Способ измерения постояннойэкранированной меры магнитнойиндукции

 

Саюз Советских

Социалистических

Реслублин

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

< >847237 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (51)М. Кл.з (22) Заявлено 28. 07. 78 (21) 2651984/18-25 6 01 Я 33/09 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР ио делам изобретеииЯ н открытиЯ

Опубликовано 15.0781. Бюллетень No 26

Дата опубликования описания 150781 (53) УАК 550.838 (088.8) ЖМ9йда

Б .A.Àíäðèàíîâ, П.С.Овчаренко и Н.В.Студенцов

Ч -" ТЕУТНп, (72) Авторы изобретения (7 1 ) 3 а яв итель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННОЙ ЭКРАНИРОВАННОЙ

МЕРЫ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Изобретение относится к метрологии и может быть использовано при калибровке мер магнитной индукции, находящихся внутри магнитных экранов, ферромагнитных или сверхпроводящих, в области сверхслабой магнитной индукции.

Известен способ проверки мер магнитной индукции, использующий для сравнения -с эталоном метод

ЯМР протонов (1 ).

Однако этот способ предназначен для значений магнитной индукции, создаваемой мерами не ниже 5 ° 10 Т и, кроме того, не применим для экранированных мер.

Известен также способ определения постоянной меры магнитной индукции с;помощью измерительного прибора, предварительно отградуированного 20 по образцовой мере, заключающийся в измерении постоянного электрического тока, проходящего через меру, и магнитной индукции, создаваемой этим током внутри меры, причем для измерения магнитной индукции используют магнитные свойства оптически накачиваемых атомов, заключенных в .поглощающую ячейку, помещенную внутри меры Ьl°. РО

При измерении постоянной экранированных мер магнитной индукции, предназначенных для создания магнитных полей, погрешность этого метода измерений возрастает ввиду ограниченной чувствительности магнитометрической аппаратуры, а также из-за влияния остаточных полей экранов,которые становятся сравнимыми с полями, создаваемыми мерой. Экстраполя-. ция значения постоянной, измеренного при больших значениях магнитной индукции, на область сверхслабых магнитных полей приводит к существенной погрешности, так как ввиду нелинейности магнитных свойств материала экрана значение постоянной будет нелинейно зависеть от значения магнитной индукции, создаваемого мерой.

Применить в требуемом диапазоне высокочувствительные квантовые магнитометры с оптической накачкой, осно-. ванные на использовании расщепленной зеемааовской структуры атомов,невозможно, так как рабочий диапазон этих приборов теоретически ограничен снизу значением ширины резонансной линии, составляющей величину порядка

10 8 Т, а практически еще выше изза того, что метрологические характе847237 ристики прибора при малых значениях магнитной индукции существенно ухудшаютсяе

Цель изобретения — повышение точности измерений в диапазоне сверхслабой магнитной индукции. указанная цель достигается тем, что оптическая накачка производится в направлении, перпендикулярном оси меры, вдоль оси меры дополнительно прикладывают переменное магнитное поле модуляции с частотой Ф, на указанной частоте в квадратуре с no" лем модуляции синхронно детектируют составляющую интенсивности прошедшего через ячейку света накачки, регулированием постоянного тока произво- дят поиск двух сигналов параметрического резонанса различных порядков и п, измеряют значения токов. и )2, соответствующие нулевому значению амплитуды каждого из указанных сигналов внутри резонансной области, и искомую постоянную K определяют по формуле

UU (n - na) где )" — гиромагнитное отношение атомов в ячейке.

Кроме того, в качестве указанных резонансов используют резонанс нулевого порядка и резонанс либо первого, либо минус первого порядка, причем в качестве укаэанных резонансов используют резонанс первого порядка и резонанс минус первого порядка.

В способе используется известное явление параметрического резонанса при поперечной оптической накачке атомарного пара или газа, находящегося в переменном модулирующем магнитном поле В capet и параллельном ему постоянно4 магнитном поле с инДукцией Во

Интенсивность света накачки, прошедшего через поглощающую ячейку с рабочим веществом, будет при указанных условиях модулирована на различных ..:армониках частоты (Ю . Составляющая интенсивности 5 на первой гармонике частоты модуляции QO синхронно детектируемая в квадратуре с по.лем модуляции В16оэЦН,, описывается следующим выражением . „())(x„-„()- „„()1(„„)

Г + (-В„+ace) где Р - релаксационная полуширина .резонансной линии, И вЂ .стационарная намагниченность. атомов рабочего вещества, ХQ)%

Д =!" функция Бесселя Х- го рода

) 4ю! порядка и от аргумента

ЦР, / — <@ = В., N ф - гидромагнитное отношение атомов рабочего вещества.

Параметрический резонанс наблюдается при значениях постоянной магнитной индукции Во, удовлетворяющих соотношению (2)

3 Во при n = О, + 1, 2...

Резонанс и-го порядка описывается

n-m-членом суммы (1 ), причем график зависимости амплитуды сигнала резонанса И-го порядка от значения магнитной индукции В, имеет вид лоренцевой кривой дисперсии с шириной ! В©=2Г/ ;, пересекающей ось абсцисс при значениях магнитной индукции, удовлетворяющих условию (2).

Поэтому равенство амплитуды резонансного сигнала нулю является индикатором выполнения условия (2) и позволяет при существенных значениях величин (Ю, п, " определить значение магнитной индукции В . В частности, Щ при n = О наблюдаемйй резонанс является индикатором нулевого значения магнитной индукции Во, а резонансы при n = «+1 (которые являются наиболее интенсивными по сравнению с р резонансами при больших значениях и) могут служить индикаторами значений магнитной индукции В, = + сЮ/g»

Значение магнитной индукции Во является суммой значений магнитной индукции В>, создаваемой мерой, и магнитной индукции В, связанной с остаточным полем экрана В = В„ + В .

Значение В прн изменении тока в мере меняется, а значение В> остается постоянным, так что разность значений магнитной индукции, соответствующих резонансам различных порядков, не зависит от остаточного магнитного поля В .

Следовательно, измерив разность

49 токов, соответствующих нулевым значениям амплитуды сигнала в области резонанса, для двух резонансов различных порядков, умножив частоту модуляции на разность этих порядков

45 и разделив результат на измеренную разность токов и гиромагнитное отношение атомов, получают значение постоянной меры магнитной индукции. В частности можно испольэовать резонанс нулевого порядка и один из резонансов первого или минус первого порядка, или же оба резонанса порядка +1.

Йа чертеже показана зависимость амплитуды резонансных сигналов нулевого, первого и минус первого порядков .от значения постоянной магнитной индукции В Порядок каждого резонанса и.значение магнитной индукции, при котором

Щ его амплитуда равна нулю, указаны возле соответствующей резонансной линии. Поскольку ширина линии пара метрического резонанса АВ о в зависимости от интенсивности. света накачки и времени тепловой релаксации

847237

15 к

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 5481/72 Тираж 732 Подписное

Филиал ППП "Патент", Г. Ужгород, ул. Проектная, 4 птомов, может достигать значений

5 10 Т, разрешение резонансов нуле. вого и первого порядков достигается ври минимальном значении магнитнойиндукции В, соответствующем условию (2), .около 10 8Ò, т.е. значение постоянной меры магнитной индукции может быть измерено при максимальном значении магнитной индукции всего лишь в 5-10,раэ превышающем ширину линии параметрического резонанса, что .существенно.меньше значений, обеспечиваемых известными способами измерений.

Кроме того, точность предлагаемого способа измерений в укаэанном диапазоне выше точности измерений постоянной известными способами, потому что исключается влияние компоненты остаточного поля экрана вдоль оси меры, которая одинаково сдвигает резонансы различных порядков.

1. Способ измерения постоянной экранированной меры магнитной индукции, заключающийся в измерении постоянного электрического тока, про- ходящего через меру, и магнитной индукции, создаваемой этим током внутри меры, включающую в себя поглощающую ячейку с оптически накачиваемыми атомами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений в диапазоне сверхслабой магнитной индукции, оптическую накачку производят в направлении, перпендикулярном оси меры, вдоль оси меры дополнитеЛьно прикладывают перемен-: ное магнитное поле модуляции с частотой (6, на указанной частоте в квадратуре с полем модуляции синхронно детектируют составляющую интенсивнос-, ти прошедшего через ячейку света накачки, регулированием постоянного тока производя поиск двух сигналов. параметрического резонанса различных порядков п. и n, измеряют значения токов i и ie, соответствующие о-нулевому значению амплитуды каждого из указанных сигналов внутри резонан- сной области, и искомую постоянную

К определяют по Формуле 3 где )" — гиромагнитное отношение атомов в ячейке.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю2О шийся тем, что в качестве указанных резонансов используют pesoнанс нулевого порядка и резонанс либо первого, либо минус первого поряд.ка. е

- 3. Способ по п.1, о т л и ч а ю - шийся тем, что в качестве указанных. резонансов используют резонанс первого порядка и резонанс минус первого порядка.

Источники. инФормации, о принятые во внимание при экспертизе.

1. Авторское свидетельство СССР

В 280642, кл. 601 % 33/08, 1968.

2. Чернышев Е.T ° и др. В сб.Маг- нитные измерения, М., Изд-во комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР, 1969, с.84-87 (прототип).