[發明專利]一種基于原子磁力儀的三維空間磁場測繪裝置

有效

• 申請號: 202010216164.3
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111273205B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 李瑩穎;王凱;徐馥芳;馬明祥;汪杰;羅玉昆
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍事科學院國防科技創新研究院
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 劉伊旸;周曉艷

1.一種基于原子磁力儀的三維空間磁場測繪裝置，其特征在于，包括光路模塊、傳感表頭、溫度控制模塊和信號分析控制模塊；光路模塊包括激光發射單元和光束放大單元；激光發射單元發射的激光經光束放大單元放大后，發射到傳感表頭；溫度控制模塊圍繞著傳感表頭設置；信號分析控制模塊分別與激光發射單元和傳感表頭連接；

所述傳感表頭包括原子氣室(201)、光電探測陣列(202)和無磁線性平移臺(203)，原子氣室(201)、光電探測陣列(202)沿著光傳播方向依次設置，所述無磁線性平移臺(203)與原子氣室(201)、光電探測陣列(202)固連在一起，用于改變原子氣室(201)、光電探測陣列(202)沿光傳播方向上的位置；

所述激光發射單元包括依次設置的激光控制器(101)、激光器(102)、二分之一波片(103)、偏振分光鏡(104)和偏振調制元件(105)；所述激光器(102)用于向原子氣室(201)發射激光，所述偏振分光鏡(104)用于將激光器(102)發射的激光分為主光束(A)和參考光束(B)，所述二分之一波片(103)用于調整主光束(A)和參考光束(B)的光功率，所述激光控制器(101)設置在參考光束(B)光路上并用于實現對激光頻率和功率的選擇及穩定；所述偏振調制元件(105)用于對主光束(A)的偏振狀態進行周期性調制。

2.根據權利要求1所述的一種基于原子磁力儀的三維空間磁場測繪裝置，其特征在于，所述光束放大單元包括擴束鏡(106)、平面反射鏡(107)、四分之一波片(108)和球面反射鏡組；經偏振調制元件(105)周期性調制的主光束依次經過擴束鏡(106)、平面反射鏡(107)、四分之一波片(108)和球面反射鏡組；所述擴束鏡(106)和球面反射鏡組用于擴大主光束的光斑尺寸；所述四分之一波片(108)用于將線偏振激光轉化為圓偏振狀態。

3.根據權利要求2所述的一種基于原子磁力儀的三維空間磁場測繪裝置，其特征在于，所述球面反射鏡組包括沿著光傳播方向依次設置的第一球面反射鏡(109)、第二球面反射鏡(110)和第三球面反射鏡(111)；所述平面反射鏡(107)、第一球面反射鏡(109)、第二球面反射鏡(110)和第三球面反射鏡(111)的反射方向均可單獨調節，使激光覆蓋原子氣室。

4.根據權利要求1～3任意一項所述的一種基于原子磁力儀的三維空間磁場測繪裝置，其特征在于，所述原子氣室(201)為密閉透光氣室，原子氣室內充有堿金屬原子蒸汽、氫氣和氮氣。

5.根據權利要求4所述的一種基于原子磁力儀的三維空間磁場測繪裝置，其特征在于，所述原子氣室(201)為扁平長方體氣室，氣室最大端面與氣室內激光傳播方向垂直設置。

6.根據權利要求5所述的一種基于原子磁力儀的三維空間磁場測繪裝置，其特征在于，所述光電探測陣列(202)設置在主光束(A)光路上，用于將光信號轉化為電壓信號。

7.根據權利要求5或6所述的一種基于原子磁力儀的三維空間磁場測繪裝置，其特征在于，所述溫度控制模塊包括設置在原子氣室上的無磁溫度傳感器(301)、圍繞傳感表頭設置的電加熱片(303)以及溫度控制器(302)，所述溫度控制器(302)接收來自無磁溫度傳感器(301)的溫度信號并向電加熱片(303)發出對應的溫度控制信號。

8.根據權利要求7所述的一種基于原子磁力儀的三維空間磁場測繪裝置，其特征在于，所述信號分析控制模塊包含偏振調制控制器(401)、數模/模數轉換電路(402)和數據處理服務器(403)；

所述偏振調制控制器(401)輸出端與偏振調制元件(105)相連，用于產生偏振調制驅動信號；

所述數模/模數轉換電路(402)的模數轉換輸入端與光電探測陣列(202)輸出端連接，所述數模/模數轉換電路(402)的數模轉換輸出端與偏振調制控制器(401)輸入端連接；

所述數據處理服務器(403)通過數模/模數轉換電路(402)與光電探測陣列(202)、偏振調制控制器(401)分別連接，并用于接收來自光電探測陣列(202)的電壓信號進行磁場信號解算且發出對應的偏振控制信號。