Квантовый магнитометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ к wa ovcxoev csegemaacrav

Союз Советских

Социалистических

Республик

<>705401

1, /

2 Р (61) Дополнительное к авт. свид-ву—

Гоеударетвеииый комитет, СССР ао делам изобретений и открытий (51)М. Кл.2

G 01 V 3/14 (22) Заявлено 180277(21) 2454009/18-25 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовано 25.12.79, Бюллетень М 47 (53) УДК 550.838, 08 (088.8) Дата опубликования описаныя28.12.79 (72) Авторы изобретения В. A. Трещеткин, В . В. Поляков и A. Ф. Фетисов (71) Заявитель

Специальное конструкторское бюро физическогб приборостроенйя АН СССР . (54) КВАНТОВИЙ МАГНИТОМЕТР

Изобретение относится к области геофизики, в частностй, к приборам для измерения магнитного поля, прин- цип действия которых основан на 1т1зе- обраэованин магнитноЕ поле - частота" 5

В известных магнитометрах (1) Измеряется либо непосредственно чаото,та сигнала Еб, либо преобразованная. частота сигнала,. например умножен ная в определенное число раэ. Эталонное время счета выбирается в этом случае таким, чтобы показания выходного счетчика частотомера магнйтомет.ра были .непосредственно в единицах найряженности или индукции магнитвого поля.

Известен также квантовый магнитометр (2), содержащий преобразователь магнитное поле — частота и,последова- 2О тельно соединенные схему совпадения, формирователь эталонного времени и" регистрирующее устройство, причем вы- ход преобразователя соедийен с первыми входами схемы совпадения и ре05 гистрирукщего устройства, второй вход которого соединен с одним из выходов формирователя эталонного времени, . подключенного вторьм выходом к схеме совпадения.

2

Недостатком известных квантовых магнитометров является зависимость результата измерений от воздействия на преобразователь магнитнэе поле— частота низкочастотной электромагнитной (мультипликатив ной) помехи, так как полезный сигнал модулируется,. помехой по частоте. Воздействие мультипликативной помехи, в зависимости от ее направления по отношению к иэмеряембму полю, различно. Если эти направления совпадают, то влияние наибольшее, однако оно может быть скомпенсировано, если интервал эталонного времени счета кратен периоду помехи ° В общем же случае, когда . эти направления оказываются произвольными, мультипликативная помеха приведет к систематической погрешности измерений, даже если интервал измерения окажется,кратным" периоду помехи.

Однако, определив взаимное расположение в пространстве измеряемого вектора магнитного поля и вектора помехи, например, с помощью остронайравленного индуктивного датчика со стержневым ферритом, имеющего игольчатую диаграмму направленности, можно оценить величину систематической

705401

4 погрешности, обусловленной указанной помехой.

Целью настоящего изобретения яв ляется уменьшение погрешности измерений квантовыми магнитометрами в условиях воздействия низкочастотной электромагнитной помехи °

Поставленная цель достигается тем, что в квантовый магнитометр введены последовательно соединенные датчик помехи и регулируемый фазовращатель, подключенный ко входу схемы совпадения.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг..1 представлена функцио--нальная схема квантового магнитометра, на фиг. 2 приведены временные ди- 15 аграммы его работы.

Квантовый магнитометр содержит преобразователь 1 магнитное поле— частбта, датчик 2 псйехи, регулируемый фазовращатель 3> схему 4 совпаде- 2О ния для запуска формирователя эталоннбго времени счета, формирователь 5 эталонного времени счета и выходное устройство 6.

Датчик 2 помехи и регулируемый фа- 25 зовращатель 3 осуществляют дополни: тельную синхронизацию момента запусica формирователя .5 эталоннбго време" ни счета, чтo позволяет уменьшить-, а в отдельных случаях полностью скомпенсировать погрешность от магнитной составляющей электромагнитной помехи промышленной частоты.

Требуемый фазовый сдвиг сигнала, запускающий формирователь эталонного 35 времени счета по отношению к сигналу помехи действукицему на преобразователь 1 магнитное поле-частота задается фазовращателем 3, равным Р(или

, Значения Р и fg ойределяются со- 4р отношениями:

Ч=zt -г ) а " у Д эш 2"1яов 1Ч =Ч +1: пов

" гд4 к - целбе"число периодов помехи, укладывающихся за время э,п/2 45

Вывод -aeaveimA Р и становится ясным из рассмотрения фиг. 2.

Если интервал эталонного времени счета сфазирован относительно переменной магнитной составляющей йомехи та- 5р ким образом, что эта помеха располо" жена сймметричйб "относительно йачала координат построенного в середине эталонного времени счета, то ее результйрующее действие при усреднении измеряемой частоты сигнала, промодулированного помехой, окажется взаимоком= пенсированннм из-за указанной симметрии в случае, если измеряемый век""-тор; и направление магнитной составляющей помехи совпадают. Именно этот случай"для упрощения фазовых соотно шений и представлен на фиг. 2. Во всех прочих случаях взаимного" расположейия"йзйеряемого вектора и мультипликативной помехи полной компенсации ,не происходит, появляется систематическая погрешность измерений, которая может быть учтена. Однако, в любом случае при указанных фазовых соотношениях устраняется дисперсия измерений из-за наличия мультипликативной помехи.

В качестве датчика 2 помехи используется либо специальный индуктивный датчик с высокой чувствительностью, либо сетевой блок питания самого магнитометра, питающийся из той сети, которая порождает помеху„ либо сам преобразователь 1 магнитное полечастота, если он выполнен в виде индуктивного датчика.

Предлагаемый квантовый Магнитометр выгодно отличает простота средств, которыми достигается поставленная цель, по сравнению с известным ранее сйособом, реализация которого на практике не получила широкого распространения ввиду сложности.

Использование помехоэащищенного квантового магнитометра может найти применение в прецезионных преобразователях электрических сигналов и угловых перемещений на принципах квантовой магнитометрии.

" Формула изобретения

Квантовый магнитометр, содержащий преобразователь магнитное поле-, частота и последовательно соединенные схему совпадения, формирователь эталонного времени и регистрирующее устройство, причем выход преобразователя соединен с первыми входами схемы совпадения и регистрирующего устройства, второй вход которого соедйнен с одним из выходов формирования эталонйого1 времени, подключенного вторйа выходом к схеме совпаде- . ния, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения в условиях воздействия низкочастотной электромагнитной помехи в него введены последовательно сое диненные датчик помехи и регулируемый фазовращатель, подключенный Ko входу схемы .совпадения.

Источники информации, принятые во-внимание при экспертизе

1. Померанцев Н. М., Рыжков В. М., Скроцкий Г. В., Физические основы квантовой магнитометрии,: N.q Наука, 1972, с. 376-378, 388-390.

2. Бледнов В. A. Ротштейн А. Я., Ротштейн М. A. О погрешностях квантовых магнитометров при воздействии нйзкочастотной помехи, Л., BHHHM ю4. Д. И. Менделеева и ОКБ НПО Геофизика, 1975, Тезисы докладов I Все-, союзной конференции по методам и средствам измерения параметров магнитного поля, с. 16 (прототип).

705401

fnnll Составитель С. Рыжих

Редактор М. Минаев Техред O.Àíäðåéêa.. КорректорИ. Эадерновская

Подписное

Тираж 688

Заказ 8024/50

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал IIIIII Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4