Наш сайт доступен

на

52 языках

 

Visual Basic Рейтинг сайтов Наука / Образование

Техника и приборы

Квантовые магнитометры.

 

Кроме феррозондовых металлодетекторов наибольшее распространение получили квантовые приборы, основанные на эффекте ядерного магнитного резонанса и эффекте Зеемана с оптической накачкой. В них реализованы более фундаментальные физические принципы и они обладают большей чувствительностью. В классическом представлении свободные микрочастицы, обладающие как магнитным, так и механическим моментом, прецессируют в постоянном магнитном поле. Частота прецессии (частота Лармора) пропорциональна индукции магнитного поля В. Различают квантовые магнитометры со свободной и вынужденной ядерной прецессией. В магнитометре со свободной ядерной прецессией ампула с рабочим веществом (водой или другой протоносодержащей жидкостью) помещается в приемную катушку, которая включена в перестраиваемый по частоте колебательный контур. Вспомогательное постоянное магнитное поле, более сильное, чем измеряемое, поляризует рабочее вещество в перпендикулярном рабочему полю направлении. После быстрого отключения вспомогательного магнитного поля моменты атомных ядер свободно прецессируют относительно направления измеряемого поля В с экпоненциально убывающей в течении 2 – 3 с амплитудой. При этом в приемной катушке наводится ЭДС с частотой прецессии (Лармора), которая измеряется частотомером. Чувствительность протонных металлдетекторов со свободной прецессией в слабых однородных полях порядка земного магнитного поля достигает 1 nT. В металлодетекторах с оптической накачкой рабочего вещества фиксируется частота высокочастотного генератора при ее совпадении с частотой инверсных квантовых переходов между подуровнями тонкого и сверхтонкого магнитного расщепления. Момент совпадения наблюдают по резонансному поглощению световой энергии, сопровождаемому рассеянием или переломлением света при его взаимодействии с атомами рабочего вещества. Чувствительность таких металлодетекторов достигает 1Е-13 Тл. Существует еще класс сверхпроводящих магнитометров (металлодетекторов) основанных на эффекте Джозефсона. В качестве измерительного преобразователя в таких магнитометрах используется сверхпроводящие квантовые интерфферометры (СКВИДы) постоянного или пременного тока. В магнитометрах со СКВИДом постоянного тока приращение внешнего магнитного потока преобразуется в осциллирующее напряжение на контактах чувствительного элемента: при измерении подсчитывается полное число осцилляций напряжения за время наложения потока. В магнитометрах со СКВИДом переменного тока осциллирующей функцией магнитного потока является полная индуктивность сверхпроводящего кольца и, следовательно, напряжение на связанном с ним высокочастотном колебательном контуре. В сверхпроводящих магнитометрах достигнут рекордный уровень чувствительности 10Е-15 Тл на частотах 0-1 Гц. Недостатком магнитометров со СКВИДом является необходимость поддержания условий сверхпроводимости в объеме чувствительного элемента с помощью жидкого гелия или азота. Это усложняет конструкцию прибора и делает неудобным эксплуатацию в полевых условиях. Общим недостатком квантовых и сверхпроводящих магнитометров является их низкое быстродействие по сравнению с феррозондовыми магнитометрами, что может приводить к пропуску объектов поиска при быстром сканировании. Ниже приведены краткие описания и технические характеристики квантовых и сверхпроводящих магнитометров. СМАРТМАГ (SMARTMAG). Новый высокочувствительный магнитометр СМАРТМАГ (SMARTMAG) c преобразователем на парах цезия с оптической накачкой обладает высоким разрешением, долговременной стабильностью и сравнительно высоким быстродействием. СМАРТМАГ это компактный и легкий прибор, преобразователь которого фиксируется на штанге, а графический экран с разрешением 64х240 точек отображает разнообразную графическую информацию о режимах и результатах поиска. Вместе с магнитометром СМАРТМАГ поставляется специально разработанная система программного обеспечения, которая позволяет выполнять обработку магнитных профилей, картирование и выборочный анализ аномалий. Программное обеспечение предусматривает удобство и простоту передачи данных и их обработку на любом IBM-совместимом компьютере. Технические характеристики магнитометра СМАРТМАГ: диапазон измерений 20000-100000 нТ; чувствительность 0.01 нТ при стандартной частоте измерений 2 изм./сек; быстродействие 4; 2; 1; 0.5 измерений в секунду; питание – аккумуляторы 2х12В; время непрерывной работы – 8 часов; температурный диапазон эксплуатации от -20 до +50 0С; вес с аккумуляторами 10 кг. GSM-19. GSM-19 современный протонный магнитометр (фирма GEM System, Канада), обладающий возможностью конфигурирования узлов и преобразователей для решения различных задач. GSM-19 может быть использован как “пешеходный” магнитометр, с помощью которого возможно проводить почти непрерывный сбор данных на съемочном маршруте. Данные записываются через дискретные промежутки времени при перемещении прибора по маршруту. На каждом съемочном пикете оператор нажимает кнопку привязки полученных данных к опорным координатам. Для ускорения получения двумерной топологии магнитных аномалий возможна привязка магнитометра к опорным координатам, определяемых с помощью дифференциальной GPS-системы реального времени и навигационной опции. Точность определения координат в пределах 1 метра. GSM-19 возможно использовать для малоглубинных и глубинных морских съемок. В первом случае преобразователь магнитометра помещается в герметичную гондолу и на кабеле длиной до 100 м опускается под воду, во втором случае весь прибор с преобразователем опускается под воду в герметичной гондоле, рассчитанной на погружение до 300 м, и управление прибором и сбор данных идет через RS-232. Чувствительность GSM-19 достигает 0.02 нТ, диапазон 20000 – 100000 нТ. Емкость памяти прибора в зависимости от конфигурации и составляет от 6000 до 700000 измерений. G-858 Портативный цезиевый магнитометр-градиентометр G-858 обеспечивает высокую скорость поиска при высокой чувствительности. Прибор легко обнаруживает бочку на 6-метровой глубине. Благодаря высокому быстродействию возможно вести поиск быстрым шагом, покрывая в 10 раз большую площадь, чем с использованием предыдущих квантовых магнитометров, а с использованием горизонтального градиентометра возможно покрыть площадь поиска с 50% экономией времени. Технические характеристики G-858: рабочее вещество – нерадиоактивный Цезий 133; диапазон регистрации 17000 – 20000 нТ; чувствительность:0.05нТл при скорости цикла 0.1с; ошибка ориентации ± 1нТ; температурный дрейф 0.05нтл на 10 С; память на 8 часов поиска при максимальной частоте дискретизации. ММ-60М1 Переносной квантовый магнитометр ММ-60М1 (Россия) обладает высокой чувствительностью, быстродействием и стабильностью работы в неоднородных полях с градиентом до 2000нТл/м. Трехкамерная конструкция цезиевого магниточувствительного блока в сравнении с однокамерными приборами позволяет расширить в 3 – 4 рабочую угловую зону при одновременном снижении 1.5 – 2 раза ориентационных погрешностей Технические характеристики магнитометра ММ-60М1 Диапазон измерений 20000 – 100000нТл; Разрешение 0.01 нТл; Время одного измерения 0.1с; Объем памяти 7500 измерений; Диапазон рабочих температур от -10 до +500 С Потребляемая мощность 10 Вт; Габаритные размеры: магниточувствительный блок:132х157*1000 мм; консоль:100х200х230 мм; блок питания 125х220х174 мм Масса: магниточувствительный блок 2 кг; консоль 3кг; блок питания 4кг. МКК-01 Магнитометр квантовый калиевый МКК-01 (Россия, ГОИ). Магнитометр представляет собой радиоспектрометр, автоматически настраивающийся на частоту определенного перехода в спектре электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) паров калия, поляризуемых в основном состоянии с помощью оптической накачки. Магнитометр относится к классу самогенерирующих приборов, являясь квантовым генератором гармонического сигнала, частота которого связана известной зависимостью с модулем индукции поля. В первом приближении (с точностью лучше 1%) это линейная зависимость с коэффициентом пропорциональности 7Гц/нТл. Технические характеристики ММК-01: диапазон измерений 10000 – 80000нТл; систематическая погрешность, включая ориентационную менее 0.1нТл; диапазон рабочих температур от +15 до +350 С; напряжение питания 24В; потребляемая мощность 30Вт. СКВИД СКВИД – магнитометр разработан в Новосибирском государственном техническом университете. Он обладает самой высокой чувствительностью среди описанных выше магнитометров: 2Е-13 Тл. При этом условие сверхпроводимости чувствительного элемента обеспечивается жидким азотом, что с точки зрения эксплуатационных расходов гораздо выгоднее, чем охлаждение жидким гелием. Тем не менее для полевых условий такой магнитометр неудобен из-за необходимости иметь запас жидкого азота, неизбежно испаряющегося из рабочего объема преобразователя. Приведенные выше характеристики квантовых и феррозондовых магнитометров свидетельствуют о более высокой чувствительности квантовых приборов. Именно чувствительность является определяющим параметром при выборе оборудования для поиска. Особенно это важно, когда приходиться обследовать огромные площади морского дна на больших глубинах. Однако часто задача поиска имеет граничные условия по глубине поиска или существует возможность приблизить преобразователь к уровню вероятного залегания объекта, например, при поиске с поверхности воды на удлиняющем кабеле. В этом случае определяющим становится низкая цена, простота и надежность поискового прибора. Феррозондовые приборы обладают как раз этими несомненными достоинствами. Кроме этого рабочее вещество квантовых приборов имеет непродолжительный срок службы и часто небезопасно для окружающей среды, что удорожает эксплуатацию. Все это объясняет применение феррозондовых поисковых приборов в ВС различных государств и появление новых модификаций приборов с феррозондовыми преобразователями.     Дополнительно: Протонный магнитометр своими руками. Феррозондовый металлодетектор. Примеры работы с феррозондовыми металлодетекторами. автор: Арбузов Сергей Олегович статья: МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ПОИСКОВЫЕ ПРИБОРЫ. сайт: http://st.ess.ru/index.htm Если вам понравился сайт, то поделитесь со своими друзьями этой информацией в социальных сетях, просто нажав на кнопку вашей сети.