В России создан квантовый магнитометр с лазерной накачкой

Ключевая особенность прибора – сниженное в разы энергопотребление

Закончен выпуск опытной партии энергоэффективных квантовых магнитометров с лазерной накачкой для обнаружения металлических предметов и твёрдых полезных ископаемых. Прибор, предназначенный для использования в археологических раскопках и геологической разведке, обладает высокой чувствительностью, уменьшенной массой, низким энергопотреблением. Его использование позволяет увеличить эффективность и, как следствие, снизить себестоимость соответствующих поисковых работ. Разработка прибора осуществлялась учёными ФИАНа в кооперации с сотрудниками ИЗМИРАН и ФТИ им. А.Ф.Иоффе.

Квантовые магнитометры с оптической накачкой появились около 50 лет назад и в течение длительного времени их конструкция принципиально не менялась. Однако, с развитием полупроводниковых технологий, в последние годы появилась возможность заменить источник излучения в приборах такого типа (газоразрядная лампа) на лазер с вертикальным резонатором. При этом речь идет о замене узла, потребляющего около 80 % всей энергии (~10 Вт), необходимой для функционирования прибора на элемент, для работы которого потребно всего 0,2 Вт. Столь существенная разница обусловлена различием в коэффициентах полезного действия данных элементов.

Квантовый магнитометр представляет собой радиочастотный генератор, состоящий из усилителя и резонансного фильтра с фазовращателем в цепи положительной обратной связи. Частота резонансного фильтра однозначно определяется магнитным полем, в котором находится датчик магнитометра. При правильной задержке фазы в цепи обратной связи генератор возбуждается на частоте, определяемой магнитным полем. В пульте магнитометра частота генерации измеряется и преобразуется в значение модуля индукции магнитного поля. Значение поля вместе с координатами и временем измерения регистрируется на экране пульта и записывается в памяти.

Общий вид магнитометра. Фото с сайта fian-inform.ru

Представляемый магнитометр обладает следующими характеристиками:
• Пределы измерений модуля индукции магнитного поля – от 20 до 100 мкТл;
• Чувствительность (СКО) – 5 пТл;
• Абсолютная погрешность измерений ±1 нТл;
• Скорость измерений – до 40 в секунду;
• Время готовности к работе с момента включения – менее 15 мин;
• Время непрерывной работы – до 10...12 часов без смены батареи;
• Масса рабочего комплекта – 3,5 кг;
• Диапазон рабочих температур – от минус 20 до плюс 40 °C;
• Запись данных на съемный носитель (SD card).

Программа управления режимом съемки позволяет оператору передвигаться по заранее заданному в программе маршруту с автоматическим присвоением Номеров Пикета и Профиля. При необходимости, детализация проведенного отдельного измерения или серии измерений просматривается на экране пульта управления.

Ключевая особенность прибора – сниженное в разы энергопотребление, но также отказ от газоразрядной лампы в пользу современного полупроводникового лазера позволил использовать легковесные Li-ion аккумуляторы вместо традиционных свинцовых. Данный факт должен быть положительно воспринят в первую очередь операторами подобных приборов, поскольку им приходится в течение рабочего дня носить на себе один – два комплекта источников питания, а это – дополнительные несколько килограммов нагрузки.

В тоже время продолжительность работы прибора при использовании легковесных Li-ion аккумуляторов при проведении магнитной съемки составляет 10-12 часов. Разработчики небезосновательно рассчитывают в ближайшей перспективе удвоить этот ресурс за счёт снижения энергопотребления.

Что касается достигнутых в данной конструкции метрологических параметров, то по своему уровню они соответствуют мировым аналогам.

Комментируя это достижение, ведущий научный сотрудник Лаборатории стандартов частоты ФИАН, к.ф-м.н. Владимир Величанский сообщил следующее.

«На основе технологий, разработанных в процессе создания квантового магнитометра, возможно создание магнитометров и для других приложений, в том числе магнитокардиографии, аэромагнитометрии, а также морской магнитометрии».

Источник: АНИ «ФИАН-информ»