RU198180U1 - NON-ORIENTABLE QUANTUM RADIO OPTICAL MAGNETOMETER - Google Patents
NON-ORIENTABLE QUANTUM RADIO OPTICAL MAGNETOMETER Download PDFInfo
- Publication number
- RU198180U1 RU198180U1 RU2019137909U RU2019137909U RU198180U1 RU 198180 U1 RU198180 U1 RU 198180U1 RU 2019137909 U RU2019137909 U RU 2019137909U RU 2019137909 U RU2019137909 U RU 2019137909U RU 198180 U1 RU198180 U1 RU 198180U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- optical
- generator
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/62—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using double resonance
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к геофизическому приборостроению, в частности к квантовым радиооптическим магнитометрам - приборам для обнаружения сверхслабых локальных магнитных аномалий (ЛМА), основанным на принципе двойного радиооптического резонанса (ДРР). Полезная модель является всеширотным, автоматическим, неориентируемым, высокочувствительным, высокостабильным, помехоустойчивым и не создающим электромагнитных помех другому оборудованию квантовым радиооптическим магнитометром с дистанционным управлением, который может размещаться на борту воздушного или морского судна. Техническим результатом полезной модели является создание неориентируемого магнитометра, у которого отсутствуют мертвые зоны ориентации, при этом не требуется специальная система ориентации оптической оси датчика предложенного магнитометра по отношению к направлению силовой линии измеряемого поля. 1 ил.The utility model relates to geophysical instrumentation, in particular to quantum radio-optical magnetometers - devices for detecting superweak local magnetic anomalies (LMA), based on the principle of double radio-optical resonance (DDR). The utility model is a wide-range, automatic, non-orientable, highly sensitive, highly stable, noise-resistant and non-electromagnetic interference to other equipment remote-controlled quantum radio-optical magnetometer, which can be placed on board an aircraft or sea vessel. The technical result of the utility model is the creation of a non-orientable magnetometer, in which there are no dead zones of orientation, and a special orientation system of the optical axis of the sensor of the proposed magnetometer with respect to the direction of the field line of the measured field is not required. 1 ill.
Description
Предлагаемая полезная модель относится к геофизическому приборостроению, и в частности, к квантовым радиооптическим магнитометрам - приборам для обнаружения сверхслабых локальных магнитных аномалий (ЛМА), основанным на принципе двойного радиооптического резонанса (ДРР).The proposed utility model relates to geophysical instrumentation, and in particular to quantum radio-optical magnetometers - devices for detecting superweak local magnetic anomalies (LMA), based on the principle of double radio-optical resonance (DDR).
Применение предлагаемой полезной модели позволит построить всеширотный, автоматический, неориентируемый, высокочувствительный, высокостабильный, помехоустойчивый и не создающий электромагнитных помех другому оборудованию квантовый радиооптический магнитометр.The application of the proposed utility model will make it possible to construct a quantum radio-optical magnetometer with a wide-breadth, automatic, non-orientable, highly sensitive, highly stable, noise-resistant, and non-electromagnetic interference to other equipment.
Предлагаемая полезная модель является необслуживаемым прибором с дистанционным управлением, который может размещаться на борту воздушного или морского судна и может управляться дистанционно с использованием унифицированных автоматизированных рабочих мест и бортовой информационно-телекоммуникационной сети объекта, в составе которого он используется. Такой прибор может обеспечивать электромагнитную совместимость с другим бортовым радиоэлектронным оборудованием восприимчивым к высокочастотным электромагнитным помехам, и в то же время создающим такие помехи.The proposed utility model is a maintenance-free device with remote control, which can be placed on board an aircraft or sea vessel and can be controlled remotely using standardized workstations and an on-board information and telecommunication network of the facility in which it is used. Such a device can provide electromagnetic compatibility with other avionics that are susceptible to high frequency electromagnetic interference, and at the same time create such interference.
С помощью предлагаемой полезной модели неориентируемого квантового радиооптического магнитометра можно осуществлять измерение слабых магнитных полей с напряженностью значительно меньшей напряженности магнитного поля Земли (МПЗ) с борта морского или воздушного судна, в автоматическом режиме, на любой широте (при любой напряженности МПЗ) и осуществлять поиск сверхслабых ЛМА, что очень важно при поиске месторождений полезных ископаемых, подземных и подводных объектов, имеющих слабый магнитный момент.Using the proposed utility model of a non-orientable quantum radio-optical magnetometer, it is possible to measure weak magnetic fields with a strength significantly lower than the Earth’s magnetic field strength (MPS) from a ship or aircraft, in automatic mode, at any latitude (at any MPS intensity) and search for superweak LMA, which is very important when searching for mineral deposits, underground and underwater objects that have a weak magnetic moment.
В качестве прототипа выбран магнитометр с оптическим управлением, описанный в книге: Н.М. Померанцев, В.М. Рыжков, Г.В. Скроцкий. Физические основы квантовой магнитометрии / Наука, Главная редакция физико-математической литературы - М. 1972, 448 с., Ил., на стр. 385-386, (см. рис. 80 в указанной книге). Данное устройство представляет собой квантовый радиооптический магнитометр с оптическим управлением и предназначено для регистрации слабых магнитных полей. Оно использует модуляцию интенсивности света. Величина сигнала для магнитометра этого типа изменяется в зависимости от ориентации по законуAs a prototype, a magnetometer with optical control, described in the book: N.M. Pomerantsev, V.M. Ryzhkov, G.V. Skrotsky. Physical Foundations of Quantum Magnetometry / Science, Main Edition of Physics and Mathematics Literature - M. 1972, 448 pp., Ill., Pp. 385-386, (see Fig. 80 in this book). This device is a quantum radio optical magnetometer with optical control and is designed to detect weak magnetic fields. It uses light intensity modulation. The magnitude of the signal for a magnetometer of this type varies depending on the orientation according to the law
S(ϑ)/Smax = sin4ϑ,S (ϑ) / S max = sin 4 ϑ,
где: S(ϑ) - уровень сигнала на выходе фотодетектора;where: S (ϑ) is the signal level at the output of the photodetector;
Smax - максимальный уровень сигнала на выходе фотодетектора;S max - the maximum signal level at the output of the photodetector;
ϑ - угол ориентации датчика.ϑ is the orientation angle of the sensor.
К недостаткам устройства - прототипа относится следующее:The disadvantages of the device prototype include the following:
- наличие мертвых зон ориентации, т.е. наличие диапазона углов ориентации - углов между направлением оптической оси датчика прибора и направлением силовой линии исследуемого магнитного поля ϑ, при которых сигнал на выходе усилителя 9 (см. рис. 80 указанной выше книги) становится слабее уровня шумов;- the presence of dead zones of orientation, i.e. the presence of a range of orientation angles — angles between the direction of the optical axis of the sensor of the device and the direction of the line of force of the investigated magnetic field при, at which the signal at the output of amplifier 9 (see Fig. 80 of the above book) becomes weaker than the noise level;
- размещение спектральной лампы, а значит и последовательного высокочастотного и высоковольтного резонансного контура ее накачки, в непосредственной близости от поглощающей ячейки и фотодетектора, что создает мощные, высокочастотные электромагнитные помехи, наводимые на чувствительные цепи фотодетектора и на другое чувствительное оборудование, восприимчивое к помехам, размещенное близко к датчику магнитометра и ограничивает условия экранирования и электромагнитной совместимости комплекса оборудования;- placement of a spectral lamp, and hence a sequential high-frequency and high-voltage resonant circuit of its pumping, in the immediate vicinity of the absorbing cell and photodetector, which creates powerful, high-frequency electromagnetic interference induced on the sensitive circuit of the photodetector and on other sensitive equipment susceptible to interference, placed close to the magnetometer sensor and limits the conditions of shielding and electromagnetic compatibility of the equipment complex;
- отсутствие технических средств обеспечения помехоустойчивости линии, соединяющей усилитель и фазовый детектор, что ограничивает длину этой линии, а значит и возможность удаления фазового детектора и другого энергоемкого оборудования от датчика, а это снижает чувствительность описанного в указанной книге прибора и ограничивает возможности его дистанционного управления;- the lack of technical means to ensure noise immunity of the line connecting the amplifier and the phase detector, which limits the length of this line, and therefore the ability to remove the phase detector and other energy-intensive equipment from the sensor, which reduces the sensitivity of the device described in this book and limits the possibility of its remote control;
- отсутствие автоматического оборудования поиска, захвата и удержания частоты ларморовской прецессии необходимого для автоматической всеширотной работы квантового магнитометра, что подразумевает ручной поиск этой частоты путем ручной настройки радиочастотного генератора 12 (см. рис. 80 указанной книги), при визуальном наблюдении за показаниями приборов, контролирующих амплитуду сигнала на выходе усилителя 9, напряжение сигнала ошибки на выходе фазового детектора 10, частоты радиочастотного генератора 12, а это создает существенные ограничения возможности применения описанного в указанной книге прибора в составе целевых радиоэлектронных комплексов размещаемых на борту морских и воздушных судов;- the lack of automatic equipment for searching, capturing and holding the frequency of the Larmor precession necessary for automatic latitudinal operation of a quantum magnetometer, which implies a manual search for this frequency by manually tuning the radio frequency generator 12 (see Fig. 80 of this book), while visually observing the readings of instruments that monitor the amplitude of the signal at the output of the
- отсутствие вычислительного оборудования для обработки потока значений частоты ларморовской прецессии, являющейся основным показателем измеряемой индукции магнитного поля и ее градиента, что не позволяет производить усреднение показаний, снижение влияния шумов, компенсацию местных магнитных полей и помех, производить оценку градиента с применением совершенных алгоритмов обработки потока значений и обнаружения ЛМА, снижает чувствительность и ограничивает функциональность прибора, а это существенно ограничивает возможности прибора при поиске сверхслабых ЛМА;- lack of computing equipment for processing the flow of values of the Larmor precession frequency, which is the main indicator of the measured magnetic field induction and its gradient, which does not allow the averaging of readings, reduction of the influence of noise, compensation of local magnetic fields and interference, gradient estimation using advanced flow processing algorithms values and detection of LMA, reduces sensitivity and limits the functionality of the device, and this significantly limits the capabilities of the device when searching for superweak LMA;
- отсутствие технических средств обеспечения стабильности температуры спектральной лампы, что снижает стабильность положения спектральной линии источника излучения, создает дестабилизирующие факторы при работе прибора в течение длительного времени в широком диапазоне рабочих температур.- the lack of technical means to ensure the temperature stability of the spectral lamp, which reduces the stability of the position of the spectral line of the radiation source, creates destabilizing factors during operation of the device for a long time in a wide range of operating temperatures.
Целью предлагаемой полезной модели является создание такого неориентируемого квантового радиооптического магнитометра, в котором, как и в прототипе, радиочастотный генератор используется для модуляции интенсивности света, осуществляющего накачку рабочего тела, но который не имеет мертвых зон и не требует специальной системы ориентации оптической оси датчика по отношению к направлению силовой линии измеряемого поля, который имеет технические средства, существенно снижающие влияние электромагнитных помех и наводок от высокочастотного генератора и высоковольтного резонансного контура возбуждения спектральной лампы на фотодетектор 8, усилитель 9, (см рис. 80 указанной книги) а также на другое чувствительное радиоэлектронное оборудование магнитометра и других радиоэлектронных систем, имеющий технические средства обеспечивающие помехоустойчивость линии соединяющей усилитель и фазовый детектор, по которой в режиме захвата передаются очень слабые сигналы и которая в наибольшей степени подвержена восприимчивости к помехам, создание магнитометра имеющего автоматическое оборудование поиска, захвата и удержания частоты ларморовской прецессии и обеспечивающего всеширотную работу в автоматическом режиме с дистанционным управлением, который можно будет использовать в составе целевых радиоэлектронных комплексов, размещаемых на борту морских и воздушных судов, создание магнитометра имеющего вычислительное оборудование для обработки потока значений частоты ларморовской прецессии и ее градиента, что позволит производить усреднение показаний, снижение влияния шумов, компенсацию местных магнитных полей и помех, производить оценку градиента с применением совершенных алгоритмов обработки потока значений и повышение вероятности обнаружения ЛМА, повысит чувствительность и существенно расширит функциональность прибора, а также позволит эффективно использовать создаваемый прибор при поиске сверхслабых ЛМА, кроме этого, создание прибора имеющего технические средства обеспечения стабильности температуры спектральной лампы, что повысит стабильность положения спектральной линии источника излучения, создаст условия стабильной работы прибора в течение длительного времени в широком диапазоне рабочих температур, что особенно важно при размещении его на борту воздушных и морских судов.The purpose of the proposed utility model is the creation of such a non-orientable quantum radio-optical magnetometer, in which, as in the prototype, the radio-frequency generator is used to modulate the light intensity pumping the working fluid, but which does not have dead zones and does not require a special orientation system of the optical axis of the sensor with respect to to the direction of the field line of the measured field, which has the technical means that significantly reduce the influence of electromagnetic interference and interference from the high-frequency generator and the high-voltage resonant circuit of the excitation of the spectral lamp to
Предлагаемый неориентируемый квантовый радиооптический магнитометр найдет широкое применение в геологоразведке при прогнозировании и поиске месторождений многих полезных ископаемых, в археологии, морском и военном деле при поиске затонувших судов, подводных кладов, взрывоопасных, потаенных и других подземных и подводных объектов.The proposed non-orientable quantum radio-optical magnetometer will find wide application in geological exploration when forecasting and searching for deposits of many minerals, in archeology, maritime and military affairs in the search for sunken ships, underwater treasures, explosive, hidden and other underground and underwater objects.
Для достижения поставленной цели предлагается использовать квантовый радиооптический магнитометр с оптическим управлением, дополненный задатчиком скорости перестройки, аналоговым коммутатором, селектором, решающей схемой, вычислителем, датчиками компенсатора, устройством согласующим, световодом, световодом-коллектором, устройством светоделительно-поляризационным, вторым поляроидом, второй линзой, второй ячейкой поглощения, второй катушкой модуляции, терморегулятором.To achieve this goal, it is proposed to use a quantum radio-optical magnetometer with optical control, supplemented by a tuning speed adjuster, an analog switch, a selector, a solver circuit, a computer, compensator sensors, a matching device, a light guide, a light guide-collector, a beam-splitting polarizing device, a second polaroid, a second lens , the second absorption cell, the second modulation coil, thermostat.
Ожидаемым техническим результатом полезной модели является создание неориентируемого магнитометра, то есть такого прибора, который не имеет мертвых зон ориентации и специальной системы ориентации оптической оси датчика по отношению к направлению силовой линии магнитного поля.The expected technical result of the utility model is the creation of a non-orientable magnetometer, that is, a device that does not have dead zones of orientation and a special orientation system of the optical axis of the sensor with respect to the direction of the magnetic field line.
Ожидаемый технический результат достигается тем, что в магнитометр с оптическим управлением, включающий радиочастотный генератор, модулятор, фазовый детектор, звуковой генератор, генератор возбуждения спектральной лампы, модуль спектральной лампы, первую катушку модуляции, первую линзу, первую ячейку поглощения, светофильтр, первый поляроид, усилитель, фотодетектор, дополнительно введены: задатчик скорости перестройки, аналоговый коммутатор, решающая схема, селектор, вычислитель, терморегулятор, устройство светоделительное поляризующее, световод, световод-коллектор, вторая ячейка поглощения, второй поляроид, вторая катушка модуляции, устройство согласующее, причем, задатчик скорости перестройки связан с первым входом аналогового коммутатора, выход которого связан со входом радиочастотного генератора, второй выход радиочастотного генератора связан с первым входом вычислителя, второй вход аналогового коммутатора связан с выходом фазового детектора, а третий - управляющий вход аналогового коммутатора связан с выходом решающей схемы, а первый выход селектора связан с первым входом фазового детектора, второй выход селектора связан со входом решающей схемы, второй вход вычислителя связан с выходом датчиков компенсатора, вычислитель имеет двунаправленный интерфейс в сторону информационно-вычислительной сети, выход усилителя связан со входом согласующего устройства, а выход согласующего устройства связан со входом селектора, электрический выход модуля спектральной лампы связан со входом терморегулятора, выход терморегулятора связан со вторым входом генератора возбуждения спектральной лампы, а оптический выход модуля спектральной лампы присоединен к первому концу световода, второй конец которого связан с одной стороной светофильтра, вторая сторона которого оптически связана с устройством светоделительным поляризующим, которое также имеет оптическую связь с первым и вторым поляроидами, второй поляроид связан со второй ячейкой поглощения, которая имеет оптическую связь со второй линзой, сопряженной с одним из входов световода-коллектора, второй вход которого сопряжен с первой линзой, собирающей свет с первой ячейки поглощения, а выход световода-коллектора связан со входом фотодетектора, вторая катушка модуляции соединена последовательно с первой катушкой модуляции.The expected technical result is achieved in that an optical control magnetometer including a radio frequency generator, a modulator, a phase detector, a sound generator, a spectral lamp excitation generator, a spectral lamp module, a first modulation coil, a first lens, a first absorption cell, a light filter, a first polaroid, amplifier, photodetector, additionally introduced: tuning speed adjuster, analog switch, decision circuit, selector, calculator, temperature regulator, polarizing beam splitter, optical fiber, collector light guide, second absorption cell, second polaroid, second modulation coil, matching device, moreover, the adjuster tuning speed is connected to the first input of the analog switch, the output of which is connected to the input of the radio frequency generator, the second output of the radio frequency generator is connected to the first input of the computer, the second input of the analog switch is connected to the output of the phase detector, and the third is the control input of the analog the switch is connected to the output of the decision circuit, and the first output of the selector is connected to the first input of the phase detector, the second output of the selector is connected to the input of the decision circuit, the second input of the computer is connected to the output of the sensors of the compensator, the computer has a bi-directional interface in the direction of the computer network, the output of the amplifier is connected with the input of the matching device, and the output of the matching device is connected to the input of the selector, the electrical output of the spectral lamp module is connected to the input of the thermostat, the output of the temperature regulator is connected to the second input of the spectral lamp excitation generator, and the optical output of the spectral lamp module is connected to the first end of the fiber, the second end of which connected to one side of the filter, the second side of which is optically connected to a polarizing beam-splitting device, which also has an optical connection with the first and second polaroids, the second polaroid is connected to the second absorption cell, which has an optical connection with the second a second lens coupled to one of the inputs of the collector fiber, the second input of which is coupled to the first lens that collects light from the first absorption cell, and the collector fiber output is connected to the photodetector input, the second modulation coil is connected in series with the first modulation coil.
Достижение цели и технический результат осуществляются за счет обеспечения отсутствия мертвых зон ориентации и специальной системы ориентации оптической оси датчика по отношению к направлению силовой линии измеряемого поля путем ввода в состав магнитометра:Achieving the goal and the technical result is achieved by ensuring the absence of dead zones of orientation and a special orientation system of the optical axis of the sensor with respect to the direction of the field line of the measured field by entering into the magnetometer:
а) устройства светоделительного поляризующего;a) polarizing beam-splitting devices;
б) второго поляроида;b) the second polaroid;
в) второй ячейки поглощения;c) a second absorption cell;
г) второй катушки модуляции;d) a second modulation coil;
д) световода-коллектора.e) a fiber optic collector.
При этом устройство светоделительное поляризующее имеет оптическую связь со светофильтром и с первым и вторым поляроидами, второй поляроид связан со второй ячейкой поглощения, которая имеет оптическую связь с линзой, сопряженной с одним из входов световода-коллектора, второй вход которого сопряжен со второй линзой, собирающей свет с первой ячейки поглощения, а выход световода-коллектора связан со входом фотодетектора, а вторая катушка модуляции соединена последовательно с первой катушкой модуляции.In this case, the polarizing beam-splitting device has an optical connection with the light filter and with the first and second polaroids, the second polaroid is connected with the second absorption cell, which has an optical connection with the lens coupled to one of the inputs of the collector fiber, the second input of which is coupled to the second lens collecting light from the first absorption cell, and the output of the collector fiber is connected to the input of the photodetector, and the second modulation coil is connected in series with the first modulation coil.
Кроме этого, достижение технического результата осуществляется за счет введения совокупности следующих усовершенствований:In addition, the achievement of a technical result is achieved through the introduction of the following improvements:
- существенное снижение влияния электромагнитных помех, наводок от высокочастотного генератора и высоковольтного резонансного контура возбуждения спектральной лампы на фотодетектор, усилитель, а также на другое чувствительное радиоэлектронное оборудование магнитометра и других радиоэлектронных систем, за счет того, что в состав магнитометра введены световод и световод-коллектор, оптический выход модуля спектральной лампы присоединен к первому концу световода, второй конец которого - a significant reduction in the influence of electromagnetic interference, pickups from a high-frequency generator and a high-voltage resonant circuit of the excitation of a spectral lamp on a photodetector, amplifier, and also on other sensitive radio-electronic equipment of a magnetometer and other electronic systems, due to the fact that a fiber and a collector are introduced , the optical output of the spectral lamp module is connected to the first end of the fiber, the second end of which
связан со светофильтром датчика, один из входов световода-коллектора сопряжен с линзой собирающей свет со второй ячейки поглощения, второй его вход сопряжен со второй линзой, собирающей свет с первой ячейки поглощения, а выход световода-коллектора связан со входом фотодетектора, что позволяет удалить модуль спектральной лампы на значительное расстояние от чувствительных цепей фотодетектора и усилителя и удалить магниточувствительный датчик от энергоемкого радиоэлектронного оборудования магнитометра, тем самым снизить влияние мощных высокочастотных устройств на чувствительные цепи, а также снять ограничения связанные с экранированием спектральной лампы, имеющиеся, например, в прототипе, и создать условия для качественного электромагнитного экранирования модуля спектральной лампы, удаленного от датчика, а это обеспечивает существенное снижение электромагнитных помех;connected to the sensor filter, one of the inputs of the collector fiber is coupled to a lens that collects light from the second absorption cell, its second input is paired with a second lens that collects light from the first absorption cell, and the output of the collector fiber is connected to the photodetector input, which allows you to remove the module the spectral lamp at a considerable distance from the sensitive circuits of the photodetector and amplifier and remove the magnetically sensitive sensor from the energy-intensive radio-electronic equipment of the magnetometer, thereby reducing the effect of high-power high-frequency devices on the sensitive circuits, and also remove the restrictions associated with the shielding of the spectral lamp, available, for example, in the prototype, and create conditions for high-quality electromagnetic shielding of the spectral lamp module remote from the sensor, and this provides a significant reduction in electromagnetic interference;
- обеспечение помехоустойчивости линии, соединяющей усилитель и фазовый детектор, по которой в режиме захвата передаются очень слабые сигналы и которая в наибольшей степени подвержена восприимчивости к помехам, за счет того, что в состав магнитометра введено устройство согласующее, вход которого соединен с выходом усилителя, а выход связан с длинной линией, присоединенной ко входу селектора;- ensuring noise immunity of the line connecting the amplifier and the phase detector, through which very weak signals are transmitted in the capture mode and which is most susceptible to interference, due to the fact that the matching device is connected to the magnetometer, the input of which is connected to the amplifier output, and the output is connected to a long line connected to the input of the selector;
- введение автоматического оборудования поиска, захвата и удержания частоты ларморовской прецессии и обеспечение всеширотной работы в автоматическом режиме с дистанционным управлением, который можно будет использовать в составе целевых радиоэлектронных комплексов, размещаемых на борту морских и воздушных судов, за счет того, что в состав магнитометра введены задатчик скорости перестройки, аналоговый коммутатор, селектор, решающая схема, выход задатчика скорости перестройки соединен с первым входом аналогового коммутатора, второй вход аналогового коммутатора соединен с выходом фазового детектора, третий вход аналогового коммутатора соединен с выходом решающей схемы, выход аналогового коммутатора соединен с входом радиочастотного генератора, а вход решающей схемы связан со вторым выходом селектора;- the introduction of automatic equipment for searching, capturing and holding the frequency of the Larmor precession and ensuring wide-ranging operation in automatic mode with remote control, which can be used as part of target electronic systems placed on board ships and aircraft, due to the fact that the magnetometer has been introduced tuning speed adjuster, analog switch, selector, decision circuit, tuning speed adjuster output is connected to the first input of the analog switch, the second input of the analog switch is connected to the output of the phase detector, the third input of the analog switch is connected to the output of the solving circuit, the output of the analog switch is connected to the radio frequency input generator, and the input of the decision circuit is connected to the second output of the selector;
- введение вычислительного оборудования для обработки потока значений частоты ларморовской прецессии и ее градиента, что позволит производить усреднение показаний, снижение влияния шумов, компенсацию местных магнитных полей и помех, производить оценку градиента с применением совершенных алгоритмов обработки потока значений и повышение вероятности обнаружения ЛМА, повысит чувствительность и существенно расширит функциональность прибора, а также позволит эффективно использовать создаваемый прибор при поиске сверхслабых ЛМА, за счет того, что в состав магнитометра введены вычислитель и датчики компенсатора, вычислитель имеет двунаправленный интерфейс в сторону информационно - вычислительной сети, выход датчиков компенсатора - the introduction of computing equipment for processing the flow of values of the frequency of the Larmor precession and its gradient, which will allow us to average the readings, reduce the influence of noise, compensate for local magnetic fields and interference, evaluate the gradient using advanced algorithms for processing the flow of values and increase the probability of detecting LMA, increase the sensitivity and significantly expand the functionality of the device, as well as allow you to effectively use the created device when searching for superweak LMA, due to the fact that the calculator and compensator sensors are included in the magnetometer, the calculator has a bi-directional interface in the direction of the information and computer network, and the output of the compensator sensors
связан с со вторым входом вычислителя, а второй выход радиочастотного генератора связан с первым входом вычислителя;connected to the second input of the calculator, and the second output of the radio frequency generator is connected to the first input of the calculator;
- введение технических средств обеспечения стабильности температуры спектральной лампы, что позволяет повысить стабильность положения спектральной линии источника излучения, а также создаст условия стабильной работы прибора в течение длительного времени в широком диапазоне рабочих температур, что особенно важно при размещении его на борту воздушных и морских судов, за счет того, что в состав магнитометра введен терморегулятор, и электрический выход модуля спектральной лампы соединен со входом терморегулятора, а выход терморегулятора соединен со вторым входом генератора возбуждения спектральной лампы.- the introduction of technical means to ensure the temperature stability of the spectral lamp, which allows to increase the stability of the spectral line position of the radiation source, as well as create conditions for stable operation of the device for a long time in a wide range of operating temperatures, which is especially important when placing it on board aircraft and ships, due to the fact that a thermoregulator is included in the magnetometer, and the electrical output of the spectral lamp module is connected to the input of the thermostat, and the output of the temperature regulator is connected to the second input of the spectral lamp excitation generator.
Обеспечение качественной работоспособности неориентируемого магнитометра, а значит, и промышленной применимости данной полезной модели достигается в результате совокупности всех изложенных выше усовершенствований, находящихся в причинно-следственной связи с получением технического результата - обеспечения отсутствия мертвых зон ориентации и специальной системы ориентации оптической оси датчика по отношению к направлению силовой линии измеряемого поля (неориентируемости магнитометра):Ensuring the high-quality operability of the non-orientable magnetometer, and hence the industrial applicability of this utility model, is achieved as a result of the combination of all the above improvements, which are causally related to obtaining the technical result - ensuring the absence of dead zones of orientation and a special orientation system of the optical axis of the sensor with respect to direction of the force line of the measured field (non-orientability of the magnetometer):
- снижение помех от высокочастотного генератора приводит к повышению помехоустойчивости и предотвращению создания мертвых зон в угловых зонах снижения уровня сигнала из-за снижения отношения сигнал/помеха;- reducing interference from a high-frequency generator leads to increased noise immunity and to prevent the creation of dead zones in the corner zones of a decrease in signal level due to a decrease in signal / noise ratio;
- обеспечение помехоустойчивости линии создает эффект аналогичный приведенному выше и также способствует достижению заявленного технического результата;- ensuring noise immunity of the line creates an effect similar to the above and also contributes to the achievement of the claimed technical result;
- наличие автоматического оборудования поиска, захвата и удержания частоты способствует восстановлению работоспособности неориентируемого магнитометра при потере частоты в условиях появления угловых зон снижения сигнала, что также направлено на достижение технического результата - неориентируемости прибора;- the presence of automatic equipment for searching, capturing and holding the frequency helps to restore the operability of a non-orientable magnetometer when the frequency is lost in the presence of angular zones of signal decrease, which is also aimed at achieving a technical result - non-orientability of the device;
- наличие вычислительного оборудования и датчиков ориентации обеспечивает усреднение отсчетов, что также повышает помехоустойчивость и обеспечивает работоспособность прибора при работе в угловых зонах снижения сигнала, а значит также направлено на достижение технического результата - неориентируемости;- the availability of computing equipment and orientation sensors provides averaging of samples, which also increases noise immunity and ensures the operability of the device when working in the corner zones of signal decline, and therefore also aims to achieve a technical result - non-orientability;
- обеспечение стабильности температуры спектральной лампы направлено на обеспечение работы двухкамерного датчика, требующего повышенной мощности спектральной линии, а нормальное функционирование такого датчика и обеспечивает достижение технического результата - неориентируемости.- ensuring the temperature stability of the spectral lamp is aimed at ensuring the operation of a two-chamber sensor that requires increased power of the spectral line, and the normal functioning of such a sensor ensures the achievement of a technical result - non-orientability.
На Фиг. 1 приведена структура реализации неориентируемого квантового радиооптического магнитометра, где: In FIG. 1 shows the implementation structure of a non-orientable quantum radio-optical magnetometer, where:
Назначение этих компонентов следующее:The purpose of these components is as follows:
- задатчик скорости перестройки 1 предназначен для задания скорости перестройки радиочастотного генератора в режиме автоматического поиска частоты лармаровской прецессии что необходимо для повышения вероятности истинного захвата частоты системой и снижения вероятностей не захвата и ложного захвата при оптимальной длительности цикла поиска;- the
- аналоговый коммутатор 2 необходим для переключения сигнала управления частотой радиочастотного генератора при переходе из режима поиска в режим захвата частоты под управлением решающей схемы 8;-
- радиочастотный генератор 3 предназначен для генерации радиочастотного сигнала используемого для модуляции интенсивности света спектральной лампы;- the
- модулятор 4 предназначен для модуляции сигнала возбуждения спектральной лампы и интенсивности спектрального излучения лампы;- the
- фазовый детектор 5 предназначен для сравнения фазы сигнала звукового генератора, подаваемого на катушки модуляции ячеек поглощения и фазы первой гармоники усиленного сигнала с фотодетектора, что необходимо для осуществления автоподстройки частоты радиочастотного генератора в режиме автоматического слежения за этой частотой во всем диапазоне перестройки радиочастотного генератора;- a
- селектор 6 предназначен для селекции первой и второй гармоник усиленного сигнала с фотоприемника;-
- звуковой генератор 7 предназначен для формирования опорного низкочастотного сигнала подаваемого на катушки модуляции обеих ячеек и на первый вход фазового детектора;- the
- решающая схема 8 предназначена для принятия решения о возрастании уровня второй гармоники, что является признаком приближения к частоте радиооптического резонанса, а также для формирования управляющего сигнала, по которому осуществляется переход из режима поиска (сканирования) в режим захвата и слежения за резонансной частотой;- the
- вычислитель 9 предназначен для обработки потока значений частоты ларморовской прецессии и ее градиента, усреднения показаний, снижения влияния шумов, компенсации местных магнитных полей и помех, оценки градиента с применением совершенных алгоритмов обработки потока значений и повышения вероятности истинного обнаружения ЛМА, повышения чувствительности и расширения функциональности прибора, осуществления дистанционного управления посредством использования информационно-вычислительной сети;- the
- терморегулятор 10 предназначен для обеспечения стабильности температуры спектральной лампы, повышения стабильность положения спектральной линии источника излучения, обеспечения стабильной работы прибора в течение длительного времени в широком диапазоне рабочих температур;-
- генератор возбуждения спектральной лампы 11 предназначен для генерации мощного высокочастотного электрического сигнала бесконтактного (с помощью высоковольтного резонансного контура) возбуждения тлеющего разряда в газе спектральной лампы и создания таким образом спектрального излучения - светового потока на со спектральной линией изотопа, используемого в ячейках поглощения (для излучения света, поглощаемого в этих ячейках в процессе возбуждения атомов изотопа);- the excitation generator of the
- модуль спектральной лампы предназначен для бесконтактного возбуждения спектральной лампы, ввода оптической мощности спектрального излучения в оптоволоконный световод, экранирования высоковольтного резонансного контура спектральной лампы;- the spectral lamp module is designed for non-contact excitation of the spectral lamp, input of the optical power of the spectral radiation into the optical fiber, shielding the high-voltage resonant circuit of the spectral lamp;
- световод 13 предназначен для передачи оптической мощности спектрального излучения от модуля спектральной лампы к ячейкам поглощения, что позволяет удалить спектральную лампу на значительное расстояние от магниточувствительного элемента и организовать тщательное электромагнитное экранирование модуля спектральной лампы;- the
- катушки модуляции 14, 27 предназначены для создания низкочастотного магнитного поля внутри ячеек поглощения, что и обеспечивает возбуждение ларморовской прецессии («закручивание» возбужденных спектральным излучением атомов изотопа) и организацию ДРР;-
- линзы 15.1 и 15.2 предназначены для формирования светового пучка внутри ячеек поглощения, а также для фокусировки света на торцах световода-коллектора 16;- lenses 15.1 and 15.2 are designed to form a light beam inside the absorption cells, as well as to focus the light on the ends of the fiber-
- световод-коллектор 16 предназначен для объединения оптических сигналов от обеих ячеек поглощения, что необходимо для обеспечения отсутствия мертвых зон датчика;- the optical fiber-
- первая ячейка поглощения 17 предназначена для преобразования индукции магнитного поля в сопряженном с ее расположением направлении силовой линии измеряемого магнитного поля в модулированный оптический сигнал;- the
- светофильтр 18 предназначен для выделения полосы длин волн спектрального излучения и снижения тока засветки фотодетектора побочными волновыми составляющими;- the
- поляроиды 19, 26 предназначены для создания круговой поляризации спектрального излучения необходимой для возбуждения ДРР;-
- устройство светоделительное поляризующее 20 предназначено для плоской поляризации светового пучка и его разделения на два направления, что необходимо для возбуждения ДРР в обеих ячейках поглощения;- polarizing
- вторая ячейка поглощения 21 предназначена для преобразования индукции магнитного поля в модулированный оптический сигнал при направлении силовых линий, ортогональном по отношению к направлению силовых линий поля, преобразуемого в первой ячейке поглощения, что исключает образование мертвых зон;- the
- устройство согласующее 22 предназначено для согласования выхода усилителя 23 с симметричной экранированной линией что необходимо для обеспечения помехоустойчивости при передаче слабых сигналов по этой линии за счет ослабления влияния синфазных помех;-
- усилитель 23 предназначен для усиления слабого электрического сигнала поступающего с выхода фотодетектора;- the
- фотодетектор 24 предназначен для преобразования модулированного оптического сигнала с выходов ячеек поглощения в электрический сигнал;-
- датчики компенсатора 25 предназначены для анализа магнитных помех объекта, на котором установлен магнитометр для их последующей компенсации посредством вычитания, с использованием специализированных алгоритмов реализованных в вычислителе.-
Элементы структурной схемы, приведенной на чертеже Фиг. 1 связаны между собой следующим образом:Elements of the structural diagram shown in FIG. 1 are interconnected as follows:
- задатчик скорости перестройки 1 связан с первым входом аналогового коммутатора 2,-
- выход аналогового коммутатора 2 связан со входом радиочастотного генератора 3,- the output of the
- второй выход радиочастотного генератора 3 связан с первым входом вычислителя 9,- the second output of the
- второй вход аналогового коммутатора 2 связан с выходом фазового детектора 5,- the second input of the
- третий - управляющий вход аналогового коммутатора 2 связан с выходом решающей схемы 8,- third - the control input of the
- первый выход селектора 6 связан с первым входом фазового детектора 5,- the first output of the
- второй выход селектора 6 связан со входом решающей схемы 8,- the second output of the
- второй вход вычислителя 9 связан с выходом датчиков компенсатора 25,- the second input of the
- вычислитель 9 имеет двунаправленный интерфейс в сторону информационно-вычислительной сети,- the
- выход усилителя 23 связан со входом согласующего устройства 22,- the output of the
- выход согласующего устройства 22 связан со входом селектора 6,- the output of the
- электрический выход модуля спектральной лампы 12 связан со входом терморегулятора 10,- the electrical output of the
- выход терморегулятора 10 связан со вторым входом генератора возбуждения спектральной лампы 11,- the output of the
- выход генератора возбуждения спектральной лампы 11 связан со входом модуля спектральной лампы 12,- the output of the excitation generator of the
- первый выход радиочастотного генератора 3 подан на вход модулятора 4,- the first output of the
- выход модулятора 4 соединен с первым входом генератора возбуждения спектральной лампы 11,- the output of the
- оптический выход модуля спектральной лампы 12 присоединен к первому концу световода 13,- the optical output of the
- второй конец световода 13 связан с одной стороной светофильтра 18,- the second end of the
- вторая сторона световода 13 оптически связана с устройством светоделительным поляризующим 20,- the second side of the
- устройство светоделительное поляризующее 20 имеет оптическую связь с первым и вторым поляроидами 19, 26,the polarizing
- первый поляроид 19 связан с первой ячейкой поглощения 17,- the
- второй поляроид сопряжен 26 со второй ячейкой поглощения 21,- the second polaroid is paired 26 with the
- вторая ячейка поглощения 21 имеет оптическую связь со второй линзой 15.2,- the
- вторая линза 15.2 сопряжена с первым входом световода-коллектора 16,- the second lens 15.2 is paired with the first input of the
- второй вход световода-коллектора 16 сопряжен с первой линзой 15.1, собирающей свет с первой ячейки поглощения 17,- the second input of the
- выход световода-коллектора 16 связан со входом фотодетектора 24,- the output of the
- выход фото детектора 24 присоединен ко входу усилителя 23,- the output of the
- выход звукового генератора 7 подан на второй вход фазового детектора 5,- the output of the
- выход звукового генератора 7 присоединен к первой и второй катушкам модуляции 14, 27, соединенным последовательно.- the output of the
Предлагаемое техническое решение функционирует следующим образом.The proposed technical solution operates as follows.
Предлагаемый квантовый радиооптический магнитометр имеет два режима.The proposed quantum radio-optical magnetometer has two modes.
1 Режим поиска частоты ларморовской прецессии (режим поиска).1 Frequency search mode of Larmor precession (search mode).
2 Режим захвата частоты ларморовской прецессии с последующим слежением за ее значением (режим захвата).2 The frequency capture mode of the Larmor precession, followed by tracking its value (capture mode).
В режиме поиска осуществляется сканирование всего диапазона частот ларморовской прецессии, т.е. последовательный перебор всех значений этой частоты, которые она может принимать для используемого в магнитометре рабочего тела на всех широтах от Южного до Северного магнитных полюсов Земли, во всем диапазоне изменения индукции МПЗ. Например, при использовании в качестве рабочего тела изотопа 87RB эта частота изменяется в диапазоне от 70 кГц до 500 кГц. Такое сканирование осуществляется за счет применения специального радиочастотного генератора 3. Частота радиочастотного генератора 3 перестраивается во всем указанном диапазоне. Перестройка частоты происходит под управлением специального сигнала, подаваемого с выхода аналогового коммутатора 2 на вход управления радиочастотного генератора 3. Радиочастотный генератор 3 построен таким образом, что при подаче на вход постоянного управляющего напряжения, частота сигнала на выходе радиочастотного генератора 3 периодически сканирует весь диапазон (изменяется по пилообразному закону от начала до конца диапазона). При этом направление сканирования (с низу вверх или сверху вниз) зависит от знака управляющего напряжения (положительного либо отрицательного), скорость сканирования определяется абсолютной величиной этого напряжения, а при нулевом управляющем напряжении радиочастотный генератор 3 запоминает текущее значение частоты. Такая функциональность управления частотой позволяет вести автоматический поиск и автоподстройку частоты ДРР с помощью радиочастотного генератора 3. На выход 2 радиочастотного генератора 3 выдается 26-разрядный цифровой код, соответствующий текущему значению его частоты. Этот код соответствует значению частоты радиочастотного генератора 3 с точностью приблизительно до 0,01 Гц. Значения этого кода периодически захватываются вычислителем 9 для последующей обработки.In search mode, the entire frequency range of the Larmor precession is scanned, i.e. sequential enumeration of all values of this frequency, which it can take for the working fluid used in the magnetometer at all latitudes from the South to the North magnetic poles of the Earth, over the entire range of changes in the magnetic field induction. For example, when using the 87 RB isotope as a working fluid, this frequency varies in the range from 70 kHz to 500 kHz. Such scanning is carried out through the use of a
В рассматриваемом режиме поиска на вход управления радиочастотного генератора 3 через аналоговый коммутатор 2 подается сигнал с выхода задатчика скорости перестройки 1 - постоянное напряжение, задаваемое специальным потенциометром, входящим в состав задатчика скорости перестройки 1, на который подано опорное напряжение. Положение движка этого потенциометра и задает скорость сканирования частоты в режиме поиска. Регулирование скорости сканирования необходимо для того, чтобы не пропустить при сканировании значение частоты, соответствующее ДРР.In the search mode under consideration, the signal from the output of the
Сигнал со сканируемой таким образом частотой подается с выхода 1 радиочастотного генератора 3 на вход модулятора 4, а с выхода модулятора на вход модуляции (первый вход) генератора возбуждения спектральной лампы 11. Генератор возбуждения спектральной лампы 11 выдает на выходе мощный, около 10 Вт, высокочастотный сигнал с амплитудной модуляцией, подаваемый на модуль спектральной лампы 12, содержащий высокочастотный (около 100 МГц) последовательный (с усилением напряжения) высоковольтный (около 120 В) резонансный контур, создающий внутри этого модуля мощное электромагнитное поле, поддерживающее тлеющий разряд в баллоне бесконтактной газоразрядной спектральной лампы. В объеме лампы находится буферный газ и изотоп рабочего тела магнитометра. При возбуждении тлеющего разряда, лампа создает помимо видимого света спектральное излучение на длине волны излучения (поглощения) используемого изотопа. Благодаря тому, что сигнал возбуждения имеет амплитудную модуляцию, интенсивность спектрального излучения тоже модулируется частотой сигнала, подаваемого с выхода радиочастотного генератора 3. При этом баллон лампы может разогреваться до высоких температур, и длина волны спектрального излучения может быть нестабильной. Для стабилизации температуры баллона лампы, на стекло баллона наклеивается миниатюрный терморезистор, который измеряет температуру и включен в систему терморегулирования, осуществляемого за счет управления высокочастотной мощностью генератора возбуждения 11. Управление осуществляется посредством терморегулятора 10, ко входу которого подключен указанный терморезистор, а с выхода терморегулятора 10 управляющее напряжение поступает на вход управления 2 генератора возбуждения спектральной лампы 11. В состав терморегулятора 10 входит задатчик температуры лампы (на схеме не выделен) - потенциометр, посредством которого задается оптимальная температура, соответствующая максимальной спектральной мощности и линейной модуляционной характеристике лампы. Модулированный оптический сигнал вводится в световод 13, с выхода которого он попадает на светофильтр 18. Светофильтр 18 вырезает необходимый спектр и заграждает видимый свет во избежание чрезмерного увеличения тока засветки фотодетектора. Последнее является нежелательным, так как сопровождается снижением чувствительности из-за насыщения фотодетектора и увеличения уровня шумов. С выхода светофильтра 18 луч спектрального излучения попадает на первую грань устройства светоделительного поляризующего 20, где происходит его деление на два луча, направляемых в первую 17 и вторую 21 ячейки поглощения. В светоделительном поляризующем устройстве происходит плоская поляризация обоих лучей, а круговая их поляризация необходимая для возбуждения атомов рабочего тела происходит в поляроидах 19, 26. Таким образом, два луча модулированного радиочастотой оптического спектрального излучения с круговой поляризацией направляются в обе ячейки поглощения, где в процессе возбуждения атомов рабочего тела, находящегося в ячейках в газообразном состоянии, происходит поглощение этого излучения (ячейки мутнеют и перестают пропускать поступающие в них оптические лучи). Посредством воздействия на ячейки слабого переменного магнитного поля, создаваемого катушками модуляции 14, 27, запитанными от звукового генератора 7, в них происходит закручивание возбужденных атомов и возбуждается ДРР на магнитозависимой частоте ларморовской прецессии. При возникновении ДРР в ячейках поглощения 17, 21 образуется модулируемая частотой звукового генератора 7 прозрачность, что приводит к появлению на выходе этих ячеек поглощения модулированного звуковой частотой оптического сигнала, который собирается линзами 15.1 и 15.2 и вводится в торцы световода - коллектора 16. На противоположной стороне световода 16 включен фотодетектор 24, на котором производится суммирование сигналов с выходов обеих ячеек поглощения и преобразование суммарного оптического сигнала в электрический сигнал, усиливаемый усилителем 23. При этом, если носитель совершает траекторные эволюции, то на выходах ячеек поглощения при определенных углах ϑ пропадает оптический сигнал из-за ориентационной зависимости ячеек поглощения. Если суммировать одновременно сигнал с двух ортогональных ячеек поглощения, то можно значительно ослабить снижение уровня сигнала. Это достигается за счет того, что при наступлении критических углов в первой ячейке поглощения 17, в ортогонально расположенной по отношению к ней второй ячейке поглощения 21 сигнал не снижается, а наоборот, возрастает. Таким образом, суммируя сигналы с выхода двух ортогональных ячеек поглощения можно существенно снизить проявление мертвых зон, что и сделано в данной полезной модели и что выгодно отличает ее от прототипа, где всего одна ячейка поглощения.The signal with the frequency thus scanned is supplied from the
С выхода усилителя 23 электрический сигнал звуковой частоты поступает на вход согласующего устройства 22, которое производит симметрирование интерфейса в сторону длинной линии, соединяющей согласующее устройство 22 с симметричным входом селектора 6. Из электротехники известно, что симметричные линии в наименьшей степени подвержены синфазным помехам, которые часто наводятся на участки проводки воздушных и морских судов из-за насыщенности этих объектов различным энергоемким оборудованием переменного тока. Таким образом, выполнив в предлагаемой полезной модели мероприятия по симметрированию этой линии, по которой в режиме ДРР передаются очень слабые сигналы, в значительной степени определяющие уровень шумов магнитометра, удалось значительно снизить уровень шумов и повысить чувствительность магнитометра. Селектор 6 производит раздельное выделение первой и второй гармоник обрабатываемого низкочастотного сигнала. Сигнал первой гармоники используется для слежения за частотой ларморовской прецессии. Сигнал второй гармоники применяется для управления остановкой сканирования и переводом прибора из первого режима во второй режим захвата и слежения. Решение о повышении уровня второй гармоники принимается с помощью решающей схемы 8. Из физики ДРР известно, что при возникновении ДРР сигнал на выходе ячеек поглощения в так называемых Mz - магнитометрах, использующих системы поиска и слежения, имеет характерную двугорбую резонансную зависимость. При этом значение фазы этого сигнала при переходе через резонанс меняется на противоположное. На частоте резонанса (между двумя максимумами амплитуды первой гармоники) уровень сигнала резко падает, и возникают характерные нелинейные искажения, приводящие к возрастанию уровня сигнала второй гармоники. Это свойство используется для управления поиском и для осуществления автоподстройки частоты радиочастотного генератора 3 под частоту ларморовской прецессии рабочего тела квантового магнитометра которая зависит от индукции измеряемого магнитного поля. Сигнал первой гармоники с первого выхода селектора 6 подается на первый вход фазового детектора 5, на второй вход которого подается сигнал с выхода звукового генератора 7, одновременно подаваемый на катушки модуляции 14 и 27. При отыскании в процессе сканирования искомой частоты ларморовской прецессии сигнал второй гармоники на выходе 2 селектора 6 резко возрастает, решающая схема 8 принимает решение о прекращении сканирования и о переводе прибора в режим 2 захвата частоты ларморовской прецессии с последующим слежением за ее значением (режим захвата). В этом режиме под действием управляющего сигнала поступающего с выхода решающей схемы 8 на вход управления 3 аналогового коммутатора 2 происходит переключение аналогового коммутатора 2. На управляющий вход радиочастотного генератора 3 теперь подается сигнал ошибки с выхода фазового детектора 5, под воздействием которого производится точная подстройка частоты радиочастотного генератора 3 под частоту ларморовской прецессии рабочего тела магнитометра, соответствующей текущему значению индукции измеряемого магнитного поля. С выхода 2 радиочастотного генератора 3 это значение подается в виде многоразрядного цифрового кода на вход 1 вычислителя 9, где производится периодический отбор этих значений и образуется поток значений индукции измеряемого поля, который периодически обрабатывается посредством вычислителя 9. В процессе программной обработки, реализующей алгоритмы усреднения значений, удается компенсировать влияние шума и повысить точность выявления аномалий. Совместная обработка значений индукции поступающих от квантового магнитометра на вход 1 вычислителя 9 и значений местных полей, поступающих на вход 2 от датчиков компенсатора 25, включающих измерители сильных бортовых токов, а также измерители проекции вектора напряженности магнитного поля (феррозондовые датчики), удается зарегистрировать сверхслабые ЛМА на фоне МПЗ осуществляя вычитание и другие операции с использованием потока значений от квантового магнитометра и потока значений компенсационных параметров. Обнаруженные признаки ЛМА передаются через интерфейс вычислителя 9 в направлении удаленных ресурсов бортовой информационно-вычислительной сети, где осуществляется их привязка к текущим координатам объекта и к меткам времени, а также отображение в наглядной форме на мониторах рабочих мест летного или морского персонала, откуда может осуществляться дистанционное управление предлагаемой полезной моделью.From the output of the
Описанный принцип обнаружения сверхслабых ЛМА позволяет строить на базе предлагаемой полезной модели автоматические, высокочувствительные, высокостабильные, всеширотные, бортовые, помехоустойчивые, неориентируемые, радиооптические магнитометры для прогнозирования и поиска месторождений полезных ископаемых, а также для решения широкого круга других задач, связанных с регистрацией ЛМА.The described principle for the detection of ultra-weak LMA allows one to build on the basis of the proposed utility model automatic, highly sensitive, highly stable, wide-latitude, airborne, noise-resistant, non-orientable, radio-optical magnetometers for predicting and searching for mineral deposits, as well as for solving a wide range of other problems associated with registering LMA.
Предлагаемый квантовый радиооптический магнитометр может быть реализован на основе следующих отечественных компонентов.The proposed quantum radio-optical magnetometer can be implemented on the basis of the following domestic components.
- задатчик скорости перестройки 1 - на основе многооборотного потенциометра СП5-1 ВБ 1 кОм;- tuning speed adjuster 1 - based on a multi-turn potentiometer SP5-1
- аналоговый коммутатор 2 - на микросхеме мультиплексора 564 КП1;- analog switch 2 - on the chip of the multiplexer 564 KP1;
- радиочастотный генератор 3 - на цифровых микросхемах серии 1533, ЦАП 1108ПА1, операционных усилителях серии 140 и других;- RF generator 3 - on digital microcircuits of a series 1533, DAC 1108PA1, operational amplifiers of a series 140 and others;
- модулятор 4 - на транзисторе 2Т368Б;- modulator 4 - on a 2T368B transistor;
- фазовый детектор 5 - на микросхеме 564КП1, операционном усилителе 544УД2А;- phase detector 5 - on the chip 564KP1, operational amplifier 544UD2A;
- селектор 6 - на операционных усилителях 544УД2А, 140УД20А (7 шт. );- selector 6 - on operational amplifiers 544UD2A, 140UD20A (7 pcs.);
- звуковой генератор 7 - на цифровых микросхемах серии 1554;- sound generator 7 - on digital circuits of the 1554 series;
- решающая схема 8 - на микросхеме 140УД20;- decision scheme 8 - on the chip 140UD20;
- вычислитель 9 - на базе отечественного процессора «Эльбрус»;- calculator 9 - based on the domestic Elbrus processor;
- терморегулятор 10 - на основе операционного усилителя 140УД20А;- temperature regulator 10 - based on the operational amplifier 140UD20A;
- генератор возбуждения спектральной лампы 11 - на транзисторах 2Т913В, 2Т922Б и других, задающий генератор ГК261ПС15БМ85М5;- the excitation generator of the spectral lamp 11 - on transistors 2T913V, 2T922B and others, the driving generator GK261PS15BM85M5;
- модуль спектральной лампы - на основе спектральной лампы производства ОАО «ЦНПО «Ленинец» с изотопом 87RB и буферным газом криптоном, с терморезистором миниатюрным TP-1.- spectral lamp module - based on a spectral lamp manufactured by OJSC TsNPO Leninets with 87 RB isotope and krypton buffer gas, with a miniature thermistor TP-1.
- световод 13 - отечественный пучковый световод диаметром 12 мм;- fiber 13 - domestic beam fiber with a diameter of 12 mm;
- катушки модуляции 14, 27 намотаны проводом марки ПЭВ-1 диаметром 0,12 мм;-
- линзы 15.1 и 15.2 из оптического стекла, отечественного производства;- lenses 15.1 and 15.2 of optical glass, domestic production;
- световод-коллектор 16 - отечественный пучковый световод-коллектор на два разветвления диаметром 12 мм;- fiber guide-collector 16 - domestic beam fiber guide-collector for two branches with a diameter of 12 mm;
- первая ячейка поглощения 17 производства ОАО «ЦНПО «Ленинец» с изотопом 87RB и буферным газом гелием;- the
- светофильтр 18 отечественный, пропускание 800 нм 80%;-
- поляроиды 19 кварцевые пластинки отечественного производства толщиной 0,9 мм;-
- устройство светоделительное поляризующее 20 отечественного производства из оптического стекла с высотой грани 15 мм;- polarizing
- вторая ячейка поглощения 21 производства ОАО «ЦНПО «Ленинец» с изотопом 87RB и буферным газом гелием;- the
- устройство согласующее 22 - мостовой усилитель симметрирующий на операционных усилителях 140УД20 и на транзисторах 2Т630А, 2Т632А;- matching device 22 - a bridge amplifier balancing on operational amplifiers 140UD20 and on transistors 2T630A, 2T632A;
- усилитель 23 на операционном усилителе 544УД2А;-
- фотодетектор 24 на фотодиоде ФД7К;-
- датчики компенсатора 25 на основе шунтовых резисторов, феррозондовых модулей и специализированного электронного блока производства ОАО «ЦНПО «Ленинец».-
Описанный квантовый радиооптический магнитометр был осуществлен и испытан в ОАО «ЦНПО «Ленинец» в виде натурной модели, о чем имеются соответствующие протоколы лабораторных исследовательских испытаний.The described quantum radio-optical magnetometer was implemented and tested at JSC TsNPO Leninets as a full-scale model, about which there are corresponding protocols for laboratory research tests.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019137909U RU198180U1 (en) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | NON-ORIENTABLE QUANTUM RADIO OPTICAL MAGNETOMETER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019137909U RU198180U1 (en) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | NON-ORIENTABLE QUANTUM RADIO OPTICAL MAGNETOMETER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU198180U1 true RU198180U1 (en) | 2020-06-22 |
Family
ID=71135670
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019137909U RU198180U1 (en) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | NON-ORIENTABLE QUANTUM RADIO OPTICAL MAGNETOMETER |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU198180U1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3257608A (en) * | 1961-02-02 | 1966-06-21 | Varian Associates | Optical magnetometers |
SU935839A1 (en) * | 1980-10-13 | 1982-06-15 | Предприятие П/Я В-8624 | Magnetometer |
SU1580298A1 (en) * | 1988-06-08 | 1990-07-23 | Симферопольский государственный университет им.М.В.Фрунзе | Magnetometer |
EP2816367B1 (en) * | 2013-06-20 | 2016-11-02 | Honeywell International Inc. | Single-beam radio frequency atomic magnetometer |
-
2019
- 2019-11-22 RU RU2019137909U patent/RU198180U1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3257608A (en) * | 1961-02-02 | 1966-06-21 | Varian Associates | Optical magnetometers |
SU935839A1 (en) * | 1980-10-13 | 1982-06-15 | Предприятие П/Я В-8624 | Magnetometer |
SU1580298A1 (en) * | 1988-06-08 | 1990-07-23 | Симферопольский государственный университет им.М.В.Фрунзе | Magnetometer |
EP2816367B1 (en) * | 2013-06-20 | 2016-11-02 | Honeywell International Inc. | Single-beam radio frequency atomic magnetometer |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Н.М. Померанцев, В.М. Рыжков, Г.В. Скроцкий. Физические основы квантовой магнитометрии. Наука, Главная редакция физико-математической литературы - М. 1972, 448 с., Ил., на стр. 385-386, рис. 80. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108287322B (en) | Atomic magnetometer without response blind zone and method for measuring external magnetic field by atomic magnetometer | |
CN108693488B (en) | Spin-exchange-free relaxation atomic spin magnetic field measuring device based on double pumping beams | |
CN108717168B (en) | Scalar magnetic field gradient measuring device and method based on light field amplitude modulation | |
US9964610B2 (en) | System for detecting zero-field resonance | |
Gerginov et al. | Prospects for magnetic field communications and location using quantum sensors | |
CN103969604B (en) | Radio frequency atomic magnetometer and its method for measurement NMR signal | |
CN108519565A (en) | Low field strength analyzer based on the weak measurement of quantum and method | |
CN108519566B (en) | SERF atomic magnetometer device and method based on optical frequency shift modulation | |
CN101441253A (en) | High-sensitivity atomic magnetometer | |
CN107656219A (en) | A kind of rubidium atom magnetometer | |
Fairweather et al. | A vector rubidium magnetometer | |
CN106093599A (en) | A kind of optic probe and electromagnetic field measurements equipment and their measuring method | |
CN111854724B (en) | Atomic spin precession detection device and method | |
RU199631U1 (en) | Quantum Mz magnetometer | |
Mahavarkar et al. | The low cost proton precession magnetometer developed at the Indian institute of geomagnetism | |
CN113740786A (en) | Method for measuring alkali metal atom density of single-beam SERF atomic magnetometer | |
CN115727829A (en) | Control method and system for inhibiting influence of alkali metal polarization magnetic field | |
CN107656220A (en) | A kind of method based on rubidium atom magneto-optic rotation effect measurement magnetic field | |
CN105466363B (en) | Precise angle measuring device and method based on double magneto-optical modulation | |
CN103616651A (en) | On-site verification apparatus for optical fiber current sensor | |
RU198180U1 (en) | NON-ORIENTABLE QUANTUM RADIO OPTICAL MAGNETOMETER | |
CN113625206A (en) | Dynamic mode conversion atomic magnetic field detection device | |
US20200088813A1 (en) | Optically Pumped Magnetometers For Communication Reception | |
CN112816926B (en) | Three-dimensional coil coefficient calibration method based on optical pump nuclear magnetic resonance | |
Jing et al. | Weak light signal detection method for atomic gyroscope based on automatic zeroing of the bias |