SU789953A1 - Quantum magnetometer - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к иэмери тельной технике и предназначено дл  использовани  в качестве измерител  слабых магнитных полей в установках 5 различного назначени , в частности дл  измерени  модул  полного вектора магнитного пол  Земли.The invention relates to an experimental technique and is intended for use as a meter for weak magnetic fields in installations 5 for various purposes, in particular for measuring the modulus of the total vector of the earth's magnetic field.

Известны квантовые магнитометры, содержащие датчик с оптической сие- tO темой, усилитель, модул тор, синхронный детектор-, генератор низкой частоты и регистратор lQuantum magnetometers are known that contain a sensor with an optical signal- tO theme, an amplifier, a modulator, a synchronous detector, a low-frequency generator, and a recorder l

Из известных квантовых магнитометров наиболее близким по техничес- fj кой сущности к предлагаемому  вл етс  магнитометр, содержащий датчик с оптической системой, генератор возбуждени  спектральной лампы и поглощающей  чейки, усилитель, синхрон- 20 ный детектор, выходной сигнал с которого используетс  дл  перестройки радиочастотного генератора, низкочастотный генератор дл  частотной модул ции рсщиочастотного пол , МО- 25 дул тор и регистрирующий блок 2.Of the known quantum magnetometers, the closest in technical fj to the present invention is a magnetometer containing a sensor with an optical system, a generator of excitation of a spectral lamp and an absorbing cell, an amplifier, a synchronous detector, the output signal from which is used to tune the radio frequency generator, a low frequency generator for frequency modulation of a radio frequency field, a MO-25 pulse and a recording unit 2.

Усиление в фазовое детектировач ие сигнала магнитного резонанса производитс  в нем на той же частоте, что и частотна  модул ци  радиочас- JQAmplification in phase detection of a magnetic resonance signal is performed in it at the same frequency as the frequency modulation of the radio-jQ

тотного генератора, что имеет р д недостатков.This generator has a number of drawbacks.

Так, дл  уменьшени  модул ционного уширени  линии наблюдаемого резонанса и тем саьым увеличени  чувствительности прибора необходимо уменьшить частоту низкочастотной модул ции . Дл  улучшени  работы низкочастотного усилител  и лучшей отстройки от шумов необходимо увеличивать частоту низкочастотной модул ции.So, in order to reduce the modulation broadening of the line of the observed resonance and thus increase the sensitivity of the instrument, it is necessary to reduce the frequency of the low-frequency modulation. In order to improve the performance of the low-frequency amplifier and the best noise gain, it is necessary to increase the frequency of the low-frequency modulation.

При частотной модул ции низкочастотного пол  увеличиваетс  погрешность за счет несимметрии сигнала частотномодулированного радиочастотного пол .With frequency modulation of the low frequency field, the error is increased due to the asymmetry of the signal of the frequency-modulated radio frequency field.

Усиление сигнала на частоте низкочастотной модул ции увеличивает паразитные наводки от не прошедших через датчик низких частот, что ухудшает, отношение сигнал/шум.Amplification of the signal at the frequency of the low-frequency modulation increases the parasitic pickups from the low frequencies that do not pass through the sensor, which worsens the signal-to-noise ratio.

Цель изобретени  - увеличение чувствительности и помехозащищенности магнитометра.The purpose of the invention is to increase the sensitivity and noise immunity of the magnetometer.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в квантовый магнитометр, содержащий датчик с оптической системой , включгиощий спектраль.ную лампу накачки с фокусирующей линзой.This goal is achieved by the fact that a quantum magnetometer containing a sensor with an optical system includes an spectral pump lamp with a focusing lens.

поглощающую  чейку с рабочим веществом и расположенный между ними фильтр круговой пол ризации, генератор возбуждени  спектральной лампа накачки и поглощающей  чейки с рабочим веществом, радиочастотный управл емый генератор, последователно соединенные фотоприемник, избирательный на частоте , усилитель низкой частоты и фазовцй детектор, выход которого соединен с входом радиочастотного управл емого генератора , регистрирующий прибор, соединенный с выходом радиочастотного управл емого генератора, генератор опорной частоты kw , радиочастотную и модул ционную катушки, расположенные на поглощающей  чейке, введены делитель опорной частоты kw с трем  частотными выходами;the absorbing cell with the working substance and the circular polarization filter between them, the generator of the spectral excitation lamp pumping and the absorbing cell with the working substance, the radio-frequency controlled oscillator sequentially connected photodetector selective at the frequency, low-frequency amplifier and phase detector, the output of which is connected to the input of the radio-frequency controlled generator, the registering device connected to the output of the radio-frequency controlled generator, the reference frequency generator kw, for the frequency and modulation coils, located on the absorbing cell, are introduced with a divider of the reference frequency kw with three frequency outputs;

-тг..-tg ..

больше едигде; пmore than anywhere; P

-положительное ницы число/-positive number /

-частота-frequency

WW

kk

-положительное число, завис щее от частоты генератора опорной частоты;- a positive number depending on the frequency of the reference frequency generator;

соединенный W - частотным выходо со вторым входом фазового детектора ±connected W - frequency output with the second input of the phase detector ±

- частотным выходом с модул  и- frequency output from the module and

hh

ционной катушкой, а входом на частоте kw - с опорным генератором, и балансный модул тор, выход которого соединен с -радиочастотной катушкой, первый вход соединен с -частотным выходом делител  опорной частоты , а второй - с выходом радиочастотного управл емого генератора.and an input at frequency kw with a reference generator, and a balanced modulator, the output of which is connected to the radio frequency coil, the first input connected to the frequency output of the frequency divider, and the second to the output of the radio frequency controlled oscillator.

Функциональна  схема магнитометр представлена на чертеже.Functional diagram of the magnetometer is shown in the drawing.

Магнитометр содержит усилитель 1 низкой частоты, фазовый детектор 2, делитель частоты 3, кварцевый генератор 4, балансный модул тор 5, радиочастотный управл емый генератор 6, регистрирующий прибор 7, генератор 8 высокой частоты возбуждени  спектральной лампы и поглощающей  чейки, датчик 9, на поглощающей  чейке которого расположены радиочастотна  катушка 10 и модул ционна  катушка 11. Сигнал с датчика выдел етс  на фотоприемнике 12.The magnetometer contains a low frequency amplifier 1, a phase detector 2, a frequency divider 3, a crystal oscillator 4, a balanced modulator 5, an RF controlled oscillator 6, a recording device 7, a generator 8 of a high frequency of excitation of a spectral lamp and an absorbing cell, sensor 9, on an absorbing the cell of which is located the radio frequency coil 10 and the modulation coil 11. The signal from the sensor is separated on the photodetector 12.

Квантовый магнитометр работает следующим образом. Сигнал от кварцевого генератора 4 подаетс  на делитель частоты3, причем делитель имеет три выхода, частота с одного из них W. подаетс  на фазовый детектор 2 в качестве опорной, со второго выхода делител  частота v подаетс  на модул ционную катушку 11 датчика дл  низкочастотной модул ции полем. С третьего выхода частота w подаетс  на балансный модул тор 5 (п -любое число, больше 1). Выбор зависит .от частоты пропускани  усилител  низкойQuantum magnetometer works as follows. The signal from the crystal oscillator 4 is fed to a frequency divider 3, the divider has three outputs, the frequency from one of them W. is fed to the phase detector 2 as a reference, from the second output of the divider frequency v is fed to the modulation coil 11 of the sensor for low frequency modulation by the field . From the third output, the frequency w is fed to the balanced modulator 5 (n is any number, greater than 1). The choice depends on the low frequency of the amplifier

частоты. На балансный модул тор 5 подаетс  также частота w, от управл емого радиочастотного генератора 6. С выхода балансного модул тора 5 две частоты, равные;frequencies. The balance modulator 5 also supplies the frequency w, from the controlled RF generator 6. From the output of the balanced modulator 5, two frequencies equal to;

,V-0-S-vj - ), V-0-S-vj -)

подаютс  в радиочастотную катушку 10 датчика. На фотоприемнике 12 датчика выдел етс  низка  частота Ш-ои -цУг-v f котора  усиливаетс  усилителем 1 и в фазовом детекторе 2 сравниваетс  с опорной. Сигнал посто нного напр жени , выделенный в фазовом детекторе 2, подаетс  на управл емый радиочастотный генератор б, чем осуществл етс  подстройка его к частоте магнитного резонанса. Частота регистрируетс  прибором 7, в состав которого входит частотомер.served to a radio frequency coil 10 of the sensor. On the photodetector 12 of the sensor, a low frequency of W-or -Cr-vf is amplified, which is amplified by amplifier 1 and compared in the phase detector 2 with the reference one. The DC voltage signal selected in the phase detector 2 is fed to a controlled RF generator b, which adjusts it to the magnetic resonance frequency. The frequency is recorded by instrument 7, which includes a frequency meter.

Таким образом осуществл етс  ре- тистраци  сигнала магнитного резонанса при отсутствии частотной модул ции радиопол , модул ции полем осуществл етс  на более низкой частоте 5 jr- г что улучшает чувствительность схемы, а усиление сигнала - на более высокой частоте W , что улучшает помехозащищенность ее.Thus, magnetic resonance signal is detected in the absence of frequency modulation by the radio channel, field modulation is performed at a lower frequency of 5 jr-g, which improves the sensitivity of the circuit, and amplification of the signal - at a higher frequency W, which improves its noise immunity.

Использование делител  частоты с несколькими коэффициентами делени  и балансного модул тора выгодно отличает магнитометр от прототипа, так как позвол ет низкочастотную модул цию и усиление сигнала магнитного резонанса вести на разных частотах, что улучшает отношение сигнал/шум и увеличивает чувствительность прибора за счет уменьшени  модул ционного уширени . Применение делител  частоты упрощает схему за счет расширени  возможностей выбора кварцевого генератора в качестве опорного.The use of a frequency divider with several division factors and a balanced modulator favorably distinguishes the magnetometer from the prototype, as it allows low-frequency modulation and amplification of the magnetic resonance signal to lead at different frequencies, which improves the signal-to-noise ratio and increases the instrument sensitivity by reducing the modulation broadening . The use of a frequency divider simplifies the circuit by expanding the possibilities for choosing a crystal oscillator as a reference oscillator.

Claims (1)

1.Квантовый магнитометр, содержащий датчик с оптической системой, включающий спектральную лампу накач- ки с фокусирующей линзой, поглощающую с рабочим веществом и расположенный между ними фильтр круговой пол ризации , генератор возбуждени  спектральной лампы накачки и поглощающей  чейки с рабочим веществом, радиочастотный управл емый генератор,1. Quantum magnetometer containing a sensor with an optical system, including a spectral pump lamp with a focusing lens, absorbing with a working substance and a circular polarization filter located between them, a generator of excitation of a spectral lamp of the pump and an absorbing cell with a working substance, radio frequency controlled oscillator , последовательно соединенные фотоприемник , избирательный на частоте w усилитель низкой частоты и фазовый детектор, выход которого -соединен с входом радиочастотного управл емого a photodetector connected in series, a low-frequency selective amplifier at the frequency w, and a phase detector, the output of which is connected to the RF controlled input 0 генератора, регистрирующий прибор, соединен.ный с выходом радиочастотного управл емого генератора, генератор опорной частоты , радиочастотную и модул ционную катушки, расположенные на поглощающей  чейке.A generator, a registering instrument, is connected to the output of an RF controlled oscillator, a reference frequency generator, an RF frequency and a modulation coil, located on the absorbing cell.