[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

一種基于光泵核磁共振的三維線圈系數標定方法，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。本方法特點精度高、避免使用其它磁場測量儀器，同時具備操作簡單、通用性好的優點，能夠方便應用于核磁共振陀螺儀三維線圈的線圈系數測定。

技術領域

本發明涉及的是一種核磁共振領域的技術，具體是一種基于光泵核磁共振的三維線圈系數標定方法。

背景技術

核磁共振陀螺在航空、航天、航海、交通等領域具有廣闊的應用前景，其中作為核心組件的三維線圈的性能指標對核磁共振陀螺的檢測精度有極大影響，但核磁共振陀螺三維線圈為小尺寸異形線圈，很難通過常規方式進行標定。現有技術有采用微型三軸磁通門、采用核磁共振法標定以及基于SERF磁強計進行線圈標定，由于線圈體積較小，磁強計探頭受限于其大小與形狀無法放置在線圈中心，從而會導致較大的標定誤差精度，無法應用于核磁共振陀螺儀三維線圈的標定。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種基于光泵核磁共振的三維線圈系數標定方法，標定方法特點精度高、避免使用其它磁場測量儀器，同時具備操作簡單、通用性好的優點，能夠方便應用于核磁共振陀螺儀三維線圈的線圈系數測定。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明通過將裝有銫原子及一些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。

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。

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。

技術效果

本發明整體解決了現有磁通門磁強計在進行線圈標定時，受線圈體積形狀、磁強計體積形狀等限制無法對線圈中心點進行精確有效地標定，且由于磁力儀探頭體積形狀限制導致的標定不精確以及由于標定三圍線圈導致的繁瑣安裝過程的技術問題。

與現有技術相比，本發明通過光泵磁共振效應可以精確地對三維線圈中心進行精確地標定，精度高、避免使用其它磁場測量儀器。本發明中所使用的原子氣室尺寸形狀容易進行更改，目前尺寸最小可到1mm級別，可以不受所標定線圈形狀、大小的影響。同時，標定每一維線圈系數時不用進行裝拆，具備操作簡單、通用性好的優點，能夠方便應用于核磁共振陀螺儀三維線圈的線圈系數測定。

附圖說明

圖1為本發明的結構圖；

圖2和圖3為實施例檢測裝置示意圖；

圖4和圖5為實施例效果示意圖；

圖中：泵浦激光光源1、線偏振片2、λ/4波長光學鏡片3、磁屏蔽筒4、x軸亥姆霍茲線圈5、y軸亥姆霍茲線圈6、銫原子氣室7、z軸亥姆霍茲線圈8、光電探測器9、鎖相放大器10。