Квантовый градиентометр

 

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 •поляризатора, ячейки поглощения, радиочастотной катущки, фотодетектора и усилителя, и фазоизмеригельную схему с регистратором, к входу которой подключен выход усилителя датчика - резонансного фильтра, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введен третий датчик - резонансньш фильтр, выход усилителя которого через фазовращатель подключен к второму входу фазоизмерительной схемы, а выход самогенерирующего датчика соединей с радиочастотными катушками двух других датчиков.i(Ло^ о со со ^00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А,.SU„„609378

g(g) С 01 V 3/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ CGCP

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2166873/18-25 (22) 20.08.75 (46) 30. 10.84. Бюл. ¹ 40 (72) Ю.M Абрамов, А.Н. Козлов .и С.Е..Синельникова (71) Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР (53) 550.838(088.8) (56) 1. Патент США - 3158803, кл. 324-0,5, 1962.

2. Кулешов П.П. Создание и исследование самогенерирующего квантово-. го магнитомера с оптической ориентацией атомов гелия -4.-Дис. на соиск. ученой степени канд. наук. Л., 1975, гл. IV, 5 4.

L,54)(57) КВАНТОВЫЙ ГРАДИЕНТОМЕТР с оптической накачкой, содержащий два фотоэлектрическ1 х датчика, один из которых самогенерирующий, а другой— резонансный фильтр, причем каждый из датчиков состоит из кругового поляризатора, ячейки поглощения, радиочастотной катушки, фотодетектора и усилителя, и фазоизмери".ельную схему с регистратором, к входу которой подключен выход усилителя датчика — резонансного фильтра, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введен третий датчик — резонансный фильтр, выход усилителя которого через фазовращатель подключен к второму входу фазоизмерительной схемы, а выход самогенерирующего датчика соединен с радиочастотными катушками двух других датчиков.

10 !

25 за

40

1 60

Предлагаемый квантовый градиентометр предназначен для измерения вариаций градиента магнитного поля

Земли, может быть применен для измерения намагниченности горных пород,,веществ и живых организмов, градиентов слабых переменных магнитных полей, возникающих в процессе сердечной деятельности человека и крупных животных.

В известных градиентометрах применяют два датчика с оптической накачкой, разностная частота которых представляет в цифровом или аналоговом виде значение градиента напряженности магнитного поля между точками расположения датчиков Г1 J.

Известен также квантовый градиентометр с оптической накачкой, содержащий два датчика, один из которых самогенерирующий, а другой — резонансный фильтр, причем каждый из датчиков состоит из кругового поляризатора, ячейки поглощения, радиочастотной катушки, фотодетектора и усилителя, и фазоизмерительную схему с регистратором, к входу которой подключен выход усилителя датчикарезонансного фильтра, а второй вход фаэонэмерительной схемы подключен к усилителю самогенерирующего датчика 2 ).

В отношении действия внешних помех датчик самогенерирующего типа является широкополосной системой, другой датчик, работающий в режиме резонансного фильтра, обладает сущес венно меньшей полосой пропускания. Таким образом, на результат измерения разности фаз сигналов будет сказываться влияние помех, лежащих вне полосы пропускания датчика — резонансного фильтра (действие мультипликативных помех).

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости градиентометра.

Для этого в квантовый градиентометр введен третий датчик — резонансный фильтр, выход усилителя которого через фазовращатель подключен к второму входу фазоизмЬрительной схемы, а выход самогенерирующего датчика соединен с радиочастотными катушками двух других датчиков.

На чертеже представлена структурная электрическая схема квантового градиентометра. Ячейки 1-3 поглоще- ния, содержащие рабочее вещество, например пары цезия, подвергаются

9378 2 оптической накачке под действием излучения спектральной цеэиевой лампы 4, возбуждаемой высокочастотным генератором 5, проходящего по световодам 6, через линзы 7 и круговые поляризаторы 8. Излучение, прошедшее через ячейки поглощения и линзы 9, регистрируется фотоприемниками 10-12.

Сигналы с выходов фотоприемников усиливаются в блоках 13-15. Выход блока 13 соединен с радиочастотными катушками 16. Выходы блоков 14 н 15 подключены к входам умножителей частоты (фазы 17). Входы и выходы блоков 17 подключены к блокам 18 автоматической стабилизации фазы . Выход одного умножителя частоты (фазы) 17 соединен с одним из входов фазоизмерительной схемы 19, выход другого умножителя частоты (фазы) 17 через фазовращатель 20 соединен с другим входом фазоизмерительной схемы 19, связанной с входом регистратора 21.

При выполнении баланса амплитуд и фаз в кольце. обратной связи первого датчика возникает самогенерация

;на частоте магнитного резонанса, определяемого напряженностью магнитного поля. Сигнал генерации одновременно воздействует через радиочастотные катушки 16 на другие две, ячейки поглощения 2 и 3, выполняющие !

: роль резонансных фильтров.

Информационная полоса пропускания

5f датчиков, работающих в режиме резонансного фильтра, определяется линейной частью фаэочастотной характеристики линии магнитного резонанса.

В первом приближении где Т2 — поперечное время релаксации ячейки поглощения под действием столкновительных процессов и света накачки. Для паров .цезия с парафи-. новым покрытием Т2 составляет

4-7 мс, что соответствует полосе

М=25-40 Гц (7-10 нтл). Крутизна фазочастотной характеристики резонансного фильтра составляет 0 150,25 нтл/град. Типовые фазометры, например Ф2-13, обладают разрешением порядка 0,1 град, что соответствует разрешению по вариациям градиента магнитного поля 0 015-0 025 нтл.

Дальнейшее повышение чувствительности достигается путем подключения