Способ измерения неоднородности магнитной индукции в экранируемом объеме

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТИ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В ЭКРАНИРУЕМОМ ОБЪЕМЕ, включающий воздействие на ячейку датчика, основан ного на параметрическом резонансе оптически ориентированных атомов магнитным полем и измерение ширины линии оптического резонанса, отличающийся тем, что, с б целью повышения точности измерений, предварительно измеряют ширину линии оптического резонанса в однородном магнитном поле, затем создают линейно изменяющееся магнитное поле, измеряют ширину линии оптического резонанса в линейно изменяющемся поле и определяют значение - неоднородности магнитной индукцииi Д8 %- ЛВр - ширина линии оптического где резонанса в исследуемом (П магнитном поле; Л BO - ширина линии оптического резонанса в однородном магнитном поле; с - диаметр ячейки датчика. сд 4 00 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАДИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(5!) С Ol R 33/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTGPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3597527/24-21 (22) 30.05.83 (46) 23.05.85. Бюл.ю 19 (72) В.M.Ëîïàòèí и В.А.Захаров (53) 621.317.44 (088.8) (56) 1.Померанцев Н.M., Рыжков В.М, Скроцкий 1 .В, Физические основы кван- товой магнитометрии. M., "Наука", 1972, с.157-171.

2.Авторское свидетельство СССР

У 176976, кл.с 01 К 33/02,1965. (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТИ MhFHHTHOA ИНДУКЦИИ В ЭКРАНИРУЕМОМ. ОБЪЕМЕ, включающий воздействие на ячейку датчика, основан .. ного на параметрическом резонансе оптически ориентированных атомов магнитным полем и измерение ширины линии оптического резонанса, о тл и ч а ю шийся тем, что, с

„„Я0„„115?488 А целью повышения точности измерений, предварительно измеряют ширину линии оптического резонанса в одно= родном магнитном поле, затем создают линейно изменяющееся магнитное поле, измеряют ширину линии оптического резонанса в линейно изменяющемся поле и определяют значение неодноАВ г родности магнитной индукции где ЬВр - ширина линии оптического резонанса в исследуемом магнитном поле, аВ - ширина линии оптического резонанса s однородном магнитном поле3

d - диаметр ячейки датчика.

1157

Изобретение относится к области магнитных измерений", в частности для измерения градиента остаточной магнитной индукции в экранируемых объемах. 5

Известен способ измерения неоднородности магнитной индукции

Г основанный на измерении ширины линии магнитного резонанса оптически ориен-.:: тированных атомов в присутствии буферного газа. На атомы рабочего, вещества воздействуют резонансным световым излучением, переменным и постоянным . магнитными полями,направ-: леиными вдоль света.При этом проводят!5 оптические детектирования сигнала оптического резонанса, по ширине линии которого определяют неоднородность магнитной индукции (IJ, Недостатком данного способа являет- 20 ся необходимость использования постоянного магнитного поля, минимальное значение которого 3. Это поле намагничивает материал экрана, что. сужает возможности использования 25 известного способа для измерения неоднородности магнитной индукции в размагничивающих экранирующих системах.

Наиболее близким к изобретению З0 является способ,при котором сравнивают эффективность воздействия измеряемого магнитного поля и света известной интенсивности на парамагнитные атомы, напряженность магнитного поля определяют по интенсивности ориентирующего света.

"При этом вводят вспомогательное магнитное поле, перпендикулярное лучу света и вращающееся вокруг него 40 с частотой ым. В этом случае воздействие внешнего перпендикулярного лучу магнитного поля приводит к появлению модуляции проходящего света с частотой у„. Амплитуда модуляции при этом пропорциональна зна чению индукции измеряемого поля, неоднородность поля рассчитывают по ор фОРмУлŠ†- (11

Недостатком известного способа является обязательная операция по перемещению ячейки датчика внутризкранируемого . объема на расстояние у, которое не может быть менее диаметра ячейки d ..

Перемещение ячейки датчика требует ввода дополнительного механиз-.

488 г ма, который осуществляет перемещение с некоторой погрешностью.

Цель изобретения — повышение точности измерений неоднородности магнитной индукции.

Поставленная цель достигается тем, что при способе, включающем воздействие на ячейку датчика, основанного на параметрическом резонансе оптически ориентированных атомов магнитным полем и измерение ширины линии оптического резонанса, предварительно измеряют ширину линии оптического резонанса в однородном магнитном поле, затем создают линейно изменяющееся магнитное поле, измеряют ширину линии оптического резонанса в линейно изменяющемся поле и определяют значение неоднородности магнитной индукции я 1 бр

I» где дВР— ширина линии оптического резонанса в исследуемом магнитном поле; — ширина линии оптического резонанса в однородном магнитном поле, d — диаметр ячейки датчика.

На фиг.! приведена прецессия векторов намагниченности 1 — М в полях В и В z; на фиг.2 — изменение средней намагниченности атомов по оси Х при воздействии поля В„ разворачиваемого вблизи нуля по оси z, на фиг.З - изменение намагниченности по оси Х при прохождении поля В вблизи нуля.

Сущность способа заключается в следующем.

Помещают стеклянную ячейку с парамагнитными атомами н буферным газом в неоднородное магнитное поле со средним значением магнитной

1е индукции В 0 в измеряемый объем.

При этом совмещают геометрический центр ячейки с центром декартовой системы координат так, что ось ох совпадает с направлением распростра" нения циркулярно-поляризованного излучения 6+, а ось Oz — с направлением вспомогательного переменного магнитного поля 3., (фиг.!).

Рассмотрим процессы, протекающие в ячейке под воздействием циркулярно-поляризованного резонансного излучения и неоднородного магнитного поля. Ячейку условно разбивают на множество элементарнык объемов

30 з 22574 в каждом из которых значение магнитной индукции д"В„ можно считать постоянным.Векторы РК; равномерно распределены в ячейке, причем Х,с";р;—

= О, так как среднее. значение индукции равно нулю. Все векторы КВ,- проектируют на ось и суммируют проекции по числу элементарных объемов. Проекции, направленные по оси Oz, при суммировании 10 дают величину вектора Bz = :Ц;В,.

i а противоположные проекции при суммировании — величину вектора В

Х 2"В; (фиг.1). Среднее значение индукции равно нулю, поэтому f$

)В ) = ) В J . Модули векторов характеризуют величину неоднородности поля. Под воздействием резонанс1 ного циркулярно-поляризованного излучения атомы парамагиитного ве- 20 .щества ориентируются и создают намагниченность (в ) вдоль оси ох. .Сразу после ориентации вектор совершает.прецессню вокруг направления вектора магнитной индукции. 25

Направление прецессии вектора и за висит от направления вектора магнит ной инцукции. Если в -м объеме проекция d3; положительна, то атомы в нем прецессируют по часовой стрелке, если проекция В; направлена против оси Oz, то направление прецессии противоположно.

Условно этот процесс можно изобра -.. зить разбиением вектора намагни5 ченности на две компоненты правовращающуюся гп+ и левовращающуюся rn- . Компонента "- в сумме намагниченность атомов, прецессирующих по часовой стрелке вокруг 40 вектора В., а компонента — прецессирует в обратном направлении вокруг вектора В (на фиг.! траектория движения векторов rn H -иэобpaaråHà пунктирам ).

В случае когда среднее значение магнитной индукции равно нулю и

)В ) )В ), компоненты. намагниченности равны между собой .и пре-, цессируют в противоположной фазе с одинаковой угловой скоростью ш = ЭН- (В рН ). Так как величины В и В малы, то скорости пре,цессйи также йалы, поэтому ориентированные атомы не успевают совершать более одного оборота и,теряют ориентацию вследствие тепловой релаксации.

Суммарное воздействие излучения, магнитного поля и-релаксации создает распределение намагниченности, средняя величина которой отлична.. от нуля. Средняя намагниченность атомов сохраняется неизменной по величине и совпадает по направлению с Осью Ох когда l В z 1 1В ) р т,е. среднее значение магнитной индукции в измеряемом объеме равно нулю.

Если к ячейке вдоль оси z приложить постоянное магнитное поле с индукцией В, которое линейно разворачивается вблизи поля (фиг.3), то оно нарушает равенство компонент

В+ и В . Допустим, что приложенное

z поле в некоторый момент времени направлено вдоль оси z, тогда оно вызы- вает частичную компенсацию компоненты В и увеличивает компоненту В .

Это приводит к изменению,частот пре цессии векторов Й+ и rn, причем . частота прецессии вектора я- уменьшается, а частота,;<прецессий) вектора 9+ увеличивается.

Физически это означает, что в тех элементарных объемах, в которых проекция 8В отрицательна, прекращается прецессия атомов, что приводит к изменению величины и направления средней намагниченности атомов. Суммарный вектор намагниченности %++в- отклоняется от направления оси ок, а его проекция иа эту ось зависит от величины приложен. ного поля В„ (фиг.2б). При выполнении равенства )В„) = )Bz) компонента м- не,прецессирует» . а проекция суммарного вектора намагниченности на ось х максимальна.

Известно, что намагниченность . атомов можно детектировать оптически, так как светопропускание ячейки пропорционально намагниченности.

При соблюдении условия )В = )В 2 светопропускание ячейки максимально, исходя из чего можно определить величину компоненты В

Изменив направление поля В на противоположное, аналогичным образом исключив прецессию компоненты

9+, можно определить величину В

Если приложенное поле В„ изменять вблизи О по линейному закону от . В, до + В, фиг.3a), то при переходе через точки В> и В наблюдается максимальная намагнйчениость атомов.

Оптическое детектирование позволяет

1157488 получить результирующую зависимость намагниченности m + rn от

I величины магнитной индукции (фиг;Зб ); из которой определяется ширина линии дВ = (B+ I+ IB и рассчи- 5 тывается неодйородность поля.

Преобразователь размещают внутри экранирующей системы. В состав преоб» разователя входят чувствительный элемент — ячейка датчика с парами парамагнитного вещества и буферным газом, трехкомпонентная система катушек, устройство ввода и вывода излучения„ На чувствительный элемент воздействуют резонансным све- И том с поляризацией 6+ и переменным магнитным полем с частотой и>„. Избирают направление переменного поля перпендикулярно направлению распространения света и осуществляют по l0 перечную оптическую накачку. Интенсивность проходящего излучения регистрируют фотоприемником, сигнал с которого фильтруется и усиливается на частоте и,, поступает на синхронный М детектор и затем на самописец. Вдоль направления переменного магнитного поля прикладывают магнитное поле, которое плавно по линейному закону изменяют от величины -В до +В о

Величина В, определяется степенью неоднородности поля в экране и не превышает 10 -10 Тл. При прохождении магнитного поля через нуль регистрируют резонанс нулевого порядка и выделяют синхронным детектором дисперсионную составляющую резонансного сигна- ла. Сигнал с синхронного детектора регистрируют самописец по оси ох, по оси о> регистрируют величину изменяемого магнитного поля, записывают контур резонансной линии и измеряют ее ширину.

Таким образом, при данном способе исключается операция смещения ячейки и переориентации, сокращается число операций, уменьшается общее время измерения, что позволяет наблюдать быстропротекающие изменения неоднородности магнитной индукции, связанные, например, с изменением температуры экранирующей системы. Кроме того, измерение проводят через одно отверстие в экранирующей системе, что повышает коэффициент экранирования системы.

1157488

I qq

»с ф

Ъ

«з» ф

Ъ:

1(:(, 1157488

Корректор И.Муска c

Заказ 3364/45 Тираж 748

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент",г.ужгород, ул.Проектная,4

Составитель В.Шульгин

Редактор О.Головач Техред М.Кузьма

1157488

1 с

1 ь

Ъ ф

Ъ ,сь

1

К

Ф

Щ

:3

l м

Щ в

О

Ъ

«Ъ,

%) с

Ъъ

1157488

Корректор И.Муска c

Заказ 3364/45 Тираж 748

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент",г.ужгород, ул.Проектная,4

Составитель В.Шульгин

Редактор О.Головач Техред М.Кузьма