CN102981190A - 光泵磁力仪吸收室吸收比的测试装置及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光泵磁力仪吸收室吸收比的测试装置及测试方法。测试装置是由光泵探头、光敏电压采集电路和抽真空-充气设备构成；吸收室固定在抽真空-充气设备的工位上，实时地测量光敏元件的输出电压及吸收室的吸收比，直接在线调节吸收室的压强，使其达到最佳的光泵效果。改变了将制作完的吸收室装入光泵磁力仪探头，通过测试探头的整体效果来判断吸收室的吸收比，当探头的整体效果不好时，就不能判定一定是吸收室的问题。既浪费了材料，又浪费了时间，延长了磁力仪的制作周期。本发明不仅节约了材料，提高了吸收室的合格率，缩短了磁力仪的制作周期，提高了光泵磁力仪吸收室的质量，操作简单，成本低廉。

Description

光泵磁力仪吸收室吸收比的测试装置及测试方法
技术领域：
本发明涉及一种高精度地球物理测量仪器，尤其是用光泵作用原理测试光泵磁力仪吸收室吸收比的装置及收比的测试方法。
背景技术：
目前，光泵磁力仪主要应用于航空探测、海洋探测和空间探测。它以具有一定磁矩的原子在外磁场中产生塞曼分裂(Zeeman Effect)为基础，并采用光泵技术和磁共振技术研制而成。探头中的吸收室是该种磁力仪的重要组成部分。决定光泵效果的主要因素有吸收室体积、充气气压和气体纯度等，其制作的优劣会直接影响测量准确度和灵敏度，甚至导致光泵磁力仪不能工作。
利用高频振荡电路将样品原子激励至亚稳态，同时利用光谱灯产生的D线照射吸收室，使原子磁矩定向排列。通过检测光泵作用前后透过吸收室的光强的变化来判断光泵作用的强弱。定义吸收D线的程度为吸收比δ：
δ = V 1 - V 2 V 1 × 100 %
其中，V1是激励光谱灯，没激励吸收室时，透过吸收室的光敏元件输出电压；V2是同时激励光谱灯时，透过吸收室的最小光敏元件输出电压。
现有检测吸收室是否合格的方法是在制作完吸收室后装入探头，通过测试探头的整体效果来判断吸收室的光敏电压V2和吸收比δ。这种方法存在很多问题，比如当探头的整体效果不好时，就不能判定一定是吸收室的问题，即便确认是吸收室的问题后，还必须从抽真空开始重新制作吸收室，既浪费了材料，又延长了磁力仪的制作周期。
吉林大学张振宇博士论文“氦光泵磁测技术研究”叙述了测试吸收比的物理原理，并未设计出具体的实用装置和在线测试方法。
发明内容：
本发明的目的就在于针对上述向有技术的不足，提供一种在线测试的光泵磁力仪吸收室吸收比的测试装置；
本发明的另一目的就在于提供一种在线测试的光泵磁力仪吸收室吸收比的测试方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明是通过对吸收室吸收比的在线观测，调节吸收室内的压强，使吸收比大于30%，实现对吸收比的测试，满足光泵磁力仪对吸收室的要求。
光泵磁力仪吸收室吸收比的测试装置，是由光泵探头、光敏电压采集电路和抽真空-充气设备构成，其特征在于，所述的光泵探头是由高频振荡电路1分别激励灯室2和吸收室4，灯室2发出的光经偏振组件3变成平行圆偏振光后照射吸收室4，透过吸收室4的圆偏振光穿过透镜5会聚于光敏元件6，光敏元件6将光信号转换成电流信号，经电流电压转换器7将电流信号转换成电压信号后送入光敏电压采集电路8，吸收室4与抽真空-充气设备工位15中任意接头烧接构成。
所述的光敏电压采集电路是由模数转换器16经.微处理器18分别连接液晶显示器17和按键控制器19构成。
一种光泵磁力仪吸收室吸收比的测试方法，包括以下步骤：
a、开启抽真空-充气设备9，将吸收室4与抽真空-充气设备9中的工位15中任意接头烧接；
b、高频振荡电路1分别激励灯室2和吸收室4，灯室2产生的光经过偏振组件3后变成圆偏振光，用圆偏振光去激励吸收室4的原子，使其产生光泵作用；
c、通过抽真空-充气设备9的低真空泵10、高真空涡轮分子泵11和超高真空溅射离子泵12对吸收室4抽真空，吸收室4的真空度通过指示单元14显示；
d、再通过抽真空-充气设备9的充气单元13对吸收室4充入气体，指示单元14实时显示所充气体的压强；
e、检测装置初始化；
f、对吸收室4充完气后，高频振荡器电路1分别激励灯室2和吸收室4，灯室2发出的光经偏振组件3变成平行圆偏振光后照射吸收室4，透过吸收室4的圆偏振光穿过透镜5会聚于光敏元件6，光敏元件6输出的直流电压经电流电压转换器7将电流信号转换成电压信号，再经光敏电压采集电路8将数字信号送至微处理器18，微处理器18对信号进行处理，并在液晶显示器17上显示光敏电压V1；
g、测量光敏电压V2和吸收比δ，通过高频振荡器电路1激励吸收室4，微处理器18对激励吸收室4信号进行处理后，在液晶显示器17上显示光敏电压V2和吸收比δ；
h、吸收比δ合格烧下并保存，否则放气返回到d步骤，重复e、f、g和h步骤。
有益效果：吸收室固定在抽真空-充气设备的工位上，实时地测量光敏元件的输出电压及吸收室的吸收比，直接在线调节吸收室的压强，使其达到最佳的光泵效果。改变了将制作完的吸收室后装入光泵磁力仪探头，通过测试探头的整体效果来判断吸收室的吸收比，当探头的整体效果不好时，就不能判定一定是吸收室的问题，即便确认是吸收室的问题后，还必须从抽真空开始重新制作吸收室，既浪费了材料，又浪费了时间，延长了磁力仪的制作周期。本发明不仅节约了材料，提高了吸收室的合格率，缩短了磁力仪的制作周期，提高了光泵磁力仪吸收室的质量，操作简单，成本低廉。
附图说明：
附图1为：光泵磁力仪吸收室吸收比的测试装置光泵探头结构框图
附图2为：抽真空-充气设备9组成框图。
附图3为：图1中光敏电压采集电路8的结构框图
附图4为：光泵磁力仪吸收室吸收比的测试方法流程图
1高频振荡电路，2灯室，3偏振组件，4吸收室，5透镜，6光敏元件，7电流电压转换器，8光敏电压采集电路，9抽真空—充气设备，10真空泵，11分子泵，12离子泵，13充气单元，14指示单元，15工位，16模数转换器，17液晶显示器，18微处理器，19按键控制器。
具体实施方式:
下面结核附图和实施例作进一步的详细说明：
光泵磁力仪吸收室吸收比的测试装置，是由光泵探头、光敏电压采集电路和抽真空-充气设备构成，其特征在于，所述的光泵探头是由高频振荡电路1分别激励灯室2和吸收室4，灯室2发出的光经偏振组件3变成平行圆偏振光后照射吸收室4，透过吸收室4的圆偏振光穿过透镜5会聚于光敏元件6，光敏元件6将光信号转换成电流信号，经电流电压转换器7将电流信号转换成电压信号后送入光敏电压采集电路8，吸收室4与抽真空-充气设备工位15中任意接头烧接构成。
所述的光敏电压采集电路是由模数转换器16经微处理器18分别连接液晶显示器17和按键控制器19构成。
一种光泵磁力仪吸收室吸收比的测试方法，包括以下步骤：
a、开启抽真空-充气设备9，将吸收室4与抽真空-充气设备9中的工位15中任意接头烧接；
b、高频振荡电路1分别激励灯室2和吸收室4，灯室2产生的光经过偏振组件3后变成圆偏振光，用圆偏振光去激励吸收室4中的氦原子，使其产生光泵作用；
c、通过抽真空-充气设备9的低真空泵10、高真空涡轮分子泵11和超高真空溅射离子泵12对吸收室4抽真空，吸收室4的真空度通过指示单元14显示；
d、再通过抽真空-充气设备9的充气单元13对吸收室4充入气体，指示单元14实时显示所充气体的压强；
e、检测装置初始化；
f、对吸收室4充完气后，高频振荡器电路1分别激励灯室2和吸收室4，灯室2发出的光经偏振组件3变成平行圆偏振光后照射吸收室4，透过吸收室4的圆偏振光穿过透镜5会聚于光敏元件6，光敏元件6输出的直流电压经电流电压转换器7将电流信号转换成电压信号，再经光敏电压采集电路8将数字信号送至微处理器18，微处理器18对信号进行处理，并在液晶显示器17上显示光敏电压V1；
g、测量光敏电压V2和吸收比δ，通过高频振荡器电路1激励吸收室4，微处理器18对激励吸收室4信号进行处理后，在液晶显示器17上显示光敏电压V2和吸收比δ；
h、吸收比δ合格烧下并保存，否则放气返回到d步骤，重复e、f、g和h步骤。
光泵磁力仪吸收室吸收比的测试装置光泵探头如图1所示：高频振荡电路1分别激励灯室2和收室4，灯室2发出的光经偏振组件3变成平行的圆偏振光，用圆偏振光去激励吸收室4中的氦原子，使其产生光泵作用，透过吸收室4的光经过透镜5会聚在光敏元件6上，将光信号转换成电流信号，经电流电压转换器7转换成电压信号后送入光敏电压采集电路8，再经光敏电压采集电路8将数字信号送至微处理器18，微处理器18对信号进行处理，处理结果在液晶显示器17上显示。
抽真空-充气设备9如图2所示：吸收室4烧接在抽真空-充气设备9的工位15上，抽真空-充气设备9的抽真空单元包括抽低真空的真空泵10、高真空的涡轮分子泵11和超高真空的溅射离子泵12三部分，抽真空-充气设备9的抽气极限真空度可达10-8Pa，吸收室4的真空度通过指示单元14显示，充气单元13对吸收室4充以130Pa压强的气体，并在指示单元14实时显示。
光敏电压采集电路8如图3所示：数模转换器16将电流电压转换器7输出的电压转换成数字信号，送至微处理器18，经微处理器18处理后将电压V1在液晶显示器17上显示。高频振荡器电路1激励吸收室4，通过按键控制器19的控制，在液晶显示器17上显示电压V2以及吸收比δ，并将这一组数据存储至微处理器内部的存储空间中。
光泵磁力仪吸收室吸收比的测试过程如图4所示：
a、开启抽真空-充气设备9，将吸收室4与抽真空-充气设备9中的工位15中任意接头烧接，工位15有六个接头，可同时烧接6个吸收室4，也可以烧1个吸收室4；
b、高频振荡电路1分别激励灯室2和吸收室4，灯室2产生的光经过偏振组件3后变成圆偏振光，用圆偏振光去激励吸收室4中的氦原子，使其产生光泵作用；
c、通过抽真空-充气设备9的低真空泵10、高真空涡轮分子泵11和超高真空溅射离子泵12对吸收室4抽真空，吸收室4的真空度通过指示单元14显示；
d、再通过抽真空-充气设备9的充气单元13对吸收室4充入氦气体，指示单元14实时显示所充气体的压强；
e、检测装置初始化；
f、对吸收室4充完气后，高频振荡器电路1分别激励灯室2和吸收室4，灯室2发出的光经偏振组件3变成平行圆偏振光后照射吸收室4，透过吸收室4的圆偏振光穿过透镜5会聚于光敏元件6，光敏元件6输出的直流电压经电流电压转换器7将电流信号转换成电压信号，再经光敏电压采集电路8将数字信号送至微处理器18，微处理器18对信号进行处理，并在液晶显示器17上显示光敏电压V1；
g、测量光敏电压V2和吸收比δ，通过高频振荡器电路1激励吸收室4，微处理器18对激励吸收室4信号进行处理后，在液晶显示器17上显示光敏电压V2和吸收比δ；
h、吸收比δ大于30%烧下并保存；当吸收比δ未达到30%则给吸收室放气，返回到d步骤，重复e、f、g和h步骤，重新开始测试吸收比δ，以致吸收比δ满足氦光泵磁力仪的要求为止。
钾、铷、铯光泵磁力仪吸收室吸收比的测试与本实施例相同，不在一一累述。

Claims (3)

1.一种光泵磁力仪吸收室吸收比的测试装置，是由光泵探头、光敏电压采集电路和抽真空-充气设备构成，其特征在于，所述的光泵探头是由高频振荡电路(1)分别激励灯室(2)和吸收室(4)，灯室(2)发出的光经偏振组件(3)变成平行圆偏振光后照射吸收室(4)，透过吸收室(4)的圆偏振光穿过透镜(5)会聚于光敏元件(6)，光敏元件(6)将光信号转换成电流信号，经电流电压转换器(7)将电流信号转换成电压信号后送入光敏电压采集电路(8)，吸收室(4)与抽真空-充气设备工位(15)中任意接头烧接构成。
2.按照权利要求1所述的光泵磁力仪吸收室吸收比的测试装置，其特征在于，所述的光敏电压采集电路(8)是由模数转换器(16)经.微处理器(18)分别连接液晶显示器(17)和按键控制器(19)构成。
3.一种光泵磁力仪吸收室吸收比的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、开启抽真空-充气设备(9)，将吸收室(4)与抽真空-充气设备(9)中的工位(15)中任意接头烧接；
b、高频振荡电路(1)分别激励灯室(2)和吸收室(4)，灯室(2)产生的光经过偏振组件(3)后变成圆偏振光，用圆偏振光去激励吸收室(4)中的原子，使其产生光泵作用；
c、通过抽真空-充气设备(9)的低真空泵(10)、高真空涡轮分子泵(11)和超高真空溅射离子泵(12)对吸收室(4)抽真空，吸收室(4)的真空度通过指示单元(14)显示；
d、再通过抽真空-充气设备(9)的充气单元(13)对吸收室(4)充入气体，指示单元(14)实时显示所充气体的压强；
e、检测装置初始化；
f、对吸收室(4)充完气后，高频振荡器电路(1)分别激励灯室(2)和吸收室(4)，灯室(2)发出的光经偏振组件(3)变成平行圆偏振光后照射吸收室(4)，透过吸收室(4)的圆偏振光穿过透镜(5)会聚于光敏元件(6)，光敏元件(6)输出的直流电压经电流电压转换器(7)将电流信号转换成电压信号，再经光敏电压采集电路(8)将数字信号送至微处理器(18)，微处理器(18)对信号进行处理，并在液晶显示器(17)上显示光敏电压V1；
g、测量光敏电压V2和吸收比δ，通过高频振荡器电路(1)激励吸收室(4)，微处理器(18)对激励吸收室(4)信号进行处理后，在液晶显示器(17)上显示光敏电压V2和吸收比δ；
h、吸收比δ大于30%烧下并保存，否则放气返回到d步骤，重复e、f、g和h步骤。
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