CN114264985A - 极弱磁场绝对测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于磁场测量技术领域，公开了一种极弱磁场绝对测量方法，包括以下步骤：将样品放置在极化区内进行极化，使样品达到热平衡状态；通过引导磁场将极化后的样品转移至待测磁场内的测量区；样品自旋在强相互作用以及待测磁场中演化，编码待测磁场参数；用原子磁力计连续测量样品在待测磁场下核自旋磁化强度的时间演化；使用数据采集卡对原子磁力计测量信号进行采集，然后对测量信号进行傅里叶变换并输出，形成演化谱线；对谱线进行分析，得出待测磁场的大小和方向。通过已知样品在待定磁场内的核磁化强度的时间演化来分析测量待测磁场的大小和强度，取消了现有技术中磁场校准环节，有效避免校准误差和技术噪声，提高极弱磁场的测量准确度。
Description
技术领域
本发明属于磁场测量技术领域，具体涉及一种用于极弱磁场绝对测量方法。
背景技术
极弱磁场测量在地磁导航、地质资源勘探、科学研究、国防建设与医疗仪器等领域都有广泛应用。
原子磁力仪是近年来发展起来的具有超高灵敏度的磁力仪，其基本原理是利用碱金属原子最外层电子自旋极化矢量在外磁场中的旋进来测量磁场。目前原子磁力仪测量磁场采用的是相对测量方法，即先用已知特定大小的磁场对原子磁力仪进行标定，得出对应该特定大小磁场的谱线强度；再将原子磁力仪放入待测磁场中进行测量，得出待测磁场的谱线，对比分析后即可得出待定磁场的大小。
由于上述测量方法需要先对原子磁力仪进行标定校准，这就需要借助外部参考场，校准过程中会产生校准误差和技术噪声，从而会影响磁场测量的准确度。此外，上述方法只能测量一个方向的磁场，通常无法得出待测磁场的方向，为了得出磁场的方向，需要通过施加多个方向的磁场作为校准，校准误差会影响磁场方向测量的准确度。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可测量磁场大小和方向的极弱磁场绝对测量方法，避免校准误差，有效提高磁场测量准确度。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种极弱磁场绝对测量方法，包括以下步骤：
S1.将样品放置在极化区内进行极化，使样品达到热平衡状态；
S2.通过引导磁场将极化后的样品转移至待测磁场内的测量区；
S3.样品自旋在强相互作用以及待测磁场中演化，编码待测磁场参数；
S4.用原子磁力计连续测量样品在待测磁场下核自旋磁化强度的时间演化；
S5.使用数据采集卡对原子磁力计的测量信号进行采集，然后对测量信号进行傅里叶变换并输出，形成演化谱线；
S6.对谱线进行分析，得出待测磁场的大小和方向。
进一步的，所述S1中的样品极化为将样品放置在环形海尔贝克磁体中空位置处，且停留3-5倍样品核自旋纵向弛豫时间。
进一步的，所述极化区内设置有极化区样品管，极化区样品管放置于环形海尔贝克磁体中空位置处；所述测量区内设置有测量区样品管，测量区样品管放置于待测磁场中；极化区样品管与测量区样品管之间通过橡胶管连通，引导磁场将极化区样品管内的样品引导转移至测量区样品管。
进一步的，所述样品为碳13同位素标记的甲酸或碳13同位素标记的甲醛或碳13同位素单标记的乙酸。
进一步的，所述S6采用简并微扰理论对谱线进行分析，得出待测磁场的大小的方向。
采用上述技术方案的有益效果是：本发明通过已知样品在待定磁场内的核磁化强度的时间演化来分析测量待测磁场的大小和强度，取消了现有技术中的磁场校准环节，可有效避免校准误差和技术噪声，所测得的接结果即为待测磁场真实的大小和方向，有效的提高了极弱磁场的测量准确度。
附图说明
图1是本发明的步骤流程图。
具体实施方式
结合附图，一种极弱磁场绝对测量方法，包括以下步骤：
S1.将样品放置在极化区内进行极化，使样品达到热平衡状态；
S2.通过引导磁场将极化后的样品转移至待测磁场内的测量区；
S3.样品自旋在强相互作用以及待测磁场中演化，编码待测磁场参数；
S4.用原子磁力计连续测量样品在待测磁场下核自旋磁化强度的时间演化；
S5.使用数据采集卡对原子磁力计的测量信号进行采集，然后对测量信号进行傅里叶变换并输出，形成演化谱线；
S6.对谱线进行分析，得出待测磁场的大小和方向。
本发明通过已知样品在待定磁场内的核磁化强度的时间演化来分析测量待测磁场的大小和强度，取消了现有技术中的磁场校准环节，可有效避免校准误差和技术噪声，所测得的接结果即为待测磁场真实的大小和方向，有效的提高了极弱磁场的测量准确度。
具体实施时，设置极化区和测量区，极化区内设置有极化区样品管，测量区内设置有测量区样品管，极化区样品管与测量区样品管之间通过有机玻璃管连通，用于将极化区样品管内的样品转移至测量区样品管。有机玻璃管上绕制螺线管线圈，用于对样品施加引导磁场，引导磁场用于引导样品的极化方向。
极化区样品管放置在环形海尔贝克磁体中空位置处，样品极化时，将样品放入极化区样品管，在海尔贝克磁体的磁场作用下停留3-5倍样品核自旋纵向弛豫时间，使样品达到热平衡状态，样品极化完成。测量区样品管放置于待测磁场中，磁场测量时，样品转移至测量区样品管，在待测磁场的作用下，样品的强相互作用自旋在待测磁场中演化，编码待测磁场参数；再用原子磁力计连续测量样品在待测磁场下核磁化强度的时间演化；对原子磁力计的测量信号进行傅里叶变换并输出，形成演化谱线；最终采用简并微扰理论对谱线进行分析，根据塞曼分裂，提取磁场大小参数，得出待测磁场的大小数值；根据量子跃迁情况，确定待测磁场方向，当零量子跃迁被允许，待测磁场方向与原子磁力计测量方向平行；当单量子跃迁被允许，待测磁场方向与原子磁力计测量方向垂直；当零、单量子跃迁均被允许，待测磁场方向与原子磁力计测量方向既不平行也不垂直。
优选的，所述样品为碳13同位素标记的甲酸或碳13同位素标记的甲醛或碳13同位素单标记的乙酸。这类样品谱线较为简单，容易分辨；且其相干时间长，可有效提高测量精度。
Claims (5)
1.一种极弱磁场绝对测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.将样品放置在极化区内进行极化，使样品达到热平衡状态；
S2.通过引导磁场将极化后的样品转移至待测磁场内的测量区；
S3.样品自旋在强相互作用以及待测磁场中演化，编码待测磁场参数；
S4.用原子磁力计连续测量样品在待测磁场下核自旋磁化强度的时间演化；
S5.使用数据采集卡对原子磁力计的测量信号进行采集，然后对测量信号进行傅里叶变换并输出，形成演化谱线；
S6.对谱线进行分析，得出待测磁场的大小和方向。
2.根据权利要求1所述的极弱磁场绝对测量方法，其特征在于：所述S1中的样品极化为将样品放置在环形海尔贝克磁体中空位置处，且停留3-5倍样品核自旋纵向弛豫时间。
3.根据权利要求2所述的极弱磁场绝对测量方法，其特征在于：所述极化区内设置有极化区样品管，极化区样品管放置于环形海尔贝克磁体中空位置处；所述测量区内设置有测量区样品管，测量区样品管放置于待测磁场中；极化区样品管与测量区样品管之间通过橡胶管连通，引导磁场将极化区样品管内的样品引导转移至测量区样品管。
4.根据权利要求1所述的极弱磁场绝对测量方法，其特征在于：所述样品为碳13同位素标记的甲酸或碳13同位素标记的甲醛或碳13同位素单标记的乙酸。
5.根据权利要求1所述的极弱磁场绝对测量方法，其特征在于：所述S6采用简并微扰理论对谱线进行分析，得出待测磁场的大小的方向。
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