CN110426651A - 基于serf磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置及方法，通过在磁通门磁强计对磁补偿线圈进行粗标定的基础上，利用SERF磁强计对三维原位磁线圈进行精标定，所述精标定包括同时在三个方向的磁补偿线圈输入电流，然后通过SERF磁强计来测量所产生三个方向的磁场大小，并对所测量的三个方向的I‑B数据进行最小二乘法拟合，得到三个方向的磁补偿线圈常数，从而有效提高磁补偿线圈常数的标定精度。
Description
技术领域
本发明涉及磁补偿线圈原位标定技术，特别是一种基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置及方法，通过在磁通门磁强计对磁补偿线圈进行粗标定的基础上，利用SERF 磁强计对三维原位磁线圈进行精标定，所述精标定包括同时在三个方向的磁补偿线圈输入电流，然后通过SERF磁强计来测量所产生三个方向的磁场大小，并对所测量的三个方向的 I-B数据进行最小二乘法拟合，得到三个方向的磁补偿线圈常数，从而有效提高磁补偿线圈常数的标定精度。
背景技术
基于原子无自旋交换碰撞弛豫(Spin Exchange Relaxation Free Regime)的磁场测量装置需要处于极低磁场环境从而使得碱金属气室内原子处于SERF态。然而，磁屏蔽桶仅能将地磁场屏蔽至几nT，桶内的剩磁对于SERF磁强计灵敏度以及线宽都有极大的影响。所以，磁强计系统中设计了专门用于补偿剩磁的磁补偿线圈。目前各种磁补偿手段，磁补偿线圈的线圈常数精度对最终的补偿精度影响很大。故对于高精度磁补偿线圈常数标定方法的研究有着重大意义。
磁补偿线圈常数的标定，关键在于输入电流后，线圈产生的磁场大小的测量。所以线圈常数的标定精度很大程度取决于磁场测量手段的选择。目前常用的方法是利用磁通门磁强计进行磁场的测量，这种方法操作起来非常方便，精度基本满足使用要求。然而因为磁通门磁强计的安装误差以及自身分辨率的局限，线圈常数的标定精确受到一定限制。此外，还有研究者将碱金属中充入核子，使之以核子磁强计方式工作，测量磁补偿线圈产生的磁场，完成线圈常数的标定。然而核子极化核子需要很长时间，所以这种方法操作起来非常不方便。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置及方法，通过在磁通门磁强计对磁补偿线圈进行粗标定的基础上，利用SERF 磁强计对三维原位磁线圈进行精标定，所述精标定包括同时在三个方向的磁补偿线圈输入电流，然后通过SERF磁强计来测量所产生三个方向的磁场大小，并对所测量的三个方向的 I-B数据进行最小二乘法拟合，得到三个方向的磁补偿线圈常数，从而有效提高磁补偿线圈常数的标定精度。
本发明技术方案如下：
基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置，其特征在于，包括碱金属气室，沿所述碱金属气室的X轴线设置有X方向磁补偿线圈，沿所述碱金属气室的Y轴方向设置有Y方向磁补偿线圈，沿所述碱金属气室的Z轴方向设置有Z方向磁补偿线圈，沿所述碱金属气室的X轴线负向端设置有与所述碱金属气室光连接的检测光激光器，沿所述碱金属气室的X轴线正向端连接有与所述碱金属气室光连接的沃尔夫棱镜，沿所述碱金属气室的Z轴轴线负向端设置有与所述碱金属气室光连接的反射镜，所述反射镜与抽运光激光器光连接，所述沃尔夫棱镜的第一光路通过第一光电检测器连接差分器，所述沃尔夫棱镜的第二光路通过第二光电检测器连接差分器，所述差分器通过低通滤波器连接信号采集系统的Y端口，所述差分器分别连接第一锁相放大器和第二锁相放大器，所述第一锁相放大器连接所述信号采集系统的Z端口，所述第二锁相放大器连接所述信号采集系统的X端口，所述第一锁相放大器向Z方向磁补偿线圈提供Z方向调制电流，所述第二锁相放大器向X方向磁补偿线圈提供X方向调制电流。
还包括无磁加热烤箱，所述碱金属气室位于所述无磁加热烤箱内。
所述X方向调制电流产生X方向调制磁场Bx，所述Z方向调制电流产生Z方向调制磁场Bz：
上述公式中，是X、Z方向直流磁场，为X、Z方向交流磁场的幅值，ωx,ωz为X、Z方向交流磁场的频率或X、Z方向调制电流频率，t为时间，DC为直流，AC 为交流。
所述抽运光激光器发射抽运光经所述反射镜进入碱金属气室，所述检测光激光器发射检测光经所述碱金属气室到达所述沃尔夫棱镜变成两束光，所述第一光电检测器将第一束光转化为第一电信号，所述第二光电检测器将第二束光转化为第二电信号，第一电信号和第二电信号进入所述差分器完成X方向极化率Sx的检测，Sx的数学表达式如下：
其中βx、βy、βz为β向量在X、Y、Z方向的分量，B为磁场或磁场强度，γe是电子旋磁比常数，Rop是光抽运率常数，Rrel是原子总弛豫率，S0是平衡态时极化率的大小， O(β3)是高阶小量，该高阶小量在计算中忽略不计，ωx,ωz为X、Z方向交流磁场的频率或 X、Z方向调制电流频率，t为时间，DC为直流，AC为交流。
所述低通滤波器提取出来Y方向磁场By信息、X方向磁场Bx信息和Z方向磁场Bz信息，这三轴磁场的信息被所述信号采集系统收集并且存储。
所述X方向磁补偿线圈具有通过磁通门磁强计标定的X方向磁补偿线圈粗标定常数，所述Y方向磁补偿线圈具有通过磁通门磁强计标定的Y方向磁补偿线圈粗标定常数，所述Z 方向磁补偿线圈具有通过磁通门磁强计标定的Z方向磁补偿线圈粗标定常数，所述磁通门磁强计测量不同直流电流I下的磁补偿线圈磁场强度B，形成I-B数据记录，对所测量的三个方向的I-B数据进行最小二乘法拟合，得到X、Y、Z三个方向的磁补偿线圈粗标定常数：
利用具有粗标定常数的三个方向的磁补偿线圈对SERF磁强计工作环境进行磁补偿以使 SERF磁强计正常工作，然后通过磁补偿线圈对SERF磁强计的刻度系数进行标定，得到Y、 X、Z三个方向的SERF磁强计刻度系数：Ky，Kx,Kz。
所述X方向磁补偿线圈具有通过SERF磁强计标定的X方向磁补偿线圈精标定常数，所述Y方向磁补偿线圈具有通过SERF磁强计标定的Y方向磁补偿线圈精标定常数，所述Z方向磁补偿线圈具有通过SERF磁强计标定的Z方向磁补偿线圈精标定常数，所述SERF磁强计测量不同直流电流I下的磁补偿线圈磁场强度B，形成I-B数据记录，对所测量的三个方向的I-B数据进行最小二乘法拟合，得到Y、X、Z三个方向的磁补偿线圈精标定常数：
基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定方法，其特征在于，包括以下步骤：利用上述基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置，先利用磁通门磁强计对三维原位磁补偿线圈进行粗标定，得到X、Y、Z三个方向的磁补偿线圈粗标定常数：然后利用SERF磁强计对三维原位磁补偿线圈进行精标定，得到Y、X、Z三个方向的磁补偿线圈精标定常数：
所述磁通门磁强计测量不同直流电流I下的磁补偿线圈磁场强度B，形成I-B数据记录，对所测量的三个方向的I-B数据进行最小二乘法拟合，得到X、Y、Z三个方向的磁补偿线圈粗标定常数；所述SERF磁强计测量不同直流电流I下的磁补偿线圈磁场强度B，形成I-B数据记录，对所测量的三个方向的I-B数据进行最小二乘法拟合，得到Y、X、Z三个方向的磁补偿线圈精标定常数。
本发明的技术效果如下：(1)利用磁通门磁强计进行标定时，其安装误差对磁场的测量有很大的影响。而利用SERF磁强计对磁场进行原位测量时，因为系统在设计之初，对三轴正交性已经有过校准，所以安装误差对于线圈常数标定的影响会大大降低。(2)本发明借助SERF磁强计进行标定磁场的测量。因为SERF磁强计本身精度远高于磁通门磁强计，所以标定的精度会有很大的提升。
本发明的原理在于：磁补偿线圈标定的精度很大程度受标定线圈常数时，测量磁场的精度。SERF磁强计是一个矢量磁强计，其精度远远高于磁通门磁强计。我们借助标定之后的SERF磁强计测量磁补偿线圈的磁场，然后进行线性拟合得到线圈常数。因为SERF磁强计较常规方法中的磁通门磁强计精度提高很多，所以线圈常数标定的精度也会有很大的提高。
附图说明
图1是实施本发明的基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置的结构示意图。
图2是实施本发明的基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定方法的流程图。
附图标记列示如下：1-抽运光激光器；2-X方向磁补偿线圈；3-Z方向磁补偿线圈；4-Y 方向磁补偿线圈；5-检测光激光器；6-第一锁相放大器；7-第二锁相放大器；8-信号采集系统；9-低通滤波器；10-差分器；11-第一光电检测器；12-第二光电检测器；13-沃尔夫棱镜；14-碱金属气室；15-无磁加热烤箱；16-反射镜，Iz-Z方向调制电流(交流信号)，Ix-X 方向调制电流(交流信号)。
具体实施方式
下面结合附图(图1-图2)对本发明进行说明。
图1是实施本发明的基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置的结构示意图。图2是实施本发明的基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定方法的流程图。参考图1至图 2，基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置，包括碱金属气室14，沿所述碱金属气室14的X轴线设置有X方向磁补偿线圈2，沿所述碱金属气室14的Y轴方向设置有Y方向磁补偿线圈4，沿所述碱金属气室14的Z轴方向设置有Z方向磁补偿线圈3，沿所述碱金属气室14的X轴线负向端设置有与所述碱金属气室14光连接的检测光激光器5，沿所述碱金属气室14的X轴线正向端连接有与所述碱金属气室14光连接的沃尔夫棱镜13，沿所述碱金属气室14的Z轴轴线负向端设置有与所述碱金属气室14光连接的反射镜16，所述反射镜16与抽运光激光器1光连接，所述沃尔夫棱镜13的第一光路通过第一光电检测器 11连接差分器10，所述沃尔夫棱镜13的第二光路通过第二光电检测器12连接差分器10，所述差分器10通过低通滤波器9连接信号采集系统8的Y端口，所述差分器10分别连接第一锁相放大器6和第二锁相放大器7，所述第一锁相放大器6连接所述信号采集系统8的 Z端口，所述第二锁相放大器7连接所述信号采集系统8的X端口，所述第一锁相放大器6 向Z方向磁补偿线圈3提供Z方向调制电流Iz，所述第二锁相放大器7向X方向磁补偿线圈2提供X方向调制电流Ix。还包括无磁加热烤箱15，所述碱金属气室14位于所述无磁加热烤箱15内。
所述X方向调制电流Ix产生X方向调制磁场Bx，所述Z方向调制电流Iz产生Z方向调制磁场Bz：
上述公式中，是X、Z方向直流磁场，为X、Z方向交流磁场的幅值，ωx,ωz为X、Z方向交流磁场的频率或X、Z方向调制电流频率，t为时间，DC为直流，AC 为交流。
所述抽运光激光器1发射抽运光经所述反射镜16进入碱金属气室14，所述检测光激光器5发射检测光经所述碱金属气室14到达所述沃尔夫棱镜13变成两束光，所述第一光电检测器11将第一束光转化为第一电信号，所述第二光电检测器12将第二束光转化为第二电信号，第一电信号和第二电信号进入所述差分器10完成X方向极化率Sx的检测，Sx的数学表达式如下：
其中βx、βy、βz为β向量在X、Y、Z方向的分量，B为磁场或磁场强度，γe是电子旋磁比常数，Rop是光抽运率常数，Rrel是原子总弛豫率，S0是平衡态时极化率的大小， O(β3)是高阶小量，该高阶小量在计算中忽略不计，ωx,ωz为X、Z方向交流磁场的频率或 X、Z方向调制电流频率，t为时间，DC为直流，AC为交流。
所述低通滤波器9提取出来Y方向磁场By信息、X方向磁场Bx信息和Z方向磁场Bz信息，这三轴磁场的信息被所述信号采集系统8收集并且存储。所述X方向磁补偿线圈2 具有通过磁通门磁强计标定的X方向磁补偿线圈粗标定常数，所述Y方向磁补偿线圈4具有通过磁通门磁强计标定的Y方向磁补偿线圈粗标定常数，所述Z方向磁补偿线圈3具有通过磁通门磁强计标定的Z方向磁补偿线圈粗标定常数，所述磁通门磁强计测量不同直流电流I下的磁补偿线圈磁场强度B，形成I-B数据记录，对所测量的三个方向的I-B数据进行最小二乘法拟合，得到X、Y、Z三个方向的磁补偿线圈粗标定常数：
利用具有粗标定常数的三个方向的磁补偿线圈对SERF磁强计工作环境进行磁补偿以使 SERF磁强计正常工作，然后通过磁补偿线圈对SERF磁强计的刻度系数进行标定，得到Y、 X、Z三个方向的SERF磁强计刻度系数：Ky，Kx,Kz。所述X方向磁补偿线圈2具有通过SERF磁强计标定的X方向磁补偿线圈精标定常数，所述Y方向磁补偿线圈4具有通过SERF 磁强计标定的Y方向磁补偿线圈精标定常数，所述Z方向磁补偿线圈3具有通过SERF磁强计标定的Z方向磁补偿线圈精标定常数，所述SERF磁强计测量不同直流电流I下的磁补偿线圈磁场强度B，形成I-B数据记录，对所测量的三个方向的I-B数据进行最小二乘法拟合，得到Y、X、Z三个方向的磁补偿线圈精标定常数：
基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定方法，包括以下步骤：利用上述基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置，先利用磁通门磁强计对三维原位磁补偿线圈进行粗标定，得到X、Y、Z三个方向的磁补偿线圈粗标定常数：然后利用SERF磁强计对三维原位磁补偿线圈进行精标定，得到Y、X、Z三个方向的磁补偿线圈精标定常数：所述磁通门磁强计测量不同直流电流I下的磁补偿线圈磁场强度B，形成I-B数据记录，对所测量的三个方向的I-B数据进行最小二乘法拟合，得到X、 Y、Z三个方向的磁补偿线圈粗标定常数；所述SERF磁强计测量不同直流电流I下的磁补偿线圈磁场强度B，形成I-B数据记录，对所测量的三个方向的I-B数据进行最小二乘法拟合，得到Y、X、Z三个方向的磁补偿线圈精标定常数。
如图2所示，基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定方法，包括以下内容：(1)连接电路，安装磁通门磁强计。通过高精度电流源，对X方向磁补偿线圈输入若干组电流值，然后通过磁通门磁强计测量出线圈产生的对应的十五组磁场大小。(2)用最小二乘法线性拟合方法，拟合出I-B的比例常数即为粗标定的X方向磁补偿线圈常数。然后再重复步骤 1,2两次，标定出Y,Z方向磁线圈常数。(3)借助粗标定的磁补偿线圈对SERF磁强计工作环境进行磁场补偿，使磁强计可以正常工作。然后通过磁补偿线圈对刻度系数进行标定。 (4)通过高精度电流源同时对三个方向磁补偿线圈输入若干组电流值，借助已经标定的 SERF磁强计测量出每组电流下，磁补偿线圈产生的三个方向磁场。(5)最后，再次利用最小二乘法线性拟合方法，拟合出三个方向的磁补偿线圈常数。
本发明提供一种基于SERF磁强计磁补偿线圈原位标定方法。因为SERF磁强计是一个精度极高的矢量磁强计，所以我们可以借助这个磁强计来完成磁补偿线圈的标定。首先利用磁通门磁强计，以常规方法对磁补偿线圈进行标定。然后，借助粗标定的磁补偿线圈对磁屏蔽桶内剩磁进行补偿，使SERF磁强计可以进行稳定工作。并且，通过磁补偿线圈对磁强计的刻度系数进行标定。最后通过高精度电流源同时在三个方向的磁补偿线圈输入电流，然后通过SERF磁强计来测量所产生三个方向的磁场大小，并对所测量的三个方向的 I-B数据进行最小二乘法拟合，得到三个方向的磁补偿线圈常数。
本发明的实验装置设计为，包括抽运光激光器1，X方向磁补偿线圈2，Z方向磁补偿线圈3，Y方向磁补偿线圈4，检测光激光器5，第一锁相放大器6，第二锁相放大器7，信号采集系统8，低通滤波器9，差分器10，第一光电检测器11，第二光电检测器12，沃尔夫棱镜13，碱金属气室14，无磁加热烤箱15，反射镜16。首先利用磁通门磁强计对X，Y， Z方向磁补偿线圈进行粗标定。工作时，通过烤箱15的温度控制，从而使得碱金属气室14 稳定处于工作温度。通过X，Y，Z方向磁补偿进行剩磁的补偿，使得原子处于SERF态。通过高精度电流源对三轴磁补偿线圈输入一定电流，通过两个锁相放大器6，7对X、Z方向磁补偿线圈输入调制电流，进而产生调制磁场如下：
其中是X,Z方向直流磁场，为X,Z方向交流磁场的幅值，ωx,ωz为 X,Z方向交流磁场的频率。
然后抽运光从激光器1发射，经反射镜16，进入碱金属气室14，极化原子。检测光从激光器5发射，进入碱金属气室14。因为检测方式采用的是差分检测法，所以检测光透过气室之后进过沃尔夫棱镜13，光束变成两束，光强分别被两个光电检测器11,12转化为电信号。然后两个光电检测器的电信号进入差分器10，完成X方向极化率Sx的检测。Sx的数学表达式如下：
其中γe是电子旋磁比常数，Rop是光抽运率常数，Rrel是原子总弛豫率，S0是平衡态时极化率的大小，O(β3)是高阶小量，可以忽略不计。
信号经过低通滤波器9后提取出来By信息，经过两个锁相放大器6，7对ωz,ωx进行锁频从而提取出Bx,Bz信息。最后三轴磁场的信息被信号采集系统收集并且存储。
本发明实际操作步骤如下：
(1)以磁通门磁强计对磁补偿线圈2,3,4进行粗标定。连接电路，并测试各处电路连接正常。通过高精度电流源对X轴线圈输入若干组不同的直流电流使用磁通门磁强计测量每次不同电流时所产生的磁场。记录数据。通过最小二乘法拟合算法，对数据进行拟合得到X方向的磁补偿线圈常数最后重复上述操作两次，获得Y,Z轴线圈常数
(2)使用两个锁相放大器6,7产生调制交流信号，使得X,Z方向的磁场如下
其中是X,Z方向直流磁场，为X,Z方向交流磁场的幅值，ωx,ωz为 X,Z方向交流磁场的频率。最后气室原子的极化率如下：
(3)借助完成粗标定的磁补偿线圈4在Y方向产生若干组几十pT的直流磁场然后采集对应磁强计信号输出直流分量，最后拟合出Y方向的刻度系数 Ky。然后在X,Z方向产生若干组几十pT直流磁场通过锁相放大器6,7分别对ωx,ωz频率进行锁频，采集每次的两个方向对应信号。然后通过线性拟合，标定出X,Z方向磁强计的刻度系数Kx,Kz。
(4)借助已经标定好的SERF矢量磁强计进行磁补偿线圈的精标定。首先运用高精度电流源对Y方向磁补偿线圈输入若干组直流电流(即从y1、y2至yn，对Y方向的n个直流电流)。然后通过SERF磁强计Y方向输出Outy1…Outyn(即从y1、y2 至yn，对Y方向的n个输出)测量出对应的磁场大小最后通过最小二乘法线性拟合出Y方向线圈常数而后，按照步骤(2)中要求，产生相应的交流调制磁场，利用高精度电流源同时对X、Z方向输入电流(即从x1、 x2至xn，对X方向的n个直流电流；从z1、z2至zn，对Z方向的n个直流电流)，借用 SERF磁强计X、Z方向输出Outx1…Outxn，Outz1…Outzn(即从x1、x2至xn，对X 方向的n个输出；从z1、z2至zn，对Z方向的n个输出)测量出对应的磁场大小最后进过最小二乘法线性拟合出X、Z方向线圈常数
在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。
Claims (10)
1.基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置，其特征在于，包括碱金属气室，沿所述碱金属气室的X轴线设置有X方向磁补偿线圈，沿所述碱金属气室的Y轴方向设置有Y方向磁补偿线圈，沿所述碱金属气室的Z轴方向设置有Z方向磁补偿线圈，沿所述碱金属气室的X轴线负向端设置有与所述碱金属气室光连接的检测光激光器，沿所述碱金属气室的X轴线正向端连接有与所述碱金属气室光连接的沃尔夫棱镜，沿所述碱金属气室的Z轴轴线负向端设置有与所述碱金属气室光连接的反射镜，所述反射镜与抽运光激光器光连接，所述沃尔夫棱镜的第一光路通过第一光电检测器连接差分器，所述沃尔夫棱镜的第二光路通过第二光电检测器连接差分器，所述差分器通过低通滤波器连接信号采集系统的Y端口，所述差分器分别连接第一锁相放大器和第二锁相放大器，所述第一锁相放大器连接所述信号采集系统的Z端口，所述第二锁相放大器连接所述信号采集系统的X端口，所述第一锁相放大器向Z方向磁补偿线圈提供Z方向调制电流，所述第二锁相放大器向X方向磁补偿线圈提供X方向调制电流。
2.根据权利要求1所述的基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置，其特征在于，还包括无磁加热烤箱，所述碱金属气室位于所述无磁加热烤箱内。
3.根据权利要求1所述的基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置，其特征在于，所述X方向调制电流产生X方向调制磁场Bx，所述Z方向调制电流产生Z方向调制磁场Bz：
上述公式中，是X、Z方向直流磁场，为X、Z方向交流磁场的幅值，ωx,ωz为X、Z方向交流磁场的频率或X、Z方向调制电流频率，t为时间，DC为直流，AC为交流。
4.根据权利要求1所述的基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置，其特征在于，所述抽运光激光器发射抽运光经所述反射镜进入碱金属气室，所述检测光激光器发射检测光经所述碱金属气室到达所述沃尔夫棱镜变成两束光，所述第一光电检测器将第一束光转化为第一电信号，所述第二光电检测器将第二束光转化为第二电信号，第一电信号和第二电信号进入所述差分器完成X方向极化率Sx的检测，Sx的数学表达式如下：
其中βx、βy、βz为β向量在X、Y、Z方向的分量，B为磁场或磁场强度，γe是电子旋磁比常数，Rop是光抽运率常数，Rrel是原子总弛豫率，S0是平衡态时极化率的大小，O(β3)是高阶小量，该高阶小量在计算中忽略不计，ωx,ωz为X、Z方向交流磁场的频率或X、Z方向调制电流频率，t为时间，DC为直流，AC为交流。
5.根据权利要求1所述的基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置，其特征在于，所述低通滤波器提取出来Y方向磁场By信息、X方向磁场Bx信息和Z方向磁场Bz信息，这三轴磁场的信息被所述信号采集系统收集并且存储。
6.根据权利要求1所述的基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置，其特征在于，所述X方向磁补偿线圈具有通过磁通门磁强计标定的X方向磁补偿线圈粗标定常数，所述Y方向磁补偿线圈具有通过磁通门磁强计标定的Y方向磁补偿线圈粗标定常数，所述Z方向磁补偿线圈具有通过磁通门磁强计标定的Z方向磁补偿线圈粗标定常数，所述磁通门磁强计测量不同直流电流I下的磁补偿线圈磁场强度B，形成I-B数据记录，对所测量的三个方向的I-B数据进行最小二乘法拟合，得到X、Y、Z三个方向的磁补偿线圈粗标定常数：
7.根据权利要求6所述的基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置，其特征在于，利用具有粗标定常数的三个方向的磁补偿线圈对SERF磁强计工作环境进行磁补偿以使SERF磁强计正常工作，然后通过磁补偿线圈对SERF磁强计的刻度系数进行标定，得到Y、X、Z三个方向的SERF磁强计刻度系数：Ky，Kx,Kz。
8.根据权利要求1所述的基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置，其特征在于，所述X方向磁补偿线圈具有通过SERF磁强计标定的X方向磁补偿线圈精标定常数，所述Y方向磁补偿线圈具有通过SERF磁强计标定的Y方向磁补偿线圈精标定常数，所述Z方向磁补偿线圈具有通过SERF磁强计标定的Z方向磁补偿线圈精标定常数，所述SERF磁强计测量不同直流电流I下的磁补偿线圈磁场强度B，形成I-B数据记录，对所测量的三个方向的I-B数据进行最小二乘法拟合，得到Y、X、Z三个方向的磁补偿线圈精标定常数：
9.基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定方法，其特征在于，包括以下步骤：利用上述权利要求1-8之一所述的基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定实验装置，先利用磁通门磁强计对三维原位磁补偿线圈进行粗标定，得到X、Y、Z三个方向的磁补偿线圈粗标定常数：然后利用SERF磁强计对三维原位磁补偿线圈进行精标定，得到Y、X、Z三个方向的磁补偿线圈精标定常数：
10.根据权利要求9所述的基于SERF磁强计的三维原位磁线圈标定方法，其特征在于，所述磁通门磁强计测量不同直流电流I下的磁补偿线圈磁场强度B，形成I-B数据记录，对所测量的三个方向的I-B数据进行最小二乘法拟合，得到X、Y、Z三个方向的磁补偿线圈粗标定常数；所述SERF磁强计测量不同直流电流I下的磁补偿线圈磁场强度B，形成I-B数据记录，对所测量的三个方向的I-B数据进行最小二乘法拟合，得到Y、X、Z三个方向的磁补偿线圈精标定常数。
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