[發(fā)明專利]一種基于原位磁強(qiáng)計(jì)的屏蔽桶內(nèi)剩磁測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110128030.0
• 申請(qǐng)日: 2021-01-29
• 公開（公告）號(hào): CN112924910B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉占超;賈雨棽;劉剛;田昊;武澤坤;茅耘愷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R33/12
• 分類號(hào): G01R33/12
• 代理公司: 北京挺立專利事務(wù)所(普通合伙) 11265
• 代理人: 高福勇

一種基于原位磁強(qiáng)計(jì)的屏蔽桶內(nèi)剩磁測(cè)量方法，適用于原子傳感器屏蔽桶內(nèi)剩磁的測(cè)試。首先施加靜磁場(chǎng)、調(diào)制磁場(chǎng)、抽運(yùn)光、檢測(cè)光，使原子磁強(qiáng)計(jì)工作在磁共振狀態(tài)；對(duì)磁強(qiáng)計(jì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，用低通濾波器提取其直流分量，得到橫向即垂直靜磁場(chǎng)方向的剩磁，在橫向施加直流補(bǔ)償磁場(chǎng)將剩磁補(bǔ)償至零；在不同的檢測(cè)光強(qiáng)下進(jìn)行剩磁測(cè)量與補(bǔ)償，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)償磁場(chǎng)的輸出值隨檢測(cè)光強(qiáng)線性變化，直線在縱軸上的截距即為排除光頻移后橫向?qū)嶋H剩磁的值；利用磁場(chǎng)掃頻的方法測(cè)量電子共振頻率，并測(cè)量靜磁場(chǎng)方向和抽運(yùn)光左右旋同時(shí)翻轉(zhuǎn)后共振頻率的變化，除以兩倍的堿金屬旋磁比即可得到縱向?qū)嶋H剩磁。本發(fā)明無需采用外部傳感器，大大方便了原子傳感器的設(shè)計(jì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及原子傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種基于原位磁強(qiáng)計(jì)的屏蔽桶內(nèi)剩磁測(cè)量方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著原子物理學(xué)的飛速發(fā)展，量子光學(xué)、冷原子等理論的突破以及激光、量子操控等技術(shù)的進(jìn)步，原子傳感器逐漸受到關(guān)注和重視。高精度、高靈敏度的原子傳感器廣泛應(yīng)用于時(shí)間測(cè)量、慣性測(cè)量、磁場(chǎng)測(cè)量等領(lǐng)域，部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用，帶來了重大技術(shù)變革。由于原子能級(jí)對(duì)磁場(chǎng)很敏感，因此在原子傳感器中一般要進(jìn)行磁屏蔽，減小環(huán)境磁場(chǎng)對(duì)原子的干擾，磁屏蔽通常需要精細(xì)的設(shè)計(jì)，以在體積縮小或存在開孔的情況下仍然達(dá)到很好的屏蔽效果。

為驗(yàn)證磁屏蔽后磁場(chǎng)是否滿足原子傳感器工作的需求，需對(duì)屏蔽桶內(nèi)的剩磁進(jìn)行測(cè)試。傳統(tǒng)的剩磁測(cè)試方法通常利用磁通門磁強(qiáng)計(jì)等商用磁強(qiáng)計(jì)放置在屏蔽桶內(nèi)部來進(jìn)行剩磁測(cè)試，但外加傳感器導(dǎo)致操作復(fù)雜，且對(duì)于某些體積較小的屏蔽桶，采用商用磁強(qiáng)計(jì)只能在屏蔽桶蓋打開的情況下進(jìn)行測(cè)試，不能得到原子傳感器工作時(shí)的實(shí)際剩磁。后來也出現(xiàn)了基于原位磁強(qiáng)計(jì)的剩磁測(cè)量方法，但沒有考慮光頻移的影響，測(cè)得的磁場(chǎng)是實(shí)際剩磁與光頻移產(chǎn)生虛假磁場(chǎng)的疊加，不能反映屏蔽桶對(duì)環(huán)境剩磁的屏蔽效果。因此，有必要研究一種無需外加傳感器、且能分離光頻移虛假磁場(chǎng)與實(shí)際剩磁的方法，以準(zhǔn)確得到屏蔽桶內(nèi)的實(shí)際剩磁，為原子傳感器的設(shè)計(jì)與測(cè)試提供便利。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有測(cè)量方法需要外加傳感器導(dǎo)致操作復(fù)雜以及由于沒有考慮光頻移的影響，測(cè)得的磁場(chǎng)是實(shí)際剩磁與光頻移產(chǎn)生虛假磁場(chǎng)的疊加，不能反映屏蔽桶對(duì)環(huán)境剩磁的屏蔽效果等問題，提供一種基于原位磁強(qiáng)計(jì)的屏蔽桶內(nèi)剩磁測(cè)量方法，能夠在不采用外加磁場(chǎng)傳感器的情況下測(cè)量原子傳感器屏蔽桶內(nèi)部的剩磁，且能夠排除光頻移的影響，得到準(zhǔn)確的剩磁，從而評(píng)估屏蔽桶的屏蔽性能，為原子傳感器的設(shè)計(jì)和測(cè)試提供指導(dǎo)。

一種基于原位磁強(qiáng)計(jì)的屏蔽桶內(nèi)剩磁測(cè)量方法，所述原位磁強(qiáng)計(jì)基于原子傳感器自身的氣室、通過施加光場(chǎng)和磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的原子磁強(qiáng)計(jì)，工作在磁共振狀態(tài)，利用原子傳感器的氣室實(shí)現(xiàn)原位原子磁強(qiáng)計(jì)，對(duì)屏蔽桶內(nèi)剩磁進(jìn)行測(cè)量；具體包括以下步驟：

步驟一、首先搭建原子傳感器系統(tǒng)，該原子傳感器系統(tǒng)包括原子氣室、烤箱、三軸線圈、多層磁屏蔽桶、抽運(yùn)光路、檢測(cè)光路和平衡探測(cè)器；然后在縱向即抽運(yùn)光方向施加靜磁場(chǎng)和調(diào)制磁場(chǎng)，同時(shí)施加抽運(yùn)光、檢測(cè)光，使原子磁強(qiáng)計(jì)工作在磁共振狀態(tài)；

步驟二、對(duì)所述檢測(cè)光路中的平衡探測(cè)器探測(cè)到的原子進(jìn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行正交解調(diào)，獲得橫向即垂直抽運(yùn)光方向的磁場(chǎng)大小與方向；然后采用三軸線圈中兩個(gè)橫向線圈施加補(bǔ)償磁場(chǎng)，直至橫向磁場(chǎng)被補(bǔ)償至零；

步驟三、改變檢測(cè)光強(qiáng)，重復(fù)步驟二中所述的磁補(bǔ)償過程，記錄將橫向磁場(chǎng)補(bǔ)償至零時(shí)補(bǔ)償磁場(chǎng)的輸出值，繪制所述輸出值隨檢測(cè)光強(qiáng)變化的圖像，最終擬合獲得一條直線，從直線縱軸截距獲得屏蔽桶內(nèi)的橫向剩磁，實(shí)際橫向剩磁與直線縱軸截距所表示的磁場(chǎng)大小相等，方向相反；

步驟四、將橫向剩磁補(bǔ)償至零后，將調(diào)制磁場(chǎng)改為在橫向施加，并掃描調(diào)制磁場(chǎng)的頻率，獲得原子的共振頻率；然后翻轉(zhuǎn)靜磁場(chǎng)和抽運(yùn)光，即靜磁場(chǎng)大小不變、方向相反以及抽運(yùn)光左右旋反向；測(cè)量原子共振頻率的變化，除以2倍的堿金屬旋磁比，獲得屏蔽桶內(nèi)的縱向剩磁。