CN110426654B - 一种分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响的方法 - Google Patents

一种分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110426654B
CN110426654B CN201910806588.2A CN201910806588A CN110426654B CN 110426654 B CN110426654 B CN 110426654B CN 201910806588 A CN201910806588 A CN 201910806588A CN 110426654 B CN110426654 B CN 110426654B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic field
line width
optical pump
temperature optical
pump magnetometer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910806588.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110426654A (zh
Inventor
周斌权
尹彦
韩邦成
刘刚
陆吉玺
吴文峰
李秀飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Publication of CN110426654A publication Critical patent/CN110426654A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110426654B publication Critical patent/CN110426654B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0023—Electronic aspects, e.g. circuits for stimulation, evaluation, control; Treating the measured signals; calibration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/032—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

本发明提供了一种分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响的方法，其中本发明高温光泵磁强计线宽测试装置，包括高温光泵磁强计系统、测试线圈、屏蔽桶、电流源。高温光泵磁强计系统放置于测试线圈中轴线，测试线圈放置于屏蔽桶内且同轴，电流源用于给测试线圈输入电流以产生可控磁场。采用上述装置可测试高温光泵磁强计内由磁场作用产生的共振峰线宽，线宽最终表征磁强计灵敏度。由于磁场强度与磁场梯度通过不同机理对线宽产生影响，通过控制变量法分离二者对其的影响，最终得出二者对线宽影响的定量关系，与理论公式做对比。采用此方法可完善高温光泵磁强计系统模型，测量其梯度容忍度，同时对压窄线宽以达到更高灵敏度有积极作用。

Description

一种分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响的 方法
技术领域
本发明涉及地磁测量技术领域，具体涉及一种高温光泵磁强计系统，以及分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响的方法，应用此方法可完善高温光泵磁强计系统模型，测量其梯度容忍度，同时对压窄线宽以达到更高灵敏度有积极作用。
背景技术
光泵磁强计利用被特定频率圆偏振抽运光极化的高密度热原子(约140℃)，在与抽运光方向一致的外磁场作用下会进行拉莫尔进动，其进动频率ω与外磁场B在一定范围内成正比，ω＝γB。在垂直于抽运光方向施加一束线偏振检测光，利用法拉第旋光效应来检测原子系综的变化。在与外磁场垂直平面施加横向旋转磁场，当其旋转频率与进动频率一致时发生共振，检测幅值达到最大，从而完成测量磁场的目的。当磁场强度较大时，磁共振峰内部会进一步分裂，导致整体磁共振峰的线宽增加。敏感源热原子装于玻璃气室内，当气室处于梯度磁场中时，由于玻璃气室的空间尺寸导致不同原子系综感受到磁场强度值不一致，最终反映于共振峰上时，使其线宽增加。而在使用测试线圈来模拟待测磁场时，磁场强度与磁场梯度会同时变化，无法确定二者中哪一因素导致磁共振峰的加宽。因此，为了更精确地描述高温光泵磁强计系统，在已有高温光泵磁强计测试系统的基础上，亟需找到一种可以分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响的方法。
发明内容
本发明的目的在于分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响，完善高温光泵磁强计系统模型。另外，应用此方法可测量其其梯度容忍度，同时对压窄线宽以达到更高灵敏度有积极作用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高温光泵磁强计线宽测试装置，包括高温光泵磁强计系统、测试线圈、屏蔽桶、电流源。其中，高温光泵磁强计系统位于测试线圈中央，测试线圈位于屏蔽桶内部前后平齐且同轴，电流源位于外部，与测试线圈间用线缆连接。
在上述的高温光泵磁强计线宽测试装置中，高温光泵磁强计系统采用加热到140℃的高温高密度K原子做敏感源，敏感方向为z方向。
在上述的高温光泵磁强计线宽测试装置中，测试线圈由铜导线绕制而成不同形状，可通过电流源控制，产生x、y、z方向不同强度、均匀度的磁场。
在上述的高温光泵磁强计线宽测试装置中，屏蔽桶是一种常用设备，用于屏蔽外界地磁环境，其可同时大幅降低外界对内部磁场强度的干扰与磁场噪声的干扰。
在上述的高温光泵磁强计线宽测试装置中，电流源是一种常用设备，其输出连接于测试线圈引出线，用于给其供电。
一种分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响的方法，包括如下步骤：
(1)电流源施加一定电流于测试线圈，将高温光泵磁强计放置于测试线圈中轴线并移动不同位置，测试不同位置处的磁场值以及磁共振峰线宽。拟合出位置与磁场强度的4次曲线。
(2)对磁场强度曲线图求导，即可得出位置与磁场梯度的3次曲线图。
(3)改变不同电流值，重复步骤1，获得不同磁场强度、位置曲线图。
(4)改变不同电流值，重复步骤2，获得不同磁场梯度、位置曲线图。
(5)在同一张图上表示磁场强度、位置曲线图，于特定磁场强度值处画一辅助线，得出其与不同曲线的交点所对应的线宽。此可得出磁场强度一定时，磁场梯度与线宽的关系式。
(6)在同一张图上表示磁场梯度、位置曲线图，于特定磁场梯度值处画一辅助线，得出其与不同曲线的交点所对应的线宽。此可得出磁场梯度一定时，磁场强度与线宽的关系式。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响的方法，在传统高温光泵磁强计系统的基础上，对测试线圈中轴线上不同位置的磁场强度与线宽进行测量，通过对曲线求导得出磁场梯度位置曲线。其相较于传统认为屏蔽桶内中心区磁场梯度为零的约化，可以对模型更精确地完善。
(2)本发明的分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响的方法，最终可得出磁场梯度对线宽影响的表达式，结合敏感源气室的物理尺寸，可最终得出高温光泵磁强计系统的梯度容忍度。
(3)本发明的分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响的方法，最终得到更精准的系统模型，以此为基础，在测试线圈的基础上叠加补偿线圈，优化敏感源气室所处位置的磁场梯度，压窄线宽，提升灵敏度。
附图说明
图1为本发明的高温光泵磁强计线宽测试装置，其中，1为高温光泵磁强计系统，2为测试线圈，3为屏蔽桶，4为电流源，5为支撑板。
图2为本发明中相关的高温光泵磁强计系统简图。
图3为本发明的磁场强度与位置关系示意图。
图4为本发明的磁场梯度与位置关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细介绍：
如图1所示，本发明的高温光泵磁强计线宽测试装置，包括高温光泵磁强计系统1、测试线圈2、屏蔽桶3、电流源4。其中，高温光泵磁强计系统1位于测试线圈2中央，测试线圈2位于屏蔽桶3内部前后平齐且同轴，电流源4位于外部，与测试线圈2间用线缆连接。
如图2所示，所述高温光泵磁强计系统1采用加热到140℃的高温高密度K原子做敏感源，敏感方向为z方向。该系统内所包含常规必备组件有：激光源、透镜组、激励线圈、加热装置、电子测控与数据采集装置。激光源选取K原子所对应的能级跃迁D1线或D2线，即波长为770.7nm或766.7nm。透镜组用于改变通过光的偏振性与稳定性，从而达到所需要求。激励线圈为旋转磁场的执行机构。加热装置用于测量和稳定气室温度。当通过扫描横向旋转磁场频率时，与拉莫尔进动频率相一致的频率点处，磁强计输出信号加强，整体形成一包络共振峰，从而完成了从磁场信号到共振峰线宽量度的转换。
所述测试线圈2由铜导线绕制而成不同形状，通过电流源4控制，产生x、y、z方向不同强度、均匀度的磁场。一般采用9449线圈，其在线圈中央的均匀度比较高，随着偏离中央，磁场强度值呈4次方增长，故其磁场梯度值呈3次方变化。所用测试线圈的线圈常数约为500nT/mA。
在上述的高温光泵磁强计线宽测试装置中，屏蔽桶3是一种常用设备，用于屏蔽外界地磁环境，其可同时大幅降低外界对内部磁场强度的干扰与磁场噪声的干扰。所用屏蔽桶为4层坡莫合金屏蔽桶，屏蔽磁场衰减因子为10-5，其内径为40cm，有足够大的空间来装载测试线圈2与高温光泵磁强计1，同时可保证在线圈中央具有一定的磁场均匀区。
在上述的高温光泵磁强计线宽测试装置中，电流源4是一种常用设备，其输出连接于测试线圈2引出线，用于给其供电。所用电流源为Thorlabs公司的LDC205C。
采用本发明所述的高温光泵磁强计线宽测试装置，实现分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响的方法，如图1所示，包括如下步骤：
1)电流源施加一定电流于测试线圈，将高温光泵磁强计放置于测试线圈中轴线并移动不同位置，测试不同位置处的磁场值以及磁共振峰线宽。拟合出位置与磁场强度的4次曲线。
2)对磁场强度曲线图求导，即可得出位置与磁场梯度的3次曲线图。
3)改变不同电流值，重复步骤1，获得不同磁场强度、位置曲线图。
4)改变不同电流值，重复步骤2，获得不同磁场梯度、位置曲线图。
5)在同一张图上表示磁场强度、位置曲线图，于特定磁场强度值处画一辅助线，如图3所示，得出其与不同曲线的交点所对应的线宽。此可得出磁场强度一定时，磁场梯度与线宽的关系式。图3中模拟曲线表达式为：
y(n)＝nx4+2(n-1)
其中，y表示磁场强度，x表示位置，n为曲线编号。特定磁场强度选取10，对应4个不同位置，此处的线宽完全受磁场梯度影响，不再受磁场强度影响。
6)在同一张图上表示磁场梯度、位置曲线图，于特定磁场梯度值处画一辅助线，如图4所示，得出其与不同曲线的交点所对应的线宽。此可得出磁场梯度一定时，磁场强度与线宽的关系式。图4中模拟曲线表达式为：
z(n)＝4nx3
其中，z表示磁场梯度，x表示位置，n为曲线编号。特定磁场梯度选取30，对应4个不同位置，此处的线宽完全受磁场强度影响，不再受磁场梯度影响。
以上所述仅为本发明的一个具体的实施方法，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的相关人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到的变化或者替换，都应该涵盖在本发明的保护范围以内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种高温光泵磁强计线宽测试装置，其特征在于：包括高温光泵磁强计系统(1)、测试线圈(2)、屏蔽桶(3)和电流源(4)，其中，高温光泵磁强计系统(1)位于测试线圈(2)中央，测试线圈(2)位于屏蔽桶(3)内部前后平齐且同轴，电流源(4)位于外部，与测试线圈(2)间用线缆连接；
所述高温光泵磁强计系统(1)采用加热到140℃的高温高密度K原子做敏感源，敏感方向为z方向。
2.如权利要求1所述的一种高温光泵磁强计线宽测试装置，其特征在于：所述测试线圈(2)由铜导线绕制而成不同形状，可通过电流源(4)控制，产生x、y、z方向不同强度、均匀度的磁场。
3.如权利要求1所述的一种高温光泵磁强计线宽测试装置，其特征在于：所述屏蔽桶(3)是一种常用设备，用于屏蔽外界地磁环境，其可同时大幅降低外界对内部磁场强度的干扰与磁场噪声的干扰。
4.如权利要求1所述的一种高温光泵磁强计线宽测试装置，其特征在于：所述电流源(4)是一种常用设备，其输出连接于测试线圈(2)引出线，用于给其供电。
5.一种分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)电流源施加一定电流于测试线圈，将高温光泵磁强计放置于测试线圈中轴线并移动不同位置，测试不同位置处的磁场值以及磁共振峰线宽，拟合出位置与磁场强度的4次曲线；
2)对磁场强度曲线图求导，即可得出位置与磁场梯度的3次曲线图；
3)改变不同电流值，重复步骤1，获得不同磁场强度、位置曲线图；
4)改变不同电流值，重复步骤2，获得不同磁场梯度、位置曲线图；
5)在同一张图上表示磁场强度、位置曲线图，于特定磁场强度值处画一辅助线，得出其与不同曲线的交点所对应的线宽，此可得出磁场强度一定时，磁场梯度与线宽的关系式；
6)在同一张图上表示磁场梯度、位置曲线图，于特定磁场梯度值处画一辅助线，得出其与不同曲线的交点所对应的线宽，此可得出磁场梯度一定时，磁场强度与线宽的关系式。
CN201910806588.2A 2019-03-26 2019-08-29 一种分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响的方法 Active CN110426654B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2019102320312 2019-03-26
CN201910232031.2A CN109946628A (zh) 2019-03-26 2019-03-26 一种分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110426654A CN110426654A (zh) 2019-11-08
CN110426654B true CN110426654B (zh) 2020-11-24

Family

ID=67010747

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910232031.2A Pending CN109946628A (zh) 2019-03-26 2019-03-26 一种分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响的方法
CN201910806588.2A Active CN110426654B (zh) 2019-03-26 2019-08-29 一种分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响的方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910232031.2A Pending CN109946628A (zh) 2019-03-26 2019-03-26 一种分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN109946628A (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103033786B (zh) * 2011-10-08 2015-07-08 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种三轴矢量磁强计正交校准方法及装置
CN103885019B (zh) * 2014-02-28 2016-05-04 中国船舶重工集团公司第七一〇研究所 用于磁强计校准的双均匀区型磁场产生装置及校准方法
CN203799001U (zh) * 2014-02-28 2014-08-27 中国船舶重工集团公司第七一〇研究所 一种双均匀区型磁场梯度磁强计校准装置
CN104730484B (zh) * 2015-03-23 2017-06-16 东南大学 一种原子自旋磁强计serf态的判定方法
CN106872917B (zh) * 2017-03-03 2019-08-23 电子科技大学 一种测试磁性材料的铁磁共振线宽面内分布的方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN109946628A (zh) 2019-06-28
CN110426654A (zh) 2019-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108693488B (zh) 一种基于双抽运光束的无自旋交换弛豫原子自旋磁场测量装置
CN108519566B (zh) 一种基于光频移调制的serf原子磁强计装置及方法
CN109738837B (zh) 一种用于单光束serf原子磁强计的剩余磁场原位补偿方法
CN110261796B (zh) 一种基于零场共振的serf原子磁强计及磁补偿方法
CN108717168B (zh) 一种基于光场幅度调制的标量磁场梯度测量装置及方法
JPS59501995A (ja) Ｎｍｒ映像形成装置
JP2018501854A (ja) 電磁コイルの構築及び動作のためのシステム及び方法
WO2019108781A1 (en) Stationary magic angle spinning enhanced solid-state spin sensor
CN108303661B (zh) 磁共振发射信号的校正
US4920316A (en) Method and apparatus for reducing base field shifts in a magnetic resonance device due to pulsed magnetic field gradients
CN107727089A (zh) 一种适用于serf原子自旋陀螺仪的三轴剩余磁场测量与补偿方法
CN110568384B (zh) 一种用于超灵敏原子磁力计的主动式磁补偿方法
JP2017536920A (ja) 電磁コイルの構築のためのシステム及び方法
CN108776356A (zh) 瞬变电磁测量装置的设计方法
CN107656219A (zh) 一种铷原子磁力仪
JP2017536920A5 (zh)
Bai et al. Research on an improved resonant cavity for overhauser geomagnetic sensor
CN108534770B (zh) 一种129Xe-Rb自旋交换速率快速测量方法
US9880237B2 (en) MRI scanner
CN110045309A (zh) 一种新型的光泵磁力仪精度自检测方法
CN110426654B (zh) 一种分离磁场强度与磁场梯度对高温光泵磁强计线宽影响的方法
CN105896237A (zh) 一种用于光泵浦装置中的轴向磁场调整装置及调整方法
CN110411434A (zh) 一种原子陀螺仪三维原位快速磁补偿方法
CN115718273A (zh) 一种基于磁感应强度测量物体磁化率的装置及其测量方法
JP4392941B2 (ja) 磁気共鳴イメージング装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant