Устройство для определения характеристик магнитного поля
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров магнитного поля. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет определения вектора магнитного поля произвольного направления . Устройство содержит кольцевой лазер, образованный отражателями 1 и активным элементом 2, фотосмеситель 6, фо
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (ss)s G 01 и 33/032
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4722678/21 (22) 29.05.89 (46) 07.11.91. Бюл. М 41 (71) Физический институт им. П.Н.Лебедева (72) Б.А.Бачурин, Э.Г.Пестов и В.И.Тимофеев (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
N. 996942, кл. G 01 R 15/07, 1983.
Авторское свидетельство СССР
М 1121625, кл. G 01 R 15/07, 1985.
„„SU „„1689894 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров магнитного поля.
Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей за счет определения вектора магнитного поля произвольного направления. Устройство содержит кольцевой лазер, образованный отражателями 1 и активным элементом 2, фотосмеситель 6, фо1689894 топриемник 7 и первый регистратор 8. Цель достигается введением блока 11 оперативной памяти, блока 12 постоянной памяти, блока 10 согласования, вычислителя 13, блока 9 управления и синхронизации, управляИзобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения параметров магнитного поля.
Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет определения вектора магнитного поля произвольного направления.
На фиг.1 представлена структурно-функциональная схема устройства; на фиг.2— схема выбора системы, позволяющей определять положение вектора магнитного поля в пространстве относительно активного элемента кольцевого лазера.
Устройство (фиг.1) содержит кольцевой оптический резонатор, образованный отражателями 1, активный элемент 2 с усиливающей активной средой, фазовый невзаимный элемент 3, формирователь 4 векторов поляризации волн, управляемый источник 5 постоянного напряжения, фотосмеситель 6 с фотоприемником 7 разностной частоты, первый регистратор 8, блок 9 управления и синхронизации, блок 10 согласования, блок
11 оперативной памяти, блок 12 постоянной памяти, вычислитель 13 и второй регистратор 14, Выход кольцевого лазера через фотосмеситель 6 оптически связан с входом фотоприемника 7, выход которого соединен с входом первого регистратора 8, выход которого через блок 10 согласования, блок 11 оперативной памяти и вычислитель 13, второй вход которого подключен к выходу блока
12 постоянной памяти, соединен с входом второго регистратора 14, Второй упрарляющий вход блока 11 оперативной памяти и первый управляющий вход управляемого источника 5 постоянного напряжения, выход которого соединен с входом формирователя
4 векторов поляризации волн 4, соединены с первым выходом блока 9 управления и синхронизации, второй выход которого подключен к второму управляющему входу источника 5 напряжения и третьему уп равляющему входу блока 11 оперативной памяти, В газовом кольцевом лазере (КЛ) выбирается базовая декартовая система координат (фиг.2), у которой ось 0Z направлена вдоль волнового вектора%,s, т.е. продольной оси активного элемента (индексы S, S относятся к встречным электроманитным емого источника 5 постоянного напряжения и второго регистратора 14, а также введением в резонатор кольцевого лазера формирователя 4 векторов поляризации волн и фазового невзаимного элемента 3. 2 ил. волнам (ЭМВ), а плоскость X0Z совпадает с плоскостью кольцевого резонатора.
В этой системе координат векторы поляризации волн лежат в плоскости, парал5 лельной плоскости ХОУ, и характеризуются углом ps s между осью 0Х и большой осью эллипса вектора поляризации (азимут) и отношением es,s малой оси эллипса к большой (коэффициент эллиптичности), Внешнее магнитное поле Н произвольного направления ориентирует дипольные моменты микрочастиц газообразного активного вещества и с ним можно связать правую
15 декартовую систему координат, в которой ось OZ направлена вдоль вектора Й. Тогда в базовой системе координат вектор Н однозначно определяется своим модулем I H I u углами Эйлера: углом нутации О между Кэ и
Н, углом процессии р и углом чистого вращения tP, Выражение для частоты биения встречных 3МВ газового КЛ имеет вид
Я =Лго — {os — cps ) +
25 1
{Ф+Р- Р— Р+) (1) где Ьв — частота подставки, исключающей захват встречных волн в КЛ; (7s,s — коэффициенты, характеризующие усилительные и дисперсионные свойства активного вещества на частотах генерации
ЭМВ;
С вЂ” среднее превышение усиления над
35 потеоями;
So, 3+-, Р коэффициенты нелинейного взаимодействия 3МВ, P ь = Ве (ф+.):Р-+ =- im ()3 -)
40 So {Рss Рs s Кьэ Ьs )
Р— {ass — Ps s) Ms s — Ass );
P ss P s з и 6 з э,8 з з — коэффициен-ы авто- и кросснасыщения ЗМВ.
При этом коэффициенты era,s" "зависят от модуля вектора магнитного поля i iX) и угла нутации О
cs,s =us,s (I Ht cos;. (2) а коэффициенты авто- и кросснасыщ ния дополнительно — от поляризационных
50 параметров волн рз,s, еэ,s и углов р йф
1689894
15 Э (!н!>sin я,cos 8, се!, 1 .3) (I
> DliHI 151п 8, соэ 9, " О 3) a ss,s s,ss.э э =P ss,s s,ss,s э (l Н I, cos0, sin 0, эп 2а,соя 2а,ф,ps,jps, Fs, F.s ); 2 (l =- (рэ + (ps — 2 р. (3)
Из (1) с учетом (2) и (3) следует, что, задаваясь и различными значениями поляРизаЦионных паРаметРов волн ass u е э s, можно составить следу.ощую систему уравнений: (11
Я 5 = 643-Ë:>(IHj,cosg (a,$)
s i q 2с{ 1 гo s 2 d. W 9 (n)
-Ь
Я 6(?-66((н1 cos8ya;$
Sln 2d. > coS Zc(>W.У> „;
5 > где а — параллетры КЛ, >=1.„16 (1), Система уравнений (4) может быть решена относительно вектора Н= Й(Ж, 9, Р, ф) только при известных значениях поляриза(1) (1) ционных параметров волн рээ, яээ (n) (и) (1) (n)
Рз э, es э, частотбиенийЯБ ...„Qs и параметров КЛ (aj) .
Сетка из и значений параметров еи
rp может задаваться, а совокупность параметров «а1 уточняться на этапе калибровки КЛ, () при этом значения Q@ соответствующие () определенной комбинации параметрово э э и () уэ э, измеряются уже на этапе определения вектора Н. Значение числа и зависит от количества уравнений, необходимых для определения вектора Н. Например, при известной величине I H l для определения углов О, р и ф число и должно быть не менее шести (из-за наличия компонент в уравнениях (4), пропорциональных cos 40, sin 2 а; cos 2а).
Устройство работает следующим образом.
В кольцевом резонаторе с помощью активного элемента 2 формируется одномодовый режим генерации встречных волн, при этом фазовый невзаимный элемент 3 обеспечивает известную начальную разность частот Лo) встречных волн для исключения их захвата. Управляемый источник 5 постоянного напряжения 5 подает на формирователь 4 первоначальное постоянное напряжение, что обусловливает наличие у волн извест(1) ных поляризационных параметров gpss (1)
ass .Встречные волны смешиваются фотосмесителем 6 и поступают на фотоприемник 7 разностной частоты. Выделенный в g>ohio () приемнике 7 сигнал частогы биг. ий Q F фикси руется первым регистратором 8, преобразуется в блоке 10 согласования для запоминания в блоке 11 оперативной памяти. На первом выходе блока 9 управления и синхронизации через интервал определения частоты биения 1„выдается управляюший сигнал, по которому исто .ник 5 изменяет скачком напряжение на формирователе 4, что приводит к изменению поляризаци>эн ых параметроа волн (они становятся равном:. известным (2) (2) величинам!p э s u F. s s ). I! Ои этом в блоке (? j, 11 запоминается величина Os . Так>лм образом, Осуц>ествив по cl гнал".ì блока 12 и г:еоеключений формирователя 4, Ожно в блоке 11 оперативной памяти ..афиксиро(1) (r-. ) вать значечии частоты 0Б,... Qs
Через период То на втором вь ходе блока
9 по",âëÿåòñÿ управляющий сигнал, по которо() () му измеренные значения (25 ...Ä Qs и
i1) (1) заранее известные величины p s s . е э s (n) (n j ф э Я > >- ч ; $ Bl} пост!1 ns>от - 3 блок, B > > и
35 12 памяти в вычислитель 13, где Осуществляется расчет параметров вектора ма-нитного поля IHI, 8, р и ф путем решения систеь.;ы уравнений (4), Найденные параметры магнитного поля фиксируются во втором реги40 стпаторе 14, Кроме того, сигнал с второго выхода блока 9 переводит источни; 5 напряжения, а следовательно, и фррмирователь 4 в исходНое состояние, после чего цикл измерений может повторяться.
45 с> ормула изобретенио, Устройство для определения характеристик магнитного поля, содержащее кольцевой газовый лазер, образованный отражателями и активным элементом, и ричем выход лазера че50 рез фотосмеситель оптически связан с входом фотоприемника, выход кот;:р го электрически подключен к входу первого О." истратора, о тл и ч a lo щ е е с я тем, что, " ц.лью расширения функциональных возможностей за
55 счет определения вектора магнитного поля произвольного направления, в него введены блок оперативной памяти, блок постоянной памяти, блок согласования, вычислитель, блок управления и синхро-1изации, управля° емый источником постоянного напряжения, . и второй регистратор, а в резонатор лазера введены формирователь векторов поляризации волн и фазовый невзаимный элемент, при этом выход первого регистратора через блок
1689894
Составитель М. Коновалов
Техред М.Моргентал Корректор О.Ципле
Редактор И. Шулла
Заказ 3812 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 согласования, блок оперативной памяти и вычислитель, второй вход которого подключен к выходу блока постоянной памяти, соединен с входом второго регистратора, а второй управляющий вход первого регистратора, второй управляющий вход блока оперативной памяти и первый управляющий вход управляемого источника постоян° ного напряжения, выход которого соединен с входом формирователя векторов поляризации волн, соединены с первым выходом блока управления и синхронизации, второй выход ко5 торого подключен к второму управляющему входу управляемого источника постоянного напряжения и к третьему управляющему входу блока оперативной памяти.
