[發(fā)明專利]一種銣原子磁力儀及其磁場測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710270545.8
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107015172B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 繆培賢;楊世宇;王劍祥;廉吉慶;涂建輝;楊煒;崔敬忠
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州空間技術(shù)物理研究所
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 溫子云;仇蕾安

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁場測量領(lǐng)域，具體涉及一種大動態(tài)測量范圍、高磁場采樣率和靈敏度的銣原子磁力儀及其磁場測量方法。

背景技術(shù)

在磁場測量領(lǐng)域，測量儀器的動態(tài)測量范圍、磁場采樣率、靈敏度是三項重要的指標。目前國際上出現(xiàn)了Mz和Mx模式的光泵磁力儀(optical pumping magnetometer,OPM)、相干布居囚禁(coherent population trapping,CPT)磁力儀、非線性磁光旋轉(zhuǎn)(nonlinear magneto-optical rotation,NMOR)磁力儀、無自旋交換弛豫(spin-exchange relaxation free,SERF)磁力儀等多種原子磁力儀，文獻“劉國賓，孫獻平，顧思洪，馮繼文，周欣.高靈敏度原子磁力計研究進展.物理，2012,41:803”綜述了上述幾種原子磁力儀的國內(nèi)外進展。其中，NMOR原子磁力儀兼具有高靈敏度和快速響應的特點，與其他原子磁力儀相比在實際應用中更具有優(yōu)勢，而動態(tài)測量范圍小之前被認為是NMOR磁力儀的重要缺點。美國國家標準與技術(shù)研究院(NIST)的Kitching小組在頻率調(diào)制單光束NMOR原子磁力儀的基礎(chǔ)上采用數(shù)字鎖相環(huán)實現(xiàn)對拉莫爾進動頻率的自動跟蹤鎖定，實現(xiàn)了35nT～35000nT的動態(tài)測量范圍。國內(nèi)國防科學技術(shù)大學研制了NMOR銣原子磁力儀，測量范圍為±60nT，靈敏度達到1pT/Hz^1/2，具體參考文獻“丁志超,李瑩穎,汪之國,楊開勇,袁杰.基于法拉第旋轉(zhuǎn)檢測的銣原子磁力儀研究.中國激光,2015,42:0408003”。另外，文獻“董浩斌，張昌達.量子磁力儀再評說.工程地球物理學報,2010,7(4):460-470”介紹了目前國內(nèi)外量子磁力儀的進展情況。我國國土資源航空物探遙感中心研制的航空氦光泵磁力儀(HC-2000)，測量范圍為35000nT～65000nT，磁場采樣率可在1～15Hz內(nèi)自行調(diào)整，靈敏度達到3.0pT/Hz^1/2。杭州瑞聲海洋儀器有限公司推出的RS-HGB4B型航空氦光泵磁力儀，測量范圍為35000nT～70000nT，采樣率為0.2～10Hz，靜態(tài)噪聲≤0.01nT。總體來說，國內(nèi)原子磁力儀的研制還處于起步階段，原子磁力儀在靈敏度、測量范圍、磁場采樣率等指標上還有很大的提升空間。

國外的若干磁力儀產(chǎn)品動態(tài)測量范圍大、磁場采樣率高、靈敏度高，如核工業(yè)航測遙感中心引進加拿大Scintrex公司生產(chǎn)的CS-3光泵磁力儀，測量范圍為15000nT～105000nT，靈敏度為0.6pT/Hz^1/2RMS，其采樣率可選1Hz、10Hz、100Hz。加拿大GEM系統(tǒng)公司生產(chǎn)的GSMP-30型航空鉀磁力儀測量范圍為20000nT～100000nT，靈敏度為0.7pT/Hz^1/2@1Hz，磁場采樣率為1、5、10、20Hz。美國Geometrics公司最新推出了G-824A型航空銫磁力儀，測量范圍為20000nT～100000nT，靈敏度小于0.2pT/Hz^1/2RMS，磁場采樣率可達到1000Hz，然而中國進口這種磁力儀需要得到美國出口許可，國內(nèi)在軍工領(lǐng)域很難獲得這種磁力儀。

高性能的磁力儀可應用于地磁匹配導航、軍事磁異反潛、礦產(chǎn)資源勘探、空間磁場探測等。本發(fā)明基于非線性磁光旋轉(zhuǎn)原理，結(jié)合時序控制和跟蹤式鎖頻控制，提供了一種大動態(tài)測量范圍、高磁場采樣率、高靈敏度的銣原子磁力儀，在磁場測量領(lǐng)域內(nèi)若干指標方面填補了國內(nèi)空白。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種銣原子磁力儀及其磁場測量方法，基于非線性磁光旋轉(zhuǎn)原理，結(jié)合時序控制和跟蹤式鎖頻控制，實現(xiàn)了大動態(tài)測量范圍、高磁場采樣率和高靈敏度。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明具體方法如下：

一種銣原子磁力儀，包括銣原子磁力儀物理部分、DSP時序控制模塊、數(shù)據(jù)采集卡和計算單元；

DSP時序控制模塊，用于根據(jù)時序組合控制銣原子磁力儀物理部分中聲光調(diào)制器AOM、射頻信號源的開關(guān)；還根據(jù)時序組合控制數(shù)據(jù)采集卡的采集觸發(fā)；