Квантовый вариометр

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИВЛЬСТЭУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву(2?) Заявлено 061175 (23) 2187410/18-25 с присоединением заявки Hо (23) Приоритет

Опубликовано 23р2>1. Бюллетень Их 7 (53)М. Кл.З

G 01 V 3/14

Государственвыя комитет

СССР яо делам мзобретеняя и открытий (Щ УДК 550.380. .8(088.8) Дата опубликования описаиия 03. 03. 81 (72) Автор изобретения

A.Н.Козлов

1 !

Институт земного магнетизма, ионосферы и..распространения радиоволн АН СССР (71) Заявитель (54) КВАНТОВЫЙ BAPHONETP

Изобретение относится к геофизи- ческому приборостроению, а именно к измерению вариаций магнитного поля естественного происхождения при магниторазведочных работах в широкой полосе частот, В основе известных квантовых вариометров лежит применение датчиков с оптической накачкой самогенерирующего типа, вариации частоты которых в цифровой или аналоговой форме представляют значение вариаций магнитного поля f1).

Известен квантовый вариометр с оптической накачкой, содержащий спек- 15 тральную лампу, генератор возбуждения спектральной лампы, линзы, круговой поляризатор, ячейку поглсхдения фотонриемиик усилитель, радиочастотную катушку и частотноиэме- 20 рительное устройство.

В частотноизмерительном устройстве вариометра используется схема выделения раэностной частоты с последующим использованием конденсаторного частотомера. Цля выделейия разностной частоты применяется смеситель, на который подводятся напряжение с частотой сигнала и напряжение от кварцевого генератора с частотой, 30 отличной от частоты сигнала. Для перекрытия диапазона магнитных полей применяется набор кварцевых резонаторов (2j.

Существенным недостатком известного вариометра является зависимость чувствительности от динамического (частотного) диапазона вариаций. С повышением чувствительности сокращается динамический диапазон и полоса пропускания вариометра. Чувствительность такого вариометра составляет

0,01 нтл в полосе частот до 10 Гц.

Цель изобретения — повышение чувствительности, расширение полосы пропускания квантового вариометра и подавление помех с частотой сети.

Укаэанная цель достигается тем, что выход усилитея соединен со входами синхронного детектора и узкополосного следящего фильтра, выход узкополосного следяюего фильтра соединен со вторым входом синхронного детектора, выход синхронного детектора соединен со входом уэкополосного фильтра, настроенного на частоту помехи,. и выходом спектроанализатора, выход узкополосного фильтра подключен к радиочастотной катушке.

807191

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 — спектрограмма магнитных вариаций в полосе частот но 20 Гц.

Ячейка 1 поглощения облучается от спектральной лампы 2, возбуждаемой генератором 3, через линзу 4 и круговой поляризатор 5. Свет, прошедший через ячейку и линзу 4 регистрируется фотоприемником б, выход которого подключен к усилителю 7. Выход ® усилителя 7 соединен со входом узкополосного следящего фильтра 9, входом синхронного детектора 10 и радиочастотной катушкой. Выход узкополосного следящего фильтра 9 .соединен со вторым входом синхронного детектора 10. Выход синхронного детектора 10 соединен со входом спектроанализатора 11. Частотоиэмерительное устройство 13 подключено к выходу усилителя 7. Выход синхрон- 20 ного детектора 10 через узкополосный фильтр 12 подключен к радиочастотной катушке 8.

При выполнении баланса фаэ и амплитуд в кольце обратной свяэи,цатчика возникает генерация на частоте магнитного резонанса. Выходиой сигнал датчика в пределах его полосы пропускания поступает на один из входов синхронного детектора и на вход следящего фильтра 9. С помощью следящего фильтра из спектра сигнала выделяется несущая частота, подаваемая на другой выход синхронного детектора. Синхронный детектор в данном случае служит демодулятором высокочастотной части спектра. Последующий анализ этой части,спектра производится с помощью анализатора 11, частотноизмерительное устройство 13 обычно применяемого 40 типа служит для измерения вариаций магнитного поля в низкочастотной области спектра. Иагниточувствительный датчик с оптической накачкой обладает широкой полосой пропускания порядка 50 кГц в земном магнитном поле. Информация о изменении и величине магнитного поля этого датчика заложена в изменении и значении частоты сигнала.

Для высокочастотной части сигнала .(f)1 Гц) индекс частотной модуляции (Ь мал. Так на частотеЯ/2У=

1Р Гц р 3 ° 10 . В этом случае аналитическая форма сигнала имеет вид

09 п 0 +>s>n(+0+© 1 п(0 US . ЬУ.

) °

Узкополосный следящий фильтр, роль которого может выполнить систе- 40 ма фазовой .автоподстройки частоты, выделяет из спектра сигнала, состоящего из несущей частоты Ио и двух боковых частот (Qб+Я) и (ИО-Я), только несущую. 65

Тогда на выходе синхронного детектора, прои з водящего перемножение и сходного сигнала 0„и сигнала несущей U =U О

Л. со- Qt èìååì следующуюпеременную часть сигнала на частоте и

U fbsinAt= PisinQt

Вых 2 . 2

Величина сигнала, соответствующая

9=3 10 на частоте . .=10 Гц или ве2 Я личине вариации магнитного поля

10 Ътл, составляет при 0,=10 В порядка 3 мВ.

При наличии детерминированной помехи, например, от электросетей, индекс частотной модуляции Я велик (@1-2) . При g) 1 суммарный спектр усложняется. Под действием помехи амплитуда несущей частоты уменьшается. Так при Я =2 это ведет к снижениЮ чувствительности примерно в

5 раз. Для уменьшения влияния помехи до уровня, когда )3 с 0,2 (а в этом случае изменение чувствительности менее 14) к выходу синхронного детектора подключен к узкополосный фильтр, выделяющий помеху. Сигнал помехи с выхода фильтра воздействует в противофазе через магнитное поле, создаваемое радиочастотной катушкой, и компенсирует поле помехи в объеме ячейки поглощения.

Изготовленный макет квантового вариометра в сочетании со спектроанализатором типа С1-54 имеет параметры: полоса пропускания от 1 Гц до 42 Гц, шумовой уровень при времени интегрирования 40 с 0,0010,002 нтл, реальное соотношение сигнала "помеха" 1:2000. Отслеживание узкополосного фильтра может производиться при изменении магнитного поля +3000 нтл.

Формула изобретения

Квантовый вариометр, содержащий спектральную лампу, генератор возбуждения спектральной лампы, линзы, круговой поляризатор, ячейку поглощения, фотоприемник, усилитель, радиочастотную катушку, частотноизмерительное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, помехозащищенности и расширения полосы пропускания, выход усилителя соединен со входами синхронного детектора и узкополосного следящего фильтра, выход узкополосного следящего фильтра соединен со вторым входом синхронного детектора, выход синхронного детектора соединен со входом узкополосного фильтра, настроенного на частоту помехи, и входом спектроанализатора выход узко807191

hH, 10 нтл

F,гц

Составитель С.Рыжих

Редактор Н.Лазаренко Техред М.рейвес Корректор Г.Решетник

Заказ 276/68 Тираж 743 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.. ужгород, ул. Проектная, 4 полосного фильтра подключен к радио частотной катушке.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Патент CIIIA 9 3257608, кл. 324-5, опублик. 1966.

2. Патент США Р 3252081,,кл. 324-5, опублик. 1966 (прототип).