[發明專利]三軸矢量磁場探測方法和探測裝置

有效

• 申請號: 202110015793.4
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112816920B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 郭弘;彭翔;吳騰;肖偉;吳玉龍;張相志
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02;G01R33/032
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 陳旭紅;晏靜文

1.一種三軸矢量磁場探測方法，其特征在于，所述三軸矢量磁場探測方法包括：

提供一束激光；

對原子氣室的三個方向施加不同頻率的高頻率調制磁場；其中，所述高頻率調制磁場的范圍為1~2kHz，所述原子氣室的溫度為150℃~160℃；

將所述激光調整為圓偏振光，使所述圓偏振光入射所述原子氣室、經反射鏡反射后、再次通過所述原子氣室后射出，得到出射激光；

測量所述出射激光的光功率信號，并根據所述高頻率調制磁場對所述出射激光的光功率信號進行解調，以得到待測磁場的對應所述三個方向的磁場信息。

2.根據權利要求1所述的三軸矢量磁場探測方法，其特征在于，所述測量所述出射激光的光功率信號，并根據所述高頻率調制磁場對所述出射激光的光功率信號進行解調，得到對應所述三個方向的磁場信息之前，還包括：

根據PID閉環反饋，施加與所述待測磁場相反的補償磁場，以使所述原子氣室內的原子處于近零磁場的狀態，從而增加磁力儀的靈敏度。

3.根據權利要求1所述的三軸矢量磁場探測方法，其特征在于，還包括：

加熱所述原子氣室以增大所述原子氣室內的原子數密度，從而增強原子對所述圓偏振光的吸收。

4.根據權利要求1所述的三軸矢量磁場探測方法，其特征在于，包括：

所述圓偏振光入射所述原子氣室，經反射鏡反射90°后，再次通過所述原子氣室；其中，三維磁場線圈對所述原子氣室的三個方向施加的三個高頻率調制磁場兩兩相互垂直。

5.根據權利要求1所述的三軸矢量磁場探測方法，其特征在于，所述將所述激光調整為圓偏振光，包括：

所述激光經過偏振片變成線偏振光，所述線偏振光經過1/4波片變成所述圓偏振光。

6.一種三軸矢量磁場探測裝置，其特征在于，所述三軸矢量磁場探測裝置包括：

光源模塊，包括光源、偏振片和1/4波片；其中，所述光源用于提供一束激光，所述偏振片和1/4波片用于將所述激光調整為圓偏振光；

探測模塊，包括三維磁場線圈、原子氣室、反射鏡和加熱片；其中，所述三維磁場線圈用于為所述原子氣室提供三個方向施加不同頻率的高頻率調制磁場；所述高頻率調制磁場的范圍為1~2kHz，所述原子氣室為充有堿金屬原子及緩沖氣體的透明氣室，用于為所述圓偏振光和堿金屬原子提供作用場所；所述反射鏡用于使入射所述原子氣室的圓偏振光反射后再經過所述原子氣室后射出，得到出射激光；所述加熱片用于提高所述原子氣室溫度至150℃~160℃，增加所述原子氣室內的原子數密度；

信號處理模塊，包括光電探測器和鎖相放大器，其中，所述光電探測器用于測量所述出射激光的光功率信號，所述鎖相放大器用于根據所述高頻率調制磁場對所述出射激光的光功率信號進行解調，以得到待測磁場的對應所述三個方向的磁場信息。

7.根據權利要求6所述的三軸矢量磁場探測裝置，其特征在于，

所述三維磁場線圈還用于施加與所述待測磁場相反的補償磁場，以使所述原子氣室內的原子處于近零磁場的狀態，從而增加測量靈敏度。

8.根據權利要求6所述的三軸矢量磁場探測裝置，其特征在于，所述探測模塊還包括：

溫度檢測件，連接所述加熱片，用于監測和調節所述原子氣室的溫度。

9.根據權利要求6所述的三軸矢量磁場探測裝置，其特征在于，

所述探測模塊集成為探頭，所述探頭內部還包括窗口片和氣凝膠；所述窗口片和氣凝膠用于保溫和隔熱，以降低所述探頭外部溫度。

10.根據權利要求6所述的三軸矢量磁場探測裝置，其特征在于，所述探測模塊還包括函數信號發生器，所述函數信號發生器用于為所述三維磁場線圈提供不同頻率的三維磁場信號。