[發明專利]一種用于CPT磁力儀的氣室工作溫度自動標定系統及方法

有效

• 申請號: 201810291485.2
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN108614224B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 寇軍;王學鋒;盧向東;桑建芝;張笑楠;李潔;李明飛;孫曉潔;鄧意成;代亞東;曹建勛
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

一種用于CPT磁力儀的氣室工作溫度自動標定系統及方法，該系統包括激光生成模塊、微波信號源、四分之一波片、原子氣室、氣室溫控模塊、數據采集模塊以及上位機，該方法在穩定入射光源功率和頻率的基礎上，確定微波掃描的中心頻率和范圍，利用數據采集模塊測量從原子氣室出射激光的光強和氣室溫度，得到CPT信號峰并計算信號峰的幅寬比。通過上位機控制氣室溫控模塊多次改變氣室的溫度，得到多個信號幅寬比，并擬合得到信號幅寬比曲線，信號幅寬比曲線的最大值對應的溫度即為氣室的最優工作溫度，從而完成氣室工作溫度的自動標定。采用本發明的氣室最優工作溫度自動標定方法，方便了原子氣室的測試及工作參數的設置，提高了工作效率和整機性能。

技術領域

本發明涉及一種用于CPT磁力儀的氣室工作溫度自動標定系統及方法，屬于磁場測量領域。

背景技術

磁場測量可用于地球物理研究、油氣和礦產勘查、軍事國防、醫學診斷、地質調查及考古研究等領域。基于相干粒子數捕獲(Coherent Population Trapping，CPT)效應的CPT磁力儀利用原子能級在磁場中的塞曼劈裂，通過檢測激光與原子作用后的透射光譜來實現對磁場的測量，具有較高的準確性和靈敏度。原子氣室是CPT磁力儀中的一個重要組成部分，用于敏感環境磁場，CPT 信號的信噪比受原子密度的影響，而原子密度與原子氣室溫度直接相關，因此，選擇適當的工作溫度以獲得CPT磁力儀正常工作所需的原子密度是十分重要的。

由于加工工藝的限制，不同的原子氣室個體存在差異，物理參數例如氣室尺寸、緩沖氣體壓強、緩沖氣體比例等并不相同，原子氣室的最優工作溫度也不盡相同。目前針對CPT磁力儀系統，在進行磁場測量之前一般采用手動調節測試確定氣室最優工作溫度的方式，這種方式效率低，需要多次調試參數嘗試，并且最終得到的參數也不一定是最優參數。因此，急需一種原子氣室最優工作溫度的自動調節方法。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種用于CPT磁力儀的氣室工作溫度自動標定系統及方法，能夠實現原子氣室最優工作溫度的自動標定，提高了工作效率。

本發明采用的技術方案為：

一種用于CPT磁力儀的氣室工作溫度自動標定系統，包括：激光生成模塊、微波信號源、四分之一波片、原子氣室、氣室溫控模塊、數據采集模塊以及上位機；

上位機控制微波信號源給激光生成模塊提供調制信號，令激光生成模塊產生激光，通過四分之一波片轉換為圓偏振光后送入原子氣室，上位機控制氣室溫控模塊對原子氣室進行加熱，同時，通過數據采集模塊采集原子氣室的實時溫度和光強，得到CPT信號峰曲線，進而確定信號幅寬比；上位機控制氣室溫控模塊多次改變原子氣室的溫度，得到多個CPT信號峰曲線以及多個信號幅寬比，并根據所有信號幅寬比確定原子氣室的最優工作溫度，完成用于CPT磁力儀的氣室工作溫度自動標定。

所述調制信號的掃描范圍為[ω_center-ω_band,ω_center+ω_band]，其中，ω_center為微波信號源產生的調制信號的中心頻率，ω_band為掃描半邊范圍，所述CPT信號峰曲線表示激光與原子相互作用后的透射光譜，以光強為縱坐標，以調制信號的頻率為橫坐標，信號幅寬比是指CPT信號峰曲線的幅度與半高寬的比值。

所述激光生成模塊包括激光器、激光器電流源和激光器溫控電路，激光器電流源為激光器提供恒定工作電流，激光器溫控電路控制激光器的恒定工作溫度，所述調制信號提供給激光器，令激光生成模塊產生功率恒定、頻率與原子躍遷共振的激光。

所述氣室溫控模塊包括加熱片、溫度傳感器和溫度控制器，上位機通過溫度控制器控制加熱片工作，對原子氣室進行加熱，同時，溫度控制器通過溫度傳感器采集原子氣室的溫度并通過數據采集模塊反饋給上位機。

所述加熱片包覆在原子氣室外壁上，所述溫度傳感器設置在加熱片中心位置處。