[發(fā)明專利]磁力計探頭及磁場測量方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011069479.6 | 申請日： | 2020-09-30 |
| 公開（公告）號： | CN112180303B | 公開（公告）日： | 2022-12-13 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 靖克;榮星;謝一進;朱云彬;于會堯;謝才津;杜江峰 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) |
| 主分類號： | G01R33/032 | 分類號： | G01R33/032 |
| 代理公司： | 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021 | 代理人： | 周天宇 |
| 地址： | 230026 安*** | 國省代碼： | 安徽;34 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 磁力計 探頭 磁場 測量方法 | ||
本公開提供了一種磁力計探頭，包括：靜磁場發(fā)生裝置、操控場發(fā)生裝置、基于固態(tài)自旋的磁敏感單元及信號接收與轉(zhuǎn)換單元；所述靜磁場發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生穩(wěn)恒靜磁場；所述操控場發(fā)生裝置為微帶線結(jié)構(gòu)或者共平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，用于產(chǎn)生操控場；所述基于固態(tài)自旋的磁敏感單元，位于所述穩(wěn)恒靜磁場和待測磁場中，在外部光源和所述操控場作用下，所述固態(tài)自旋中電子自旋態(tài)發(fā)生躍遷，產(chǎn)生熒光信號；所述信號接收與轉(zhuǎn)換單元，用于接收所述熒光信號，并將所述熒光信號轉(zhuǎn)換成電信號，所述電信號包含所述待測磁場的信息。所述操控場發(fā)生裝置開設(shè)有透光部，以使所述熒光信號穿過所述透光部發(fā)射到所述信號接收與轉(zhuǎn)換單元。本公開還提供了一種磁場測量方法。
技術(shù)領(lǐng)域
本公開涉及磁場測量領(lǐng)域，具體涉及一種磁力計探頭和磁場測量方法。
背景技術(shù)
磁傳感技術(shù)作為當(dāng)代一種不可或缺的技術(shù)手段，廣泛應(yīng)用在地球與空間物理、軍事技術(shù)、生物與醫(yī)學(xué)、工業(yè)等領(lǐng)域。其中基于固態(tài)自旋的磁傳感器由于其高空間分辨率、高靈敏度，加上良好的可擴展性，成為近年來的研究熱點。
但現(xiàn)有技術(shù)中，基于固態(tài)自旋的磁傳感器的探頭部分存在諸多不足。由于探頭中操控場發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)的局限性，使得操控場分布不均，磁場測量準(zhǔn)確度下降；傳統(tǒng)的熒光收集方式收集效率低下，包含磁場信息的熒光信號大量損失，進而磁傳感器靈敏度下降。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了克服上述問題的至少一個方面，本公開提供一種磁力計探頭，包括：
靜磁場發(fā)生裝置、操控場發(fā)生裝置、基于固態(tài)自旋的磁敏感單元及信號接收與轉(zhuǎn)換單元；
所述靜磁場發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生穩(wěn)恒靜磁場；
所述操控場發(fā)生裝置為微帶線結(jié)構(gòu)或者共平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，用于產(chǎn)生操控場；
所述基于固態(tài)自旋的磁敏感單元，位于所述穩(wěn)恒靜磁場和待測磁場中，在外部光源和所述操控場作用下，所述固態(tài)自旋中電子自旋態(tài)發(fā)生躍遷，產(chǎn)生熒光信號；
所述信號接收與轉(zhuǎn)換單元，用于接收所述熒光信號，并將所述熒光信號轉(zhuǎn)換成電信號，所述電信號包含所述待測磁場的信息；
其中，所述操控場發(fā)生裝置的中心部位開設(shè)有透光部，以使所述熒光信號穿過所述透光部發(fā)射到所述信號接收與轉(zhuǎn)換單元。
可選地，所述基于固態(tài)自旋的磁敏感單元為含有氮-空位色心的金剛石樣品、硅-空位色心的金剛石樣品或含有硅-空位色心的碳化硅樣品。
可選地，所述基于固態(tài)自旋的磁敏感單元的預(yù)設(shè)面上鍍有反射膜，所述反射膜用于對所述基于固態(tài)自旋的磁敏感單元產(chǎn)生的所述熒光信號進行反射，以使所述熒光信號從未鍍有所述反射膜的面上射出至所述透光部；
在任一所述預(yù)設(shè)面上開設(shè)入射窗口，所述外部光源從所述入射窗口射入，或從任一所述未鍍有所述反射膜的面射入。
可選地，所述未鍍有所述反射膜的面至少為一個，所述預(yù)設(shè)面為多個。
可選地，所述基于固態(tài)自旋的磁敏感單元上所述未鍍有所述反射膜的面與所述操控場發(fā)生裝置的所述透光部相對應(yīng)。
可選地，所述基于固態(tài)自旋的磁敏感單元，具體用于，
在所述穩(wěn)恒靜磁場的作用下，所述固態(tài)自旋中的電子自旋態(tài)躍遷的能級發(fā)生塞曼分裂得到塞曼能級；
在所述外部光源作用下，所述電子自旋態(tài)在基態(tài)與激發(fā)態(tài)之間發(fā)生躍遷，產(chǎn)生第一熒光信號；在所述操控場作用下，所述電子自旋態(tài)在所述塞曼能級內(nèi)發(fā)生躍遷，改變所述第一熒光信號的強度，得到第二熒光信號；
在所述待測磁場作用下，所述塞曼能級的能級差隨所述待測磁場的變化而變化，使所述第二熒光信號的強度隨所述待測磁場的能級差的變化而變化，得到所述熒光信號。
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