Устройство для измерения неоднородности магнитной индукции

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (Ill 892377 (6I ) Дополнительное к авт. свнд-ву(22) Заивлено 160480 (2 I ) 29118/)/18-21 с присоединением заявки Ah(23) Приоритет

Опубликовано 73,1 281. Бюллетень № 47

Дата онублккованив описания 23,1 281 (5 l ) M. Кл.

G 01 и 33/02 ф3щ(деРвтввнкын кемнтвт

СССР по делам нзабрвтвннй н отарытнй (оз) ЛК621 ° 317 ° .44(088.8) (72) Авторы изобретении

Б.А.Андрианов, К.K.Áàðàõíèí, П.С.Овчаре; и Н,B.Ñòóäåíöoà (71) Заявитель (4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТИ

МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ то

Изобретение относится к магнитометрии, а именно к приборам для измерения параметров неоднородных статических или медленно меняющихся магнитных полей и может быть использовано в стационарных установках, предназначенных для регистрации появления в контролируемой области намагниченных объектов.

Известен квантовый градиентометр, содержащий два квантовых преобразователя магнитно" индукции самоосциллирующего типа, каждый из которых содержит спектральную лампу, оптическую поглощающую ячейку, фотоприемник, устройство для обработки сигнала фотоприемника, устройство для воздействия на поглощающую ячейку.

Сигналы указанных преобразователей поступают в устройство сравнения (фазовый детектор). 8 указанном градиентометре используется также устройство для автоматической компенсации и измерения неоднородности и магнитной индукции, представляющее собой следящую систему с исполнительным элементом в ьиде меры магнитной индукции, входящей в состав устройства для воздействия на поглощающую ячейку и уравновешивающей значения модулей магнитной индукции в местах расположения преобразователей и, следовательно, компенсирующей измеряемый градиент (lj .

С помощью известных квантовых градиентометров информацию о составляющих тензора неоднородности магнитной индукции получить невозможно.

Цепь изобретения — повышение быстродействия измерения.

Для достижения указанной цели в устройство для измерения неоднородности магнитной индукции, содержащее две идентичные оптические погло" щающие ячейки, располоненные на базовом расстоянии, друг от друга, узел передачи излучения спектральной лампы, образующий две оптические оси, по каждой из которых расположены круговой поляризатор, одна из указанных ячеек и фотоприемник, два блока воздействия на поглощающие ячейки, два блока обработки сигнала, входы которых соединены с соответствующими фотоприемяиками и блок автоматической компенсации I измерения неоднородности магнитной индукции, введены стабилизатор постоянного тока, подключеннь!е к нему через конденсаторы два генератора синусоидального напряжени".„ Олок автоматической компенсации Вариаций магнитной индукции, при зтам со.у<веTствующие опорные входы Х-каналов обоих блоков обработки сигнала соединены с первым и вторым Генераторами сину.соидального напряжения„ опорные Входы

2-каналов указанных блсков соединены с первым генератором, а опор-ые Входы каналОВ указанных блокО(з соединены со вторым генератором; выходы ка.Валов nepEIo!-o блока Обработки сигнала соединены с соответствующими Входами блока автоматической компенсации вариаций, а выходы каналов второго блока обработки сигнала соединены с соответствующими Входами блока автоматической компенсации и измерения 11неоднородности магнитной индукции.

Кроме того, оба блок" Воздействия

Н8 поглощающие ячейки Выпол-;ены В виде двух трехкомпоненткых сист=.м мер магнитнОЙ индукциир псрВая из KGòОрых содержит две группы Х, У, Z-Обм< ток, 1 а вторая — три группы Х, У, Z -оомоток с соответствующими ортогональч ными магнитными осями X,Ó, Z, Z! одноименные оси каждой системы

1 параллельны друг другу, а две из них, расположенные в направлении базы, совпадают между собой обмотки первой и второй группы первой системы мер идентичны соответствую<цим QG " моткам второй системы мер",одноименные обмотки первой группы каждой системы мер соединены последовательно и согласно и подключены к стабилизатору постоянного тока; кроме того, обмотки

Z Z и У, У первой группы обеих систем через конденсаторы подключены каждая соответственно v первому и второму генераторам синусоидальиого напряжения; одноименные обмотки второй группы каждой системь< „=p соединены последовательно и согласно и подключены к вь<ходам Одноименных каналов блока автоматической компенса< < ции вариаций; третья группа < Y 2-обмоток второй системы мер подключена к одноименным Выходам трехканального блока автоматической компенсации и измерения неоднородности магнитной индукции, при этом указанные опти1 ческие оси совпадают с Х и X - осями указанных трехкомпонентных систем мер магнитной индукции.

На чepòeæe изображена функциональная схема устройства (база располон<ена1 по оси Х, Х - оси преобразователей совпадаэт).

Устройство содержит спектральную лампу 1, круговые поляризаторы 2 и

3, Оптические поглощающие ячейки 4

f и >; фотоприемчики б и 7, У,,Х -обмотки 8 и 9 первой группы для компен:ации. Х кОм!:Оненты пОстОяннОЙ >в маг;- итной индукции, У1У -Обмотки 10 и 11 f1 .рВОЙ группы для компенсации .У-компоненты постоянной магнитной индукциl, Z,Z -Обмотки )2 и 13 перВой гругпы для компенсации 2-компоненты ,1 постоянной магнитной индукции, Х,X Обмотки 14 и 1 второй группы для компенсации Х-компоненты вариаций, УУ -обмотки 1б и 17, второй группы для компенсации У-компоненты вариа3» ( ций, 7,Z -обмотки d и Г9 второй груг<пы для компенсации Z êîìïîíåíòû

:= ;à. .pèàöHé, Х -обмотки 20 третьей rpyn пы для компенсации ра-ности Х-компо1 ментов магнитнОЙ индукЦии1 У ОбмОт ки 21 третьей группы для компенсации разности У-компоне ITGB магнитной индукции, Z -обмотки 22 третьей группы для компенсации разности 2-компонентов магнитной индукции, стабилизатор 23 постоянного така, первый генератор 24 синусоидального напряжения, второй генератор 25 синусоидального напрян<ения,, блоки 26 и 27

Обработки сигнала фотоприемника„ блок 28 автоматической компенсации вариаций магнитной индукции, блок 29 автоматической компенсации и измерения неоднородности магнитной индукЦi4lI

-@ устро,=;OTào дг. ; измерения неоднородHooTè статической магнитнОЙ индукции в-<3oTäoT следующим образом, Сает от спектральной лампы про. ходят через круговые поляризаторы . .5 2 и 3 и далее через оптические поглощающие ячейки 4 и 5 где производи

Оптическую накачку атомов рабочего вещества, находящихся под Воздейст5 882 вием сверхслабого постоянного магнитного поля Во и двух переменных магнитных полей „о05 и1 и S cos Qt, приложенных перйендикулярно лучу света с помощью обмоток 10 - 13, подключенных через конденсаторы к генераторам

24 и 25 синусоидального напряжения.

Сверхслабое магнитное поле В пред-. ставляет собой остаточное поле, получающееся путем компенсации .окружающего магнитного поля с помощью об" моток 8 - 13, питающихся от стабилизатора 23 тока.

В этих условиях атомы рабочего вещества испытывают параметрический . резонанс в окрестности нулевого магнитного поля и электрические сигналы, регистрируемые фотоприемниками

6 и 7, содержат три переменные составляющие„ амплитуды которых пропорциональны в первом приближении соответствующим компонентам магнитной индукции ВО, Вох, Вом, ВО . Каждая из этих амплитуд выделяется в соответствующем канале блоков 26 и 27 обработки сигнала фотоприемника. Сигналы с выходов соответствующих каналов блока 26 поступают далее в блок 28 автоматической компенсации вариаций, исполнительными элементами которого являются обмотки 14-1С .

Блок 28 автоматически поддерживает значение тока компенсации, соответствующее нулевому значению магнитной индукции в объеме каждо" оптической поглощающей ячейки 4 и при однородных ,вариациях окружающего магнитного поля.

Таким образом, если окружающее магнит ное поле и его вариации однородны,то в объеме каждой ячейки поддерживается нулевое значение постоянной магнитной индукции. Если окружающее магнитное поле неоднородно, то в объеме ячейки 5 будет действовать нескомпенсированное магнитное поле р Bo„ информация о котором регистрируется фотоприемником 7, как описано выше.

Сигнал с фотоприемника 7 поступает в блок 27 обработки сигнала и далее в блок 2g автоматической компенсации и измерения неоднородности, исполнительными элементами которого являются соответствуюшие обмотки 20-22 трехкомпонентной системы мер магнитной индукции, Данное устройство автоматически поддерживает нуль сигнала по каждой компоненте„ так как магнитная индукция в объеме ячейки 5 компенсируется к нулевому значению.

Информация о разности компонент магнитной индукции в объемах ячеек 4 и

5 получается путем измерения токов компенсацйи, создаваемых блоком 29 в обмотках 20-22. B отсутствии неоднородности окружающего магнитного поля эти токи равны нулю, Предлагаемое устройство позволяет одновременно измерять три составляющие тензора неоднородности магнитной индукции с помощью двух квантовых преобразователей, основанных на принципе. параметрического резонанса. Как известно предельная чувствительность этих преобразователей сосу порядка что на один два порядка выше чувствительности обычных резонансных преобразователей с оптической накачкой.

Кроме того, уменьшается порог чувствительности по сравнению с известным.

Формула изобретения

Устройство для измерения неоднородности магнитной индукции, содержащее две идентичные оптические поглощаю в щие ячейки, расположенные на базовом расстоянии друг от друга, узел передачи излучения спектральной лампы, образующий две оптические оси, по каждой из которых расположены круговой поляризатор, одна из указанных ячеек и фотоприемник, два блока воздействия на поглощающие ячейки, два олока обработки сигнала, входы которых соединены с соответствующими фотоприемниками и блок автоматической компенсации и измерения неоднородности магнитной индукции, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыше-. ния,быстродействия измерения, в не45 го введены стабилизатор постоянного тока, подключенные к нему через конденсаторы два генератора синусоидального напряжения, блок автомати" ческой компенсации вариаций магнитной индукции, при этом соответствующие

59 опорные входы Х-каналов обоих блоков обработки сигнала соединены с первым и вторым генераторами синусоидального напряжения, опорные входы

Z""êàHàëoà указанных блоков соединены

55 с первым генератором, а опорные вхо; ды У-каналов указанных блоков соеди- нены со вторым генератором; выходы каналов первого блока обработки сиг

ВНИИПИ Заказ 11250/69 Тираж 735 Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, ч нала соединены с соответствующими входами блока автоматической компенсации вариаций, а выходы каналов второго блока обработки сигнала соединены с соответствующими входами блока автоматической компенсации и измерения неоднородности магнитной индукции.

2. Устройство по п,1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оба блока воздействия на поглощающие ячейки выполнены в виде двух трехкомпонентных систем мер магнитной индукции, первая из которых содержит две группы Х,У, Z-обмоток, а вторая — три группы Х,У, Z -обмоток с соответствующими ортогональными магнитными осями Х, У, Е Х, У, Л, одноименные оси каждой системы параллельны друг другу а две из них расположенные я направлении базы, совпадают между собой; обмотки первой и второй группы первой системы мер идентичнь, соответствующим обмоткам второй системы мер, одноименные сбмотки первой груп.-. пы каждой системы мер соединены последовательно и согласно и подключены к стабилизатору постоянного тока,,кроме того, обмотки У, Z и У, У первой группы обеих систем, через конденсаторы подключены каждая соответственно к первому и второму генераторам синусоидального напряжения; одноименные обмотки второй группы каждой системы мер соединены последовало тельно и согласно и подключены к выходам одноименных каналов блока автоматической компенсации вариаций; третья группа Х,У, 7 -обмоток второй сис1 темы мер подключена к одноименным выходам трехканального блока автомати- . ческой компенсации и измерения неоднородности магнитной индукции при этом указанные оптические оси совпадают с Х и Х - осями указанных трехI

:в компонентных систем мер магнитной ин" дукции, Источники информации„ принятые во внимание при экспертизе

1, Патент США Р 3252081, кл. G 01 R 33/02, 1. 160.