CN105403845A - 一种电磁感应测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁感应测量装置,属于电磁测量领域。所述电磁感应测量装置包括处理单元、激光发生器、声光调制器、信号发生器、电流调节模块、物理系统和光检单元。通过处理单元控制激光发生器,使激光发生器发出线性扫描频率,进而通过声光调制器得到线性扫描的激励信号使物理系统中发生塞曼分裂现象,光检单元将光检信号返回给处理单元,使得处理单元根据激励信号和光检信号拟合出对应的数据曲线,通过只改变C场线圈中电流的方向得到的两组数据曲线计算出系统中各种电子线路产生的杂散的干扰磁场的电磁感应强度,进而在进行原子基态超精细结构的研究时,可以提高研究精度。

Description

一种电磁感应测量装置
技术领域
本发明涉及电磁测量领域,特别涉及一种电磁感应测量装置。
背景技术
磁场在生活中无处不在,大部分比较弱的磁场因为太过微弱而不会对我们的生产生活造成影响,但是在一些十分精细的研究中,例如,在原子谱线探测中,原本被我们忽略的磁场却会对研究结果产生很大影响。
在原子谱线探测中,一方面,为了使原子基态超精细结构发生塞曼分裂,需要人为给系统添加一个弱静磁场;但另一方面,系统本身由于各种电子线路(如温控电路等)的存在,会产生一定量的电磁感应,进而产生杂散的干扰磁场,这些干扰磁场会对最终的探测结果产生影响,所以如果我们能够测量出干扰磁场的磁感应强度,将能够提高原子谱线探测结果的精度。
发明内容
为了测量出干扰磁场的磁感应强度,本发明实施例提供了一种电磁感应测量装置。所述技术方案如下:
所述电磁感应测量装置包括处理单元、激光发生器、声光调制器、信号发生器、电流调节模块、物理系统和光检单元;
所述声光调制器、所述物理系统、所述光检单元顺次设置在所述激光发生器的光路上;
所述物理系统包括微波腔和绕设在所述微波腔外的C场线圈,所述电流调节模块与所述C场线圈电连接;
所述信号发生器,用于产生调制信号输出到所述声光调制器;
所述声光调制器,用于向所述物理系统发送激励信号;
所述处理单元,用于控制所述电流调节模块向所述C场线圈提供正向电流,并在向所述C场线圈提供正向电流时,控制所述激光发生器输出线性扫描频率,获取所述光检单元在所述电流调节模块向所述C场线圈提供正向电流时检测到的光检信号的电压V1,根据所述激励信号的中心频率F与所述光检信号的电压V1的对应关系拟合第一曲线;控制所述电流调节模块向所述C场线圈提供反向电流,并在向所述C场线圈提供反向电流时,控制所述激光发生器输出线性扫描频率,获取所述光检单元在所述电流调节模块向所述C场线圈提供反向电流时检测到的光检信号的电压V2,根据所述激励信号的中心频率F与所述光检信号的电压V2的对应关系拟合第二曲线;根据所述第一曲线的频差F1和所述第二曲线的频差F2的差值ΔF计算出干扰磁场的磁感应强度,所述频差为所述光检信号最弱时对应的所述激励信号的中心频率与所述光检信号次弱时对应的所述激励信号的中心频率的差值的绝对值。
实现时,所述处理单元包括:
第一计算子单元,用于计算所述频差F1和F2
第二计算子单元,用于计算所述频差F1和F2的差值ΔF;
第三计算子单元,用于将ΔF转换为在对应系统中的跃迁频率的变化值Δf;
第四计算子单元,用于根据所述C场线圈中的电流计算得到所述C场线圈中的磁感应强度BI
第五计算子单元,用于根据公式计算系统产生的干扰磁场的磁感应强度,其中,Bγ为系统产生的所述干扰磁场的磁感应强度。
具体地,所述激光发生器包括压电晶体驱动器和激光管,所述压电晶体驱动器和所述激光管电连接。
优选地,所述电磁感应测量装置还包括线性扫描单元,所述线性扫描单元用于在,所述处理单元的控制下,输出一线性扫描电压A到所述压电晶体驱动器。
优选地,所述电磁感应测量装置还包括设置在所述激光管和所述声光调制器之间的光路上的吸收室,所述吸收室用于从所述激光管发出的光束中选择特定的频率范围的激光信号。
可选地,所述电流调节模块为电压控制电流源。
优选地,所述微波腔包括充有铷原子的吸收泡。
进一步地,所述物理系统还包括恒温单元,所述吸收泡置于所述恒温单元中。
可选地,所述光检单元为光电倍增管。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
处理单元控制激光发生器产生线性扫描频率,进而通过声光调制器得到线性扫描的激励信号使物理系统中发生塞曼分裂现象,光检单元将光检信号返回给处理单元,使得处理单元根据激励信号和光检信号拟合出对应的数据曲线,通过只改变C场线圈中电流的方向得到的两组数据曲线计算出系统中各种电子线路产生的杂散的干扰磁场的电磁感应强度,进而在进行原子基态超精细结构的研究时,可以提高研究精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种电磁感应测量装置的结构示意图;
图2是本发明实施例提供的物理系统的结构示意图;
图3是本发明实施例提供的第一曲线的示意图;
图4是本发明实施例提供的第二曲线的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种电磁感应测量装置,结合图1和图2所示,该电磁感应测量装置包括处理单元10、激光发生器20、声光调制器25、信号发生器26、电流调节模块50、物理系统30和光检单元40;
声光调制器25、物理系统30、光检单元40顺次设置在激光发生器20的光路上;
物理系统30包括微波腔33和绕设在微波腔33外的C场线圈32,电流调节模块50与C场线圈32电连接;
信号发生器26,用于产生调制信号输出到声光调制器25;
声光调制器25,用于向物理系统30发送激励信号;
处理单元10,用于控制电流调节模块50向C场线圈32提供正向电流,并在向C场线圈32提供正向电流时,控制激光发生器20输出线性扫描频率,获取光检单元40在电流调节模块50向C场线圈32提供正向电流时检测到的光检信号的电压V1,根据激励信号的中心频率F与光检信号的电压V1的对应关系拟合第一曲线;
控制电流调节模块50向C场线圈32提供反向电流,并在向C场线圈32提供反向电流时,控制激光发生器20输出线性扫描频率,获取光检单元40在电流调节模块50向C场线圈32提供反向电流时检测到的光检信号的电压V2,根据激励信号的中心频率F与光检信号的电压V2的对应关系拟合第二曲线;
根据第一曲线的频差F1和第二曲线的频差F2的差值ΔF计算出干扰磁场的磁感应强度,其中频差为光检信号最弱时对应的激励信号的中心频率与光检信号次弱时对应的激励信号的中心频率的差值的绝对值。
本发明实施例通过处理单元控制激光发生器产生线性扫描频率,进而通过声光调制器得到线性扫描的激励信号使物理系统中发生塞曼分裂现象,光检单元将光检信号返回给处理单元,使得处理单元根据激励信号和光检信号拟合出对应的数据曲线,通过只改变C场线圈中电流的方向得到的两组数据曲线计算出系统中各种电子线路产生的杂散的干扰磁场的电磁感应强度,进而在进行原子基态超精细结构的研究时,可以提高研究精度。
在本实施例的实现方式中,处理单元10包括:
第一计算子单元,用于计算频差F1和F2
第二计算子单元,用于计算频差F1和F2的差值ΔF;
第三计算子单元,用于将ΔF转换为在对应系统中的跃迁频率的变化值Δf;
第四计算子单元,用于根据C场线圈中的电流计算得到C场线圈中的磁感应强度BI
第五计算子单元,用于根据公式计算系统产生的干扰磁场的磁感应强度,其中,Bγ为系统产生的干扰磁场的磁感应强度。
具体地,激光发生器20包括压电晶体驱动器22和激光管23,压电晶体驱动器22根据输入的电压的变化输出频率与输入的电压同步变化的频率信号,激光管23在压电晶体驱动器22输出的频率信号的作用下输出激光信号。
优选地,电磁感应测量装置还包括线性扫描单元21,线性扫描单元21用于在处理单元10的控制下,输出一线性扫描电压A到压电晶体驱动器22。
优选地,电磁感应测量装置还包括设置在激光管23和声光调制器25之间的光路上的吸收室24,吸收室24用于从激光管23发出的激光束中选择特定频率范围的激光信号。
可选地,电流调节模块50为电压控制电流源,电流调节模块50在处理单元10的控制下对C场线圈32提供稳定的电流,并且可以在处理单元10的控制下改变C场线圈32中的电流方向。
需要说明的是,电流调节模块50也可以为其他电流源。
优选地,微波腔33中放置有吸收泡31,吸收泡31中充有85Rb、87Rb,吸收泡31设置在声光调制器25的输出光路上,85Rb、87Rb在激励信号的作用下发生跃迁。
进一步地,物理系统30还包括恒温单元34,吸收泡31置于恒温单元34中,恒温单元34为吸收泡31提供恒温环境,提高测量的精度。
可选地,光检单元40为光电倍增管,光检单元40将通过物理系统30的激励信号接收后产生光检信号,并将产生的光检信号输出给处理单元10。
需要说明的是,在本实施例中,处理单元10与线性扫描单元21电连接,线性扫描单元21与压电晶体驱动器22电连接,压电晶体驱动器22与激光管23电连接,吸收室24、声光调制器25、物理系统30、光检单元40顺次设置在激光管23的光路上,信号发生器26与处理单元10和声光调制器25电连接,电流调节模块50与处理单元10和物理系统30电连接,光检单元40与处理单元10电连接。
下面将结合图3和图4具体描述本发明实施例的电磁感应测量装置的测量过程:
处理单元10控制电流调节模块50向C场线圈32提供正向电流,并在向C场线圈32提供正向电流时,控制激光发生器20输出线性扫描频率,获取光检单元40在电流调节模块50向C场线圈32提供正向电流时检测到的光检信号的电压V1,根据激励信号的中心频率F与光检信号的电压V1的对应关系拟合第一曲线(如图3所示);
处理单元10再控制电流调节模块50向C场线圈32提供反向电流,且反向电流的大小与正向电流的大小相等,并在向C场线圈32提供反向电流时,控制激光发生器20输出线性扫描频率,获取光检单元40在电流调节模块50向C场线圈32提供反向电流时检测到的光检信号的电压V2,根据激励信号的中心频率F与光检信号的电压V2的对应关系拟合第二曲线(如图4所示);
根据图3和图4中的波峰所对应的频率得到下表:
波峰2(MHz) 波峰1(MHz) 波峰3(MHz)
第一曲线 6834.33890 6834.41217 6834.48558
第二曲线 6834.34086 6834.41216 6834.48348
为了减小测量误差,对第一曲线得到的两个频差F11和F12求平均值得到F1=73.34KHz,其中F11是第一曲线中的波峰1和波峰2的频差的绝对值,F12是第一曲线中的波峰1和波峰3的频差的绝对值;
为了减小测量误差,对第二曲线得到的两个频差F21和F22求平均值得到F2=71.31KHz,其中F21是第二曲线中的波峰1和波峰2的频差的绝对值,F22是第二曲线中的波峰1和波峰3的频差的绝对值;
根据所得到的频差F1和F2求得差值ΔF=2.03KHz;
对于不同的C场电流(正方向或者反方向)而言,整个系统存在一个不同的系数b,该系数b可通过试验测得并储存在该装置中。将ΔF与不同的系数b相乘即可得如下结果:
△F×b
C场电流为正方向 -3.63411E-8
C场电流为负方向 -3.63518E-8
将上表中的数据相减后取绝对值得到1E-10,再乘以6.8×109即得实际引起的跃迁频率的变化值Δf=0.068Hz;
而根据塞曼分裂公式可以分别计算在C场电流为正和负对应的跃迁频率:
C场电流为正方向时,f1=f0+574(BI+Bγ)2;(1)
C场电流为负方向时,f2=f0+574(-BI+Bγ)2;(2)
其中BI为C场线圈中的磁场的磁感应强度,单位为G;Bγ为系统产生的干扰磁场的磁感应强度,单位为G;f1为在C场电流为正方向时87Rb原子基态0-0的跃迁频率,单位为Hz;f2为C场电流为负方向时87Rb原子基态0-0的跃迁频率,单位为Hz;f0为无外界磁场时87Rb原子基态0-0的跃迁频率,单位为Hz;
因此,|f1-f2|=Δf=0.068Hz;
由(1)、(2)两式相减,变形后可以得到如下公式:
B r = Δ f 574 × 4 B I
其中,BI为C场线圈所产生的磁场的磁感应强度,单位为G;Bγ为系统所产生的干扰的磁场的磁感应强度,单位为G;Δf为在电流为正方向和负方向两个系统中87Rb原子基态0-0的跃迁频率的变化值,单位为Hz。
其中,C场线圈中的电流为1.45723mA,由此可以知道C场线圈中的磁场的磁感应强度BI=0.051G;
通过上述公式可以计算得到Bγ≈0.0006G。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电磁感应测量装置,其特征在于,所述电磁感应测量装置包括处理单元、激光发生器、声光调制器、信号发生器、电流调节模块、物理系统和光检单元;
所述声光调制器、所述物理系统、所述光检单元顺次设置在所述激光发生器的光路上;
所述物理系统包括微波腔和绕设在所述微波腔外的C场线圈,所述电流调节模块与所述C场线圈电连接;
所述信号发生器,用于产生调制信号输出到所述声光调制器;
所述声光调制器,用于向所述物理系统发送激励信号;
所述处理单元,用于控制所述电流调节模块向所述C场线圈提供正向电流,并在向所述C场线圈提供正向电流时,控制所述激光发生器输出线性扫描频率,获取所述光检单元在所述电流调节模块向所述C场线圈提供正向电流时检测到的光检信号的电压V1,根据所述激励信号的中心频率F与所述光检信号的电压V1的对应关系拟合第一曲线;控制所述电流调节模块向所述C场线圈提供反向电流,并在向所述C场线圈提供反向电流时,控制所述激光发生器输出线性扫描频率,获取所述光检单元在所述电流调节模块向所述C场线圈提供反向电流时检测到的光检信号的电压V2,根据所述激励信号的中心频率F与所述光检信号的电压V2的对应关系拟合第二曲线;根据所述第一曲线的频差F1和所述第二曲线的频差F2的差值ΔF计算出干扰磁场的磁感应强度,所述频差为所述光检信号最弱时对应的所述激励信号的中心频率与所述光检信号次弱时对应的所述激励信号的中心频率的差值的绝对值。
2.根据权利要求1所述的电磁感应测量装置,其特征在于,所述处理单元包括:
第一计算子单元,用于计算所述频差F1和F2
第二计算子单元,用于计算所述频差F1和F2的差值ΔF;
第三计算子单元,用于将ΔF转换为在对应系统中的跃迁频率的变化值Δf;
第四计算子单元,用于根据所述C场线圈中的电流计算得到所述C场线圈中的磁感应强度BI
第五计算子单元,用于根据公式计算系统产生的干扰磁场的磁感应强度,其中,Bγ为系统产生的所述干扰磁场的磁感应强度。
3.根据权利要求1或2所述的电磁感应测量装置,其特征在于,所述激光发生器包括压电晶体驱动器和激光管,所述压电晶体驱动器和所述激光管电连接。
4.根据权利要求1或2所述的电磁感应测量装置,其特征在于,所述电磁感应测量装置还包括线性扫描单元,所述线性扫描单元用于,在所述处理单元的控制下,输出一线性扫描电压A到所述压电晶体驱动器。
5.根据权利要求1或2所述的电磁感应测量装置,其特征在于,所述电磁感应测量装置还包括设置在所述激光管和所述声光调制器之间的光路上的吸收室,所述吸收室用于从所述激光管发出的光束中选择特定的频率范围的激光信号。
6.根据权利要求1或2所述的电磁感应测量装置,其特征在于,所述电流调节模块为电压控制电流源。
7.根据权利要求1所述的电磁感应测量装置,其特征在于,所述微波腔包括充有铷原子的吸收泡。
8.根据权利要求7所述的电磁感应测量装置,其特征在于,所述物理系统还包括恒温单元,所述吸收泡置于所述恒温单元中。
9.根据权利要求1或2所述的电磁感应测量装置,其特征在于,所述光检单元为光电倍增管。
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