонентам измер емого Пол  при использовании рабочих веществ с узкой линией Ханле. Формула изобретени  Трехкомпонентнь й квантовый магнитометр , содержащий квантовый датчик, выполненный в виде источника диркул рно-пол ризованного света, поглощающей  чейки и фотодетектора, выход которого св зан со входами двух избирательных усилителей, каждый из которых через последовательно соединенные фазовый детектор, интегратор и потенциометр св зан с одной из