[發(fā)明專利]一種新型堿金屬光泵磁力儀

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110591844.8
• 申請(qǐng)日: 2021-05-28
• 公開（公告）號(hào): CN113376703A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃成功;周波;顧建松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所
• 主分類號(hào): G01V3/08
• 分類號(hào): G01V3/08
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

本發(fā)明公開了一種新型堿金屬光泵磁力儀，涉及磁法測(cè)量領(lǐng)域。本發(fā)明創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出單波長(zhǎng)反射腔，從而實(shí)現(xiàn)泵浦光波長(zhǎng)自鎖、單軸雙向泵浦。本光泵磁力儀探頭具備較強(qiáng)的光泵效應(yīng)，其磁共振信號(hào)高于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)磁力儀探頭，同時(shí)磁力儀靈敏度更高。同時(shí)本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了光泵磁力儀泵燈與原子吸收室結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)泵源與原子吸收室一體化。在不降低磁力儀性能的前提下，簡(jiǎn)化了光泵探頭結(jié)構(gòu)及附屬電路，有助于光泵探頭小型化。本發(fā)明具有技術(shù)難度低、生產(chǎn)成本低廉的優(yōu)勢(shì)，可滿足光泵探頭小型化的現(xiàn)實(shí)要求，具有實(shí)用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁法測(cè)量的領(lǐng)域，具體涉及一種新型堿金屬光泵磁力儀。

背景技術(shù)

在地質(zhì)構(gòu)造中,由于地殼中不同巖層介質(zhì)具有密度、彈性、導(dǎo)電性、磁性、放射性以及導(dǎo)熱性等方面差異，因而造成局部地球物理場(chǎng)發(fā)生變化。通過測(cè)量這些物理場(chǎng)的分布和變化特征,對(duì)其進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造分析,進(jìn)而推斷地質(zhì)性狀。地球物理勘探的主要任務(wù)是對(duì)局部地殼導(dǎo)電、放射性、磁性、重力等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，為地質(zhì)分析提供參考信息，便于今后礦產(chǎn)勘探及開采。為實(shí)現(xiàn)地質(zhì)磁性參數(shù)收集，地球物理勘探人員通過操作各類磁法勘探設(shè)備開展磁法勘探以收集地殼磁性參數(shù)。

在地球地殼中，存留著大量鐵鉻鎳等順磁材料。在地球強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，順磁材料磁化后具有較強(qiáng)磁性。因具有良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、材料特性以及豐富的儲(chǔ)藏，鐵鉻鎳順磁材料而被人們廣泛應(yīng)用于日常生產(chǎn)生活領(lǐng)域及軍事用途。未爆炸物UXO、地面、水下不明物體因具有大量磁性體而引起周圍地球磁場(chǎng)變化。它們的磁特性常被作為一種探測(cè)目標(biāo)。磁探測(cè)設(shè)備是主要的探測(cè)與定位裝備。

光泵磁力儀是一種高靈敏磁探測(cè)設(shè)備，其工作原理是磁場(chǎng)中特定原子在光泵作用下發(fā)生磁共振，通過去取向作用的跟蹤環(huán)路或者拉莫爾磁共振頻率自激環(huán)路實(shí)現(xiàn)對(duì)外磁場(chǎng)的進(jìn)行跟蹤測(cè)量。因光泵磁力儀靈敏度高，而成為軍民用高精度、高性能磁法勘探及磁異常探測(cè)的主要裝備。本新型堿金屬光泵磁力儀采用的是自激式磁力儀。只有自激跟蹤環(huán)路中拉莫爾信號(hào)幅度足夠大、相位滿足自激條件時(shí)，光泵探頭產(chǎn)生拉莫爾信號(hào)的自激振蕩。通過對(duì)拉莫爾頻率進(jìn)行測(cè)量，可計(jì)算出外磁場(chǎng)值。為實(shí)現(xiàn)光泵效應(yīng)，傳統(tǒng)光泵磁力儀中泵燈和原子吸收室采用分離結(jié)構(gòu)。獨(dú)立的泵燈對(duì)原子吸收室內(nèi)的原子產(chǎn)生光泵效應(yīng)，原子吸收室內(nèi)的原子發(fā)生磁共振。該方式中泵浦效應(yīng)為單向泵浦，堿金屬原子的泵浦幾率有限。為保證足夠的泵浦光強(qiáng)，技術(shù)人員將對(duì)泵燈施加較高功率的高頻激勵(lì)。同時(shí)，由于泵燈光譜較寬，泵浦光外光波將引入光噪聲。如果采用激光器作為泵源，其結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，配套電路眾多，激光泵磁力儀的技術(shù)難度較高、生產(chǎn)成本高昂。此外，為了保證堿金屬泵燈和堿金屬原子吸收室內(nèi)的金屬蒸汽濃度，通常設(shè)計(jì)人員采用兩套電路分別對(duì)燈、室實(shí)現(xiàn)加熱、保溫。因此，傳統(tǒng)光泵探頭結(jié)構(gòu)較為繁瑣、尺寸較大、電路復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種新型堿金屬光泵磁力儀，具有泵浦光波長(zhǎng)自鎖、單軸雙向泵浦、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)難度較小、生產(chǎn)成本較低的優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的：這種新型堿金屬光泵磁力儀，包括探頭、磁力儀主機(jī)和磁傳感器，所述探頭通過電纜與磁力儀主機(jī)電連接；探頭包括探頭外罩，探頭外罩的內(nèi)腔置入磁傳感器，磁傳感器外周環(huán)繞設(shè)置線圈，線圈通過電纜與磁力儀主機(jī)電連接，用于對(duì)磁傳感器施加拉莫爾信號(hào)射頻場(chǎng)；磁傳感器為兩端封閉的管狀結(jié)構(gòu)，磁傳感器內(nèi)填充有堿金屬，磁傳感器的外壁上均勻纏繞有加熱絲，用于加熱堿金屬至氣態(tài)，加熱絲與電纜電連接實(shí)現(xiàn)供電；電極的一端連接電纜，電極的另一端插入磁傳感器內(nèi)，用于高頻激勵(lì)堿金屬蒸汽，使堿金屬蒸汽發(fā)光；磁傳感器內(nèi)安裝有偏振片，用于將堿金屬光轉(zhuǎn)換為泵浦光；磁傳感器的兩端均安裝有反射鏡，從而在磁傳感器內(nèi)腔形成雙向反射通道，泵浦光沿雙向反射通道反復(fù)泵浦堿金屬蒸汽原子，以發(fā)生光泵效應(yīng)；光電探測(cè)器固定在磁傳感器靠近磁力儀主機(jī)的一端，用于檢測(cè)含有拉莫頻率的光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)為電信號(hào)，通過電纜傳輸至磁力儀主機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外磁場(chǎng)的測(cè)量。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述磁傳感器的外壁與探頭外罩的內(nèi)壁之間填充有保溫層。