Квантовый магнитометр-градиентометр

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii) 924643 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 28.10.80 (21) 2/$8043/18-21 с присоединениезе заявки М (23) П риоритет (5l)M. Кл. (01 1с 33/08

Ваударатааиаый комитат

СССР иа делам изобретений и открытий (5Ç) УДК 621. 31Ó. .44(088.8) Опубликовано 30.04.82- Бюллетень Рй 16

Дата опубликования описания 30 .04 .82 (72) Авторы изобретения

И.С. Хасиев и А.П. Наумов —,.;.:::;л :-. . (7l) Заявитель (54) КВАНТОВЫЙ МАГНИТОМЕТР-ГРАДИЕНТОМЕТР

Изобретение относится к магнит.ным измерениям квантовыми магнитометрами и может быть использовано в геофизической и лабораторной практике для измерения и исследования слабых магнитных полей и их градиентов.

Известны квантовые магнитометрыградиентометры в виде двух самогенерирующих магнитометров с оптической накачкой атомов, расположенных на

1О некотором базовом расстоянии друг от друга, и устройства, выделяющего сигнал, пропорциональный разности индукций магнитного поля (МП) в точках расположения магнитометров С13.

Недостатком известного квантового магнитометра-градиентометра является низкая точность измерения градиента

МП из-за неидентичности магниточувствительных преобразователей (кана-. лов магнитометра-градиентометра.

Наиболее близкий к предлагаемому квантовый магнитометр-градиентометр с цифровым выходом содержит два квантовых магниточувствительных преобразователя с оптической накачкой, подключенных к соответствующим npe" образователями частота-код, программно-пусковую схему и вычитающее устройство, входы которого соединены с выходами преобразователей частота-код, а выход подключен к цифровому регист" ратору. Одновременно выходы преобразователей частота-код соединены с соответствующими входами цифрового регистратора, а выходы программно-пус" ковой схемы подключены к соответствующим входам преобразователей частотакод, вычитающего устройства и цифрового регистратора i21.

Недостатком известного квантового магнитометра-градиентометра является низкая точность измерения градиента магнитного поля за счет неидентичности характеристик двух магниточувствительных преобразователей (каналов) магнитометра-градиентометра,которым присущ ряд сдвигов резонансной

92464 частоты, т.е. погрешностей измерения индукции магнитного поля. Это, в первую очередь, световые и фазовые сдвиги. Различие сдвигов в каналах магнитометра-градиентометра приводит к временным дрейфам показаний прибора и к погрешностям в виде постоянной величины, изменяющейся к тому же от включения к включению. Некоторое уменьшение этих погрешностей обычно 16 достигается тщательной подгонкой фазочастотных характеристик двух каналов, подбором их элементов, регулировкой режима накачки и др., что практически является исключительно трудоемкой и сугубо индивидуальной операцией, приводящей лишь к частич- „ .ному устранению погрешностей измерения градиента магнитного поля.

Цель изобретения - повышение точности измерений градиента магнитного поля.

Для достижения поставленной цели квантовый магнитометр-градиентометр, содержащий два квантовых магниточувствительных преобразователя,подключенных к двум преобразователям частота-код, вторые входы которых соединены с первыми выходами программно-пускового блока, связанного с вычислительным блоком, а первые выходы упомянутых преобразователей частота-код подключены к двум входам цифрового регистратора, третий вход которого связан с выходом вычислим тельного блока, снабжен двумя счетчиками-сумматорами, селектором знака разности, двумя счетчиками кода компенсации, переключателем и авто-, о номным формирователем сброса, причем первые входы счетчиков-сумматоров соединены с выходами преобразователей частота-код, вторые входы счетчиков-сумматоров подключены к выходам счетчиков кода компенсации, а

45 выходы счетчиков-сумматоров соединены с соответствующими входами вычитающего блока, выход которого через переключатель и селектор знака разности подключен к первым входам счетчиков кода компенсации, при этом .третьи входы счетчиков-сумматоров подключены к выходу программно-пускового блока, вторые входы счетчиков кода компенсации — к автономному фор" SS мирователю сброса.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

3 ф

Ква нтовый магнитометр- градиентометр состоит из двух квантовых магниточувствительных преобразователей

1 и -2, подключенных к двум преобразователям 3 и 4 частота-код, вычитающего блока, программно-пускового блока 6, цифрового регистратора

7,двух счетчиков-сумматоров 8 и 9,селектора 10 знака разности, двух счетчиков l1 и 12 кода компенсации, переключателя 13 и автономного формирователя .14 сброса, причем первые входы счетчиков-сумматоров 8 и 9 соединены с выходами преобразователей

3 и 4 частота-код, вторые входы счетчиков-сумматоров 8 и 9 подключены к выходам счетчиков 11 и 12 кода компенсации, а выходы счетчиковсумматоров 8 и 9 соединены с соответствующими входами вычитающего блока, выход которого через переключатель 13 и селектор 10 знака разности подключен к входам счетчиков 11 и 12 кода компенсации, при этом третьи входы счетчиков-суммато. ров 8 и 9 подключены к программнопусковому блоку 6., а вторые входы счетчиков 11 и 12 кода компенсациик автономному формирователю 14 сброса.

Квантовый магнитометр-градиентометр работает следующим образом.

После включения питания и начального прогрева прибора производится сброс содержимого счетчиков 11 и 12 кода компенсации от автономного формирователя 14 сброса, который может быть выполнен на основе обычной кнопки либо на основе одного из полюсов переключателя 13. После этого программно-пусковой блок 6 переводится в режим ручного пуска, а оба магниточувствительных преобразователя 1 и 2 помещаются в беэградиентное поле (поле с градиентом ниже порога чувствительности), которое может быть выбрано на полигоне или создано специальной мерой, а в некоторых случаях — получено простым сближением магниточувствительных преобразователей на расстояния 0,10,2 м либо поочередным помещением магниточувствительных преобразователей в одну и ту же точку пространства. Затем переключателем !3 включается режим компенсации и осуществляется ручной запуск прибора через программно-пусковой блок 6. При

9246

l0 этом частота, поступающая с выхода каждого магниточувствительного преобразователя 1 и 2 на преобразователи 3 и 4 частота-код, складывается из двух слагаемых: истинной 5 частоты генерации СЭ,) или )о, пропорциональной индукции магнитного поля в точках расположения магниточувствительных преобразователей 1 и

2 В„или В) (=yg), и из сдвига частоты ьс,)„ и ля .. вызванного Фазовыми и световыми погрешностями в каждом из каналов. Эти сигналы с вы-. хода преобразователей 3 и Т частотакод в виде кодов К„=(д„+444=)) (ь„+ар„) и =сд -4)д = 1) () 4 р Д поступают на первые входы соответствующих счетчиков-сумматоров 8 и 9, а затем с их параллельных выходов на вычитающий блок 5, на выходе которого об- 20 разуется код, равный разности входных двоичных чисел К,)-К2 (ф)+4 )- ® 4ф

Так как оба магниточувствительных преобразователя 1 и 2 помещены в безградиентное поле, то  — — В и К1-К2= 25

= g,üB -4 ), т.е. на выходе вычитающего блока 5 появляется двоичное число, равное разности сдвигов частот генерации в двух каналах градиентометра, или число, отражающее зо неидентичность этих каналов. В зависимости от знака полученной разности (К -K ) это число записывается (подсчитывается) в один из счетчиков 11 или 12 кода компенсации, где хранит- 35 ся до следующего включения режима компенсации. Далее после размыкания переключателя 13 и перевода программно-пускового блока 6 в автоматический режим градиентометр готов к из- 4р мерениям. При этом код компенсации ф(дВ)-4В).) будет каждый цикл измерения поступать на вторые входы одного из счетчиков-сумматоров 8 или 9, автоматически компенсируя погреш- 45 ность, обусловленную неидентичностью магниточувствительных преобразователей градиентометра. Повторное включение режима компенсации (обновление содержимого, счетчиков кода компенсации) целесообразно проводить при изменении условий измерения (окружающей температуры, широты мес-. та, напряжения источников питания

43 б йт.п.J а также при каждом новом включении прибора.

Таким образом, предлагаемый магнитометр- градиентометр позволяет повысить точность измерения градиента ИП за счет компенсации погрешностей, обусловленных неидентичностью каналов прибора. формула изобретения

Квантовый магнитометр-градиентометр;содержащий два квантовых магниточувствительных преобразователя, подключенных к двум преобразователям частота-код, вторые входы которых соединены с первыми выходами программно-пускового блока, связанного с вычислительным блоком, а первые выходы упомянутых преобразователей частота-код подключены к двум входам цифррвого регистратора, третий вход которого связан с выходом вычислительного блока, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен двумя счетчиками-сумматорами, селектором знака разности, двумя счетчиками кода компенсации, переключатедем и автономным формирователем сброса, причем первые входы счетчиков-сумматоров соединены с выходами преобразователей частота-код, вторые входы счетчиков-сумматоров подключены к выходам счетчиков кода компенсации, а выходы счетчиков-сумматоров соеди. нены с соответствующими входами вычитающего блока, выход которого через переключатель и селектор знака разности подключен к первым входам счетчиков кода компенсации, при этом третьи входы счетчиков-сумматоров подключены к выходу программнопускового блока, вторые входы счетчиков кода компенсации - к автономному формирователю сброса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США У 3252081, кл. 324-5, 1966.

2. Квантовый магнитометр-градиентометр КИ-8. Паспорт Бт 2. 733.015.

СКБ физического приборостроения

АН СССР, 1979.

924643

Составитель Г. Змиевская

Редактор В. Петраш Техред А, Ач . Корректор М. Коста

Заказ 2811./64 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4