Магнитометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Социалкстинесккк ,Республик

ni>947795 (61) Дополнительное к авт. свид-вуf51) М. Кп.з (22) Заявлено 19.05.80 (21)2926499/18-21 с присоединением заявки ¹G 01 R ЗЗУ08

Государственный комитет ссср ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (Щ УДК 621 ° 317.. 44 (088.8) Опубликовано 300782 Бюллетень ¹ 28

Дата опубликования описания 30.07.82

"I (72) Авторы изобретения

Е.Н.Пестов и С.A Èâàíîâ (71) Заявитель (54) МАГНИТОМЕТР

20

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для построения магнитометров, термостатированные датчики которых (квантовые, феррозондрвые, кварцевые и другие) характеризуются малым вреМенем выхода на рабочий режим и измеряют магнитные поля на Земле и в космическом пространстве.

Известны магнитометры, в которых чувствительный элемент датчика магнитного поля термостабилизируется путем обогрева его тепловой энергией от протекания тока по бифилярной обмотке, намотанной на чувствительный элемент, например ячейку поглощения квантованного датчика с оптической накачкой(11.

Однако указанные магнитометры, термостатированные датчики которых не герметичны, имеют различное время выхода на рабочий режим в зависимости от внешних условий — влажности, окружающей температуры в других.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является магнитометр содержащий квантовый датчик с оптической накачкой.

Он содержит вакуумированный квантовый датчик, заполненный инертным газом, термоэлемент, радиочастотную катушку и фотоприемник, размещенные в квантовом датчике, последовательно подключенные к кватовому датчику источник высокочастотной мощности и блок регулирования, усилитель сигнала прецессии, вход которого соединен с фотоприемником, а выход усилителя с радиочастотной катушкой этого датчика и с блоком регистрации 1И

Недостатками этого магнитометра являются медленный нагрев датчика магнитометра от тепла спектральной лампы »,эа счет конвекции ) и, особейно, в области низкой окружающей температуры, снижение срока службы спектральной лампы, и особенно, при работе датчика магнитометра в области низкой окружающей температуры. Данный недостаток вызван тем, что спектральная лампа выступает не только как источник света оптической накачки, но и как источник тепла. Поэтому в области низкой окружающей температуры требуется большая отдача тепла с поверхности баллона спектральной лампи. Это приводит

947795 тате магнитного резонанса fz =А Н (где Но — напряженность измеряемого магнитйого поля, Л =уЪ — гиромагнитное отношение атомов в ячейке 9 поглощения) поступает в блок 17 регистрации и на радиочастотную ка-. тушку 8 датчика 1. Таким образом цепь обратной связи лагнитометра замыкается.

Сигнал магнитного резонанса в вакууМированном квантовом датчике формируется традиционным образом. Свечение спектральной лампы 5 возбуждается благодаря действию в ней безэлектродного высокочастотного разряда, который осуществляется путем подведения напряжения высокой частоты к обкладкам конденсатора 4 от источника 15 высокочастотной мощности.

Пройдя фокусирующую линзу б, цирку30 лярный поляризатор 7 свет спектральной лампы 5 приобретает параллельность G+ (или поляризацию и падает на ячейку 9 поглощения, содержащую рабочий атомный газ щелочного металла, например изотопы калия (К4").После прохождения ячейки 9 свет фокусируется на фотоприемник 11, с которого снимается напряжение сигнала процессии. Фазовая когерент4О ность в коллективе атомов в ячейке 9 осуществляется радиочастотным полем, созданным радиочастотной катушкой 8..

Тепловой режим датчика магнитометра обеспечивается двумя независимы45 ми каналами.

Первый канал термостатирования квантового датчика состоит в отборе тепла от его спектральной лампы 5, которая при свечении имеет температу, ру -110 С и нагревает, таким образом, 50.инертный газ, например, канон (-xe), закачанный во внутренний объем датчика 1. Поскольку элементы датчика

1 (фокусирукщие линзы б, циркулярный поляризатор 7, ячейка 9 поглощения, фотоприемник 11) закреплены на стержневых растяжках 3, то тепловая конвекция является эффективной и в объеме датчика 1 создается однородная температура. Температура бал60 лона 100Ñ спектральной лампы 5 поддерживается постоянной путем съема сигнала с контрольного фотодиода 13, который через блок 14 регулирования .включен в цепь управления источника 15 высокочастотной мощк изменению структуры стекла лампы,. стекло темнеет и оптические парамет- . ры лампы изменяются.

Эти недостатки приводят к большому времени выхода датчика, а следо; вательно и всего магнитометра на ра- 5 бочий режим в области низкой окружающей температуры.

Цель изобретения — сокращение времени готовности датчика магнитометра к работе в широком диапазоне внеш" 0 ей температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитометр, содержащий вакууми рованный квантовый датчик, заполненный инертным газом, внутри которого размещены термоэлемент, радиочастотная катушка и фотоприемник, последова тельно подключенные к входу вакуумированного квантового датчика, источник высокочастотной мощности и блок регулирования, усилитель сигнала процессии, вход которого соединен с фотоприемником вакуумированного квантового датчика, а выход -. с радиочастотной катушкой этого датчика и с блоком регистрации, введены последовательно соединенные, между собой блок управления и дополнительный источник высокочастотной мощности, а также, установленныЕ в вакуумированном квантовом датчике, кольцевые разрядные электроды, которые подсоединены к выходу дополнительного источника высокочастотной мощности, а вход блока управления подсоединен к термо1элементу вакуумированного квантового датчика.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого магнитометра. .магнитометр содержит заполненный инертным газом, вакуумированный кван. товый датчик 1, с двойными стенками, вакуумный промежуток 2 между ни ми, стержневые крепежные растяжки

3, на которых в квантовом датчике 1 размещены обкладки конденсатора 4 со спектральной лампой 5 в них, фокусирующие линзы 6, циркулярный поляризатор 7, радиочастотную катуш-. ку 8, ячейку 9 поглощения, термоэлемент 10, фотоприемник 11, разрядные кольцевые электроды 12 и контрольный фотодиод 13. К входу квантового датчика 1 подсоединены последовательно соединенные между собой блок

14 регулирования и источник 15 высокочастотной мощности. К фотоприемнику 11 вакуумированного квантового датчика 1 своим входом подключен усилитель 16 сигнала прецессии, выход которого подключен к блоку 17 регистрации и к радиочастотной катушке 8. Кольцевые разрядные электроды 12 подсоединены к выходу дополнительного источника 18 высокочастотной мощности, к входу которого подключен выход блока 19 управления, а вход блока 19 управления подсоединен к термоэлементу 10 вакуумированного квантового датчика 1.

Магнитометр работает следующим образом.

Сигнал процессии атомов (или ядер) с датчика 1 магнитометра снимается с фотоприемника 11 и поступает на вход усилителя 16 сигнала прецессии.

С выхода усилителя 16 сигнал на .час947795 ности. Давление инертного газа подбирается такой величины, чтобы ячейка 9 поглощения не перегревалась (от тепла спектральной лампы) при работе датчика 1 в условиях положительной окружающей температуры +40 5

60 С. Для уменьшения рассеяния тепо ла от датчика 1 в окружающее пространство корпус его выполнен с двойными стенками, разделенными вакуумным промежутком 2. 10

Новым в магнитометре является введение второго канала термостатирования, который обеспечивает .как форсированный разогрев датчика, так и . выполняет роль резервированного ка- 15 нала тепло во1 о режима датчик а 1 . Дело в том, что в области низкой окружающей температуры — ЗОО- 60 С установление рабочей температуры е +62 C (для ячейки с изотопом К4")во внутреннем объеме датчика 1 за счет отдачи тепла от баллбна спектральной лампы 5 будет происходить достаточно длительное время(=30 мин и более).

Не исключено, что тепла от .спектраль- 25 .ной лампы 5 будет недостаточно для обогрева ячейки 9 поглощения. Поэтому для сокращения времени готовности дат.чика 1 магнитометра к работе в датчик

1 введены разрядные кольцевые электроды 12, к которым подводится высоко- частотное напряжение от дополнительного источника 18, связанного последовательно через блок управления

19 с термоэлементом 10, осуществляющем контроль рабочей температуры во внутреннем объеме датчика 1. При отсутствии заданной температуры инертного газа происходит возбуждение высокочастотного разряда между каждой парой кольцевых электродов 12, инерт- 40 ный газ переходит в (частично)плазменное состояние и температура его быстро повышается. При этом время разогрева датчика 1 может составлять единицы минут. 45

Такой канал форсированного разогрева и стабилизации температуры датчика

1 магнитометра в равной мере годится для различных типов датчиков магнитометров — квантовых, феррозондовых, 0 кварцевых и других.

Использование предлагаемого магнитометра .позволяет сократить время готовности его датчика и работы в широком диапазоне внешней температуры, и к тому же, сохранить во времени точностные характеристики за счет быстрого нагрева датчика 1 магнитометра вследствие возбуждения во внутреннем объеме высокочастотного разряда в инертном газе, а также увеличение срока службы спектральной лампы 5 датчика 1 в области низкой окружающей температуры вследствие подведения дополнительной тейловой энергии в датчик 1 от инертного газа, в котором зажигается высокочастотный разряд, и .находящегося в плазменном состоянии.

Таким образом, предлагаемый магнитометр, позволяет сократить время готовности датчика магнитометра к работе в широком диапазоне внешней температуры.

Формула изобретения

Магнитометр, содержащий вакуумированный квантовый датчик, заполненный инертным газом, внутри которого размещены термоэлемент, радиочастотная катушка и фотоприемник, последовательно подключенные к входу вакуумированного квантового датчика, источник высокочастотной мощности и блок регулирования, усилитель сиг-нала прецессии, вход которого соединен с фотоприемником вакуумированного квантового датчика, а выход — с радиочастотной катушкой этого датчика и с блоком регистрации, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью сокращения времени готовности датчика магнитометра к работе в широком диапазоне внешней температуры, в него введены последовательно соединенные между собой блок управления и дополнительный источник высокочастотной мощности, а также установленные в вакуумированном квантовом датчике кольцевые разрядные электроды, которые подсоединены к выходу дополнительного источника высокочастотной мощности, а вход блока управления подсоединен к термоэлементу вакуумированного квантового датчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Геофизическая аппаратура, Сборник статей, вып. 53, "Недра", 1975, стр. 37.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2764525/18-21,1979.

947795

Составитель Г.Семенова

Техред С. Мигунова корректор Ю.Макаренко

Редактор Н.Гришанова

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

Заказ 5645/69 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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