[發明專利]基于光泵核磁共振的三維線圈系數標定方法

有效

• 申請號: 202011590765.7
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112816926B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 鐘國宸;郭陽;劉華;李紹良;趙萬良
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G01R33/44
• 分類號: G01R33/44
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種基于光泵核磁共振的三維線圈系數標定方法，其特征在于，通過將裝有銫原子及緩沖氣體的原子玻璃氣室置于三維線圈中心，分別對三維線圈中任意一個或兩個方向上的線圈施加電流并產生直流磁場并通過左旋圓偏振光照射原子氣室，圓偏振光照射的方向與所施加直流磁場在同一平面，同時在垂直于直流磁場與圓偏振光平面的方向施加一頻率固定的射頻磁場，通過調整電流大小達到光泵核磁共振狀態，此時透過原子氣室的光會受到銫原子的最大調制，對出射光進行光電轉換和解調后得到出射光的幅值，當獲得最大幅值所對應的電流值時即實現線圈系數標定。

2.根據權利要求1所述的基于光泵核磁共振的三維線圈系數標定方法，其特征是，所述的光泵核磁共振狀態是指：射頻磁場的頻率ω＝γB₀，其中：γ是銫原子的旋磁比，為固定常數，B₀為直流磁場的場強，射頻磁場的場強B₁cosωt。

3.根據權利要求1所述的基于光泵核磁共振的三維線圈系數標定方法，其特征是，所述的最大幅值所對應的電流值，通過對出射光進行光電轉換和解調后得到出射光的幅值，當幅值最大時即最大調制點，所對應的電流值I滿足ω＝γIλ，從而得到對應方向上的線圈的線圈系數λ。

4.根據權利要求1～3中任一所述的基于光泵核磁共振的三維線圈系數標定方法，其特征是，具體包括以下步驟：

①x軸方向上線圈系數λ_x標定：

1.1)通過泵浦激光光源發出的泵浦方向沿x方向使銫原子極化，當在泵浦激光方向平行的x軸亥姆霍茲線圈上施加電流產生平行于泵浦激光方向的磁場B₀＝I_xλ_x，其中：I_x為施加在線圈上電流通過萬用表進行電流值讀取，λ_x為x軸亥姆霍茲線圈的線圈系數，同時在垂直于泵浦光方向的y軸亥姆霍茲線圈或z軸亥姆霍茲線圈上施加射頻磁場B₁cosωt，其中射頻磁場頻率ω為一確定值；

1.2)從零開始逐漸增大電流I_x，使得平行于泵浦激光方向的磁場對應B₀增加，直至產生光泵磁共振的現象，此時透射光光強將受到銫原子以射頻磁場頻率ω最大幅度的頻率調制，ω＝γB₀，其中：γ為銫原子的旋磁比，通過光電探測器檢測得到的正弦波波形輸入鎖相放大器中用頻率為ω的參考信號進行鎖相即可得到信號的幅值大小，調節I_x使得鎖相放大器輸出最大，尋找當信號幅值最大時所對應的電流I_xmax，通過使用萬用表上讀取此時施加在線圈上電流值I_xmax計算得到所對應的線圈系數

②y軸方向上線圈系數λ_y的標定：

2.1)泵浦激光光源發出的泵浦方向沿x方向使銫原子極化，當同時在x軸亥姆霍茲線圈、y軸亥姆霍茲線圈上施加電流I_x、I_y，則產生兩個正交磁場矢量和其中：施加于線圈上的電流I_x、I_y通過萬用表分別讀出，此時在垂直于磁場B₀的平面z軸亥姆霍茲線圈上施加射頻磁場B₁cosωt，設定射頻磁場頻率ω為一確定值；

2.2)固定電流I_x不變的同時，從零開始逐漸增大電流I_y，直至產生光泵磁共振的現象，此時透射光光強將受到銫原子以射頻磁場頻率ω最大幅度的頻率調制，ω＝γB₀，其中：γ為銫原子的旋磁比，通過光電探測器檢測得到的正弦波波形輸入鎖相放大器中用頻率為ω的參考信號進行鎖相即可得到信號的幅值大小，調節I_y使得鎖相放大器輸出最大，尋找當信號幅值最大時所對應的電流I_ymax，通過使用萬用表上讀取此時施加在線圈上電流值I_ymax，結合步驟①得到的線圈系數λ_x計算得到所對應的線圈系數

③z軸方向上線圈系數λ_z的標定與λ_y類似：

3.1)泵浦激光光源發出的泵浦方向沿x方向使銫原子極化，當分別在x方向線圈，z方向線圈上施加電流I_x、I_z，此時產生的磁場大小為兩個正交磁場矢量和線圈上所施加的電流I_x、I_z可通過萬用表分別讀出，在垂直于磁場B₀的平面y方向線圈上施加射頻磁場B₁cosωt，設定射頻磁場頻率ω為一確定值；

設定x方向線圈上電流I_x為一固定值，從零開始逐漸增大z方向線圈上電流I_z，直至產生光泵磁共振的現象，此時透射光光強將受到銫原子以射頻磁場頻率ω最大幅度的頻率調制，ω＝γB₀，其中：γ為銫原子的旋磁比，通過光電探測器檢測得到的正弦波波形輸入鎖相放大器中用頻率為ω的參考信號進行鎖相即可得到信號的幅值大小，調節I_z使得鎖相放大器輸出最大，尋找當信號幅值最大時所對應的電流I_zmax，通過使用萬用表上讀取此時施加在線圈上電流值I_zmax，結合步驟①得到的線圈系數λ_x計算得到所對應的線圈系數