КВАНТОВЫЙ РУБИДИЕВЫЙ MZ АЭРОМАГНИТОМЕТР

Предлагаемая полезная модель предназначена для измерения модуля полного вектора магнитной индукции с беспилотного автопилотируемого летательного аппарата и относится к области аэромагнитных исследований.
Из существующего уровня техники известен Аэромагнитометр [1], содержащий соединенные последовательно преобразователь магнитной индукции в частоту, преобразователь частоты в код и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены фазовый детектор, компенсационная катушка, расположенная на преобразователе магнитной индукции, и частоту, а также интегратор и генератор управляемой частоты, причем первый вход фазового детектора соединен с выходом преобразователя магнитной индукции в частоту, второй вход соединен с выходом генератора управляемой частоты, а выход фазового детектора соединен с компенсационной катушкой, а также через интегратор соединен с управляющим входом генератора управляемой частоты.
Также из существующего уровня техники известен Вертолетный аэромагнитометр [2], содержащий последовательно соединенные первичный преобразователь с частотным выходом, преобразователь частоты в цифровой код и цифровой регистратор, а также блок синхронизации, вход которого соединен с выходом датчика оборотов воздушного винта вертолета-носителя, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, он содержит блок регулировки фазы, включенный между выходом блока синхронизации и входом синхронизации преобразователя частоты в цифровой код.
Наиболее близким к заявленному техническому решению в случае применения беспилотного летательного аппарата известен Квантовый аэромагнитометр [3], который позволяет реализовать чувствительность квантового магнитометра при его использовании на вертолете с жестким креплением магниточувствительного блока к фюзеляжу. В аэромагнитометре используется быстродействующий квантовый магнитометр. Информация от дополнительных измерителей - трехкомпонентного магнитометра, датчиков тока - позволяет эффективно подавлять помехи от эволюции вертолета и от изменения режимов работы его электрооборудования. Винтовая помеха фильтруется в бортовом компьютере. Это исключает необходимость применения датчика оборотов воздушного винта и блока регулировки фазы.
Недостатками представленных технических решений являются большая масса аэромагнитометров для установки на беспилотный летательный аппарат, недостаточное быстродействие, сложность учета девиации.
Анализ результатов предварительно проведенного патентного поиска позволяет сделать следующие выводы:
а) основное количество патентов посвящено установке магниточувствительных датчиков на различные типы самолетной и вертолетной техники;
б) существуют единичные патенты, посвященные установке магнитных датчиков на дистанционно-управляемые беспилотные летательные аппараты, что ограничивает радиус применения.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в расширении арсенала технических средств, в области аэромагнитных исследований, а также позволяющее осуществлять поиски, оценку и мониторинг состояния месторождений полезных ископаемых и техногенно-минеральных образований.
Квантовый рубидиевый Mz аэромагнитометр предназначен для измерения модуля полного вектора магнитной индукции, относится к области аэромагнитных исследований.
87
Аппаратная часть квантового рубидиевого Mz аэромагнитометра состоит из: магниточувствительного датчика, световода, электронного блока, отличающийся тем, что: жестким креплением интегрирован в корпус беспилотного летательного аппарата (БПЛА), магниточувствительный датчик, содержащий фотодиод, радиочастотную катушку, камеру поглощения, входную и выходную линзу, линейный поляризатор, четвертьволновую пластинку, интерференционный фильтр, собирающую линзу, расположен в конце крыла; электронный блок, содержащий лампу накачки, расположен в корпусе БПЛА; световод проложен внутри крыла, лампа накачки оснащена системой питания и стабилизации температуры, камера поглощения оснащена системой стабилизации температуры, рабочим веществом магниточувствительного элемента являются атомы изотопа Rb; в камере поглощения использован буферный газ Не.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность проведения высокоточной магнитометрической съемки с помощью квантового рубидиевого Mz аэромагнитометра, установленного на БПЛА, для построения карт масштабом 1:10000 с погрешностью измерения модуля полного вектора магнитной индукции до 2 нТл.
Сущность технического решения поясняется чертежом, на котором представлена оптическая схема квантового рубидиевого Mz аэромагнитометра (фиг. 1).
Квантовый рубидиевый Mz аэромагнитометр включает в себя:
1 - лампу накачки с системой питания и стабилизации температуры,
2 - световод,
3 - собирающую линзу,
4 - интерференционный фильтр,
5 - поляризатор,
6 - четвертьволновую пластинку,
7 - камеру поглощения с системой стабилизации температуры,
8 - фотодиод,
9 - блок электроники,
10 - датчик магниточувствительный,
11 - входную линзу камеры поглощения,
12 - выходную линзу камеры поглощения,
13 - радиочастотную катушку.
Данные составные элементы смонтированы в корпус БПЛА легкого типа среднего радиуса действия конструкции «крыло» с расположением двигателя в задней части.
87
87
87
87
Работает устройство следующим образом: свет от лампы накачки, расположенной в блоке электроники, транслируется по световоду в датчик магниточувствительный. Лампа накачки содержит изотоп Rb. Свет из световода попадает на линзу в датчике магниточувствительном, которая вместе с входной линзой камеры поглощения формирует пучок света, близкий к параллельному, проходящий через камеру поглощения. Камера поглощения содержит буферный газ Не и изотоп Rb. Буферный газ снижает диффузию оптически ориентированных атомов к стенкам камеры поглощения и, таким образом, уменьшает число дезориентирующих соударений, что увеличивает амплитуду сигнала и сужает линию магнитного резонанса. Интерференционный фильтр выделяет из широкого спектра, излучаемого лампой накачки, оптическую линию с длинной волны 7947,47 , которая используется для оптической ориентации атомов изотопа Rb. Поляризатор выделяет свет с линейной поляризацией. Четвертьволновая пластинка используется для преобразования линейно поляризованного света в циркулярно поляризованный, который несет момент количества движения. При поглощении квантов циркулярно поляризованного света их момент количества движения передается атомам изотопа Rb, что приводит к оптической ориентации. Выходная линза камеры поглощения собирает прошедший через камеру поглощения свет и направляет его в фотодиод.
87
87
res
Одновременно с оптическим воздействием, атомы изотопа Rb подвергаются воздействию поля, создаваемого радиочастотной катушкой. Частота поля поддерживается равной частоте магнитного резонанса атомов. При этом частота магнитного резонанса ƒ связана со значением индукции магнитного поля В через гиромагнитное отношение. Его величина зависит от рабочего вещества магниточувствительного датчика и для Rbсоставляет K ≈ 6,995795 Гц/нТл.
Для обеспечения нормальной работы системы слежения за центром линии магнитного резонанса в частоту резонансного поля вводится низкочастотная фазовая модуляция, которая вызывает изменение прозрачности камеры поглощения. При точном совпадении значения частоты резонансного поля частоте магнитного резонанса на выходе фотодиода имеется только вторая гармоника частоты модуляции. При несовпадении частот поля и магнитного резонанса на выходе фотодиода появляется первая гармоника частоты модуляции, фаза которой несет информацию о знаке расстройки, а амплитуда - о величине расстройки. Таким образом, сигнал с фотодиода управляет работой системы слежения, заставляя радиочастотную катушку менять частоту поля так, чтобы она была равна частоте магнитного резонанса. Синхронизация со временем и навигационным модулем ведется 10 раз в секунду.
Источники информации
1. Патент на полезную модель SU 1279378.
2. Патент на полезную модель SU 1584591.
3. Патент на полезную модель RU 50319.