Квантовый магнитомер
ОП ИСА НИ Е
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ((ц 600497
Во!оз Соевтскйх
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.04.76 (21) 2347576/18-25 с прнсоед!шепнем заявки М (23) Приоритет (43) Онубликol,;!110 30.03.78. 1)1»Г!Г!с Ген(¹ 12 (45) Дата опубликования описания 05.04.78 (51) 1(! К,!.- 6 01V 3 14
Государственный комитет
Совета Мнннстров СССР ло делам изобретений (;), )) i ÄÊ 550.838.08 (088.8) и от((рытнй,(72) Авторы изобретения В. В. Гордеев, И. Е. Гринько, П. С. Овчаренко и И. Л. Шушпанов (71) Заявитсль (5:I) КВЛНТОВЫЙ MAI HИ1 О!т)Е 1 Р
Изобретение относится к магнитомстрам, в основе работы которых лежит явление магнитного резонанса ядер, и может быть использовано как в области магнитометрни, так н в области измерительной техники при создании прсциз1!Онн(,)х датчиков углового положения.
Известны схемы квантовых магннтометров, основанные на измерении частоты прецессии атомов рабочего вещества датчика в исследуемом магнитном поле, на измерении разности фаз илн тока, в компенсирующей катушке, пропорциональных разности между частотой прецессии и частотой опорного генератора.
Известен квантовый магнитометр с оптической ориентацией ядер, нзмсрякнннй с»ставляющнс пост»я нного магнитного поля, пс рпснднкулярныс резонансному переменному м а гн итному полю.
Магнитометр содержит ячейку поглощения, наполненную двумя изотопами ртути I Ig u
Нд2о1, спектральную лампу со смесью изотопов Hg P и Нд -" генератор возбуждения спектральной лампы, газовый фильтр, линейные поляризаторы, л/4-пластинку, анализатор, катушку постоянного магнитного поля, катушку поля модуляции, катушку обратной связи, компенсирующую катушку, источник постоянного тока, фотонриемннк, усилитель, pe;I Ячейка поглощения находится в постоянном (Ilp) и переменном (11,) магiiiiTiii полях, параллельных друг другу, причем !астота о» переменного мапгнтного поля равна илн близка к частоте прецессии ядер в поле Бо. Если поле Ilp и поле О! строго параллельны, ядерный мап!нтный резонанс на частоте p)p= ="!11, отсутствует (у — гнромагнитное отношение ядер), Прн наличии поперечного IIOстоянного магнитного поля О, возникает магнитный pcaoiia lie II zcp I!a 1астотс х!Од3 лиру!оГ5 щего поля П;, причем величина регистрируем»го фотодстскт»ром снпгала пропорциональная Вс III(lïío нс)ля 11(. Чу!3ст(3нтсл(ность Т(!КО! 0 31а! IIIIT» (1(Ã!)а 1, li»ilo!)С)Н1ЫМ СОСТ!IВ;III1О1цнм . (I;IГIIIITII»Г» 11»ля д» TI!Г<1(. Т 10 э. 9() С;1Р3101! »T»P»III>I, нОЯВГIcIIII(. iioliс1)счных I< полю 11(к»мнон IIT Al;II.IIIITII»1 я»ля эквивалентно угл»вому расс»гласовгннно между постоянным II перс мсн!)ы)! полямн, и возникающий сигнал пропорционален этому рассогласованию. Таким Образом, iia оазс рассмотренного магннтомстра может оыть создан высокочувствительный датчик углового рассогласования. Целью изобретения является расширение 30 ()I(н(сцнонал1>н11х !3»зм(3)кностсll м(1Гннзомст600497 ря, !<Он!<рстно -- Обсспсченнс ВОЗможно; I н нсГ!ОЛЬЗОВЯ ПНЯ СГО Т«IКжс В К«1«(сствс НР 111(311() liного датчика углового rrn;to>кения. ЦЕЛЬ доСТИГ» TC>(ТСМ, >(TO В >М«(ГrrlrTO)((! р введены мягнитостатнчсский экран, Окру)кяю- 5 Ill 1 ill 1! и Е l1(! «НОГ„3 0 fr(! 11 f1ß lf У К«13 «1 Н Н Ь! С l<«i) Г1llкн, переключатель, первый контакт которс>го соединен с выходом первого делителя частс)— ТЫ, ВТОРОЙ вЂ” С КЯТ > IIIКОЙ ПОСТО««1!1110ÃO М«(Гll IITНОГО по «!я, а трстий — с катушкой модуляции 10 пОля, причем r На черте)кс дана схема предлагаемого квантового магнитометра. 15 Он содержит ячейку 1 поглощения, катушку 2 постоянного магнитного поля, катушку 3 компенсац(ш изменения поля flp, катушку 4 обратной связи, катушку 5 поля )(Одуляцнн н спектральную лампу 6, генератор 7 Воз(>у)к- 20 ;(c r(fst сиектрялш(ой ma>(Trl>r, (я зовы и (1)н.(ЬTp 8, линейные поляризаторы 9 — 11, i./4-пластинку 12, линейный анализатор 13, фотопрнемник 14, усилитель 15, режекторпый фильтр 16, опорный генератор 17, делители частоты 25 18, 19. Фазовый детектор 20, сииxpoaffi>(if детектор 21, источник постоянного тока 22, псреключатсль 23 на два положения, маг(ièтостатнчсский экран 24. Предложенный магнитометр ряботяст слс- З0 ду>ющим ОбряЗОм. В случае, когда замкнуты контакты I u II переключателя 23, а магнитостатический экран отсутствует, устройство работает как магнитометр и является полным аналогом прототипа. В случае, когда замкнуты контакты I u III переключателя 23 и установлен магнитостатический экран, представленное устройство работает i Работа магнитомстра в качестве датчика vr:!ОВОГО поло)кения 3«(кл(очяетс>1 В слсдм(oщем. Пусть в исходном по)0» 12, поляризуясь по кругу, н попадает на ячей- 50 ку поглощения 1, осуществляя оптическую ориентацшо магнитшях моментов ядер обои; изотопов в направлении поля По. Дстсктирующий луч света, создаваемый той же спектральной лампой 6, проходит через фильтр 8, линейный поляризатор 9, поглощающую ячейку 1, линейный анализатор 13 и попадает па фотоприсмник 14. ?1лоскость поляризации дстектирующсго луча модулируется поперсчнымп компонентами ядерной намагниченности с 00 частотами прецессии с>)! и с> . Сигналы на частотах прецессии (>i и (»z, Выдслснныс фогоприемником 14, усиливаются в усилителе 15 н подаются ня сигнальные входы фазового детектора 20, синхронного детектора 21 и iia 05 Вхо (рс.!. r<1()J)i!()P фн, ll>Tp i 1Г). С!!Pili!,з rf«3 1«1 стог(. . p>-., прои;(я рсжс!<торн ьl Й (1> н. ll>T p 1 6), создаст в катушке 4 обратной связи и:. рсмен-!!Ос мяГ!!Hтliо" по аp., !!0;Iд(p кl((!а(0!цсс !!Сз«l— уxa1011(ó!o нрецсссню ядер 1Jg 11;i чястс>тс C>)2> Т. (. Н«i !«iстС! С Ci)> ВОзомж I,ЯСTГ(r ГСНСР«1ТОР, !COT()P(>fr(Н«13Ы В«(С ГСЯ и I PP ffbl V(СП И li-Г(Н< ратором. Сигнал iia частоте прецессии c>i ядер 11g подавляется рсжекторным фильтром 16, настроенным на частоту с)>!. Цепь стабилизации поля lip, включающая фазовый детектор 20 II компенсирующую катушку 3, приводит в соответствие частоту (с)м с частотой p)pg> являющейся опорной для фазового детектора 20. При достижении равенства cp2 — — с>с)) автоматически устанавливается равенство с>! — — ())! (Где p>pi — частота модулирующего поля П!), поскольку отношение коэффнцнентов деления первого делителя частоты 18 и второго делителя частоты 19 равно отношению п(дромагнитных отнсинсний ядер 1-1с- О(и HgIP . Таким ооразом, созданы условия для возбу)кдсния выну)кдснной прецессии па частоте cpi. Прн соосности поля Но н поля Н, отсутству.ст поперечная к поло По компонента модулирующего поля If,, вызывающая прсцсссню магнитного момента IIg" вокруг поля, н сигнал прецессии на частоте и(, нс наблюдается. При повороте катушки 5 модулиру«(ощего поля П(на угол сг вокруг осн х появляется поперечная к полю Ilp компонента модулирующего поля Н,=Н, sicr (J>, а на выходе усилителя 15 появляется сигнал на частоте siTIcp. Этот сигнал на синхронном детекторе 21 сравнивается с сигналом на частотс модулируюшсго поля И), поступающей с выходя делителя частоты 18, и на выходе синхронного детектора 21 появляется сигнал, пропорциональный углу поворота катушки модулирующего поля 5 вокруг оси х. Если катушка 5 модулирующего поля Н(будет иметь степень свободы вокруг оси у, то на выходе синхронного детектора будет регистрироваться сигнал, пропорциональный углу поворота катушки 5 модулирующего поля Н) вокруг оси у. 11рн реализованной чувствительности магнитометра, равной 1.10 — э в поле Но —— -- Н=1э, чувствительность устройства к повороту катушки 5 составляет 57,3.10 — угл. град. = 2. 10 — угл. с. Достоинством предложенного устройства IIO сравнению с известным является то, ITo 0110 может решать более широкий круг задач и мо>кст найти применение нс только в мапштометрин, но и прн решении комплексных задач, câÿ3янных с мягннTными н прецизионными угл(и>ымн измерениями. ФOрмул 1 нзоорсToïня Квантовый магнитометр, содержащий ячейку поглощения, катушку постоянного магнитного поля, катушку компенсации изменения э ОГО ПО;Iя, r )2 т б „1а., -,, 1-. ( (:оставит!л), В. Чайоршин схрсл И, Михайлова Коррсктор Л. Орлова Ðc.1актор H. Колвда Зак;k, 1201 15 11л; Л 370 Тира к 708 11ПО Гос)т1арствсвного ко)нитста Совста й1и!П.стров (.О:Р но аслам иаобрстсний и открытий 113035, Москва, К-35, Раун)скан нав...,. -1, 5 Подииснос 1 и )! о г();! ф н н fj p . 1 
