[發(fā)明專利]一種無(wú)盲區(qū)光泵磁力儀探頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711448924.8
• 申請(qǐng)日: 2017-12-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108279390B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石銘;王羚;張樊;顧清;劉易德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一0研究所
• 主分類號(hào): G01R33/032
• 分類號(hào): G01R33/032
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 李微微;仇蕾安

本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)盲區(qū)光泵磁力儀探頭，通過(guò)采用單光源以及布置在兩個(gè)互相垂直的平面內(nèi)且軸對(duì)稱的四個(gè)極化單元，克服Mz結(jié)構(gòu)、Mx結(jié)構(gòu)以及Bell?bloom結(jié)構(gòu)等類型光泵磁力儀所固有的盲區(qū)特性；對(duì)一般的Mz結(jié)構(gòu)、Mx結(jié)構(gòu)以及Bell?bloom結(jié)構(gòu)等類型光泵磁力儀，當(dāng)探頭與磁場(chǎng)之間的夾角在一定范圍時(shí)，磁力儀獲取不到信號(hào)，產(chǎn)生盲區(qū)，本發(fā)明的探頭結(jié)構(gòu)對(duì)任意方向的磁場(chǎng)均能正常工作，且采用單光源與凹面鏡的設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小的技術(shù)特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁力計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)盲區(qū)光泵磁力儀探頭。

背景技術(shù)

堿金屬或氦原子能級(jí)在弱磁場(chǎng)中產(chǎn)生塞曼分裂，能級(jí)分裂大小與磁場(chǎng)大小成正比。在熱平衡條件下，各塞曼子能級(jí)遵從波爾茲曼分布，各能級(jí)接近均勻分布。在光泵浦作用下，特定偏振狀態(tài)的光被工作原子吸收，原子對(duì)光的吸收在滿足能量守恒的同時(shí)還受到選擇定則的約束，原子熱平衡狀態(tài)在光泵浦作用下被打破而產(chǎn)生一定的自旋取向，在光傳播方向上形成宏觀磁矩。宏觀磁矩使原子在磁場(chǎng)中受到力矩作用，其圍繞磁場(chǎng)作拉莫爾進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)頻率與磁場(chǎng)成正比，可表示為ω＝γB，γ為旋磁比。利用射頻線圈產(chǎn)生的射頻頻率與拉莫爾頻率產(chǎn)生共振的方法，或者利用對(duì)激光波長(zhǎng)、強(qiáng)度或偏振態(tài)的調(diào)制頻率與拉莫爾頻率產(chǎn)生共振的方法，通過(guò)信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)獲取拉莫爾頻率，根據(jù)其與磁場(chǎng)的正比例關(guān)系，得到磁場(chǎng)大小。

以上是光泵原子磁力儀的基本原理。以磁場(chǎng)方向?yàn)閦方向，磁場(chǎng)與光傳播方向的夾角用θ表示，信號(hào)大小與θ角相關(guān)。對(duì)于M_z結(jié)構(gòu)光泵原子磁力儀，信號(hào)大小與cos²θ成正比，當(dāng)θ＝0°、180°時(shí)，信號(hào)最大，而當(dāng)θ＝90°、270°時(shí)，信號(hào)為0，產(chǎn)生盲區(qū)。對(duì)于M_x結(jié)構(gòu)光泵原子磁力儀，信號(hào)大小與sinθcosθ成正比，當(dāng)θ＝45°、135°、225°、315°時(shí)，信號(hào)最大，而當(dāng)θ＝0°、90°、180°、270°時(shí)，信號(hào)為0，產(chǎn)生盲區(qū)。對(duì)于Bell-bloom結(jié)構(gòu)光泵原子磁力儀，信號(hào)大小與sin²θ成正比，當(dāng)θ＝90°、270°時(shí)，信號(hào)最大，而當(dāng)θ＝0°、180°時(shí)，信號(hào)為0，產(chǎn)生盲區(qū)。

在實(shí)際應(yīng)用中，由于待測(cè)磁場(chǎng)未知，當(dāng)磁場(chǎng)與儀器間的角度處于或接近盲區(qū)時(shí)，導(dǎo)致信號(hào)很小甚至沒(méi)有信號(hào)，需要不斷調(diào)節(jié)儀器方位。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)盲區(qū)光泵磁力儀探頭，能夠消除傳統(tǒng)磁力儀所固有的盲區(qū)特性，可以避免設(shè)備在工作工程中可能出現(xiàn)的信號(hào)丟失現(xiàn)象，具有工作穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小等優(yōu)點(diǎn)。

一種光泵磁力儀探頭，包括凹面鏡(9)、原子光譜燈(3)、光電探測(cè)器(1)以及四個(gè)單元；

光電探測(cè)器(1)和原子光譜燈(3)均位于凹面鏡(9)的主軸上，兩者與凹面鏡(9)的距離分別為v、u，u＜R，且滿足1/u+1/v＝2/R，其中，R為凹面鏡(9)的半徑；原子光譜燈(3)位于凹面鏡(9)的反射面與其圓心(2)之間的位置，光電探測(cè)器(1)位于原子光譜燈(3)的像點(diǎn)位置；

四個(gè)單元分別位于兩個(gè)互相垂直的平面，且四個(gè)單元相對(duì)于凹面鏡(9)的主軸對(duì)稱；

每個(gè)單元從原子光譜燈(3)方向到光電探測(cè)器(1)的方向依次包括共軸布置的凹透鏡(8)、偏振片(7)、1/4波片(6)、原子吸收室(5)以及凸透鏡(4)；

其中，凸透鏡(4)與光電探測(cè)器(1)的距離等于凸透鏡(4)的焦距；凹透鏡(8)與光電探測(cè)器(1)之間的距離等于凹透鏡(8)的焦距。

較佳的，各單元的光軸與凹面鏡(9)主軸的夾角為20°。

本發(fā)明具有如下有益效果：