CN118376964A - 一种基于单光束的磁场非正交角原位测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电变量或磁变量的测量技术领域，尤其涉及一种基于单光束的磁场非正交角原位测量系统及方法，方法包括如下步骤：单光束经过碱金属原子气室后，进行光电转换得到光束的幅值信息；给Y轴及Z轴偏置磁场线圈施加电流，使二者产生的偏置磁场相等且总偏置磁场幅值为设定值，交替变换Y轴偏置及Z轴偏置磁场线圈的电流方向，对射频磁场线圈施加不同频率的电流；改变总偏置磁场幅值的设定值，重复上述操作至设定轮数，得到拟合方程；对拟合方程拟合得到拟合方程的斜率及截距；计算磁场非正交角。本发明提供的方法及系统适用范围广，避免了光与光之间夹角引入的误差，避免了非原位测量带来的位置误差，测量结果更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及电变量或磁变量的测量技术领域，尤其涉及一种基于单光束的磁场非正交角原位测量系统及方法。
背景技术
基于量子原理的磁力仪和陀螺仪逐渐发展，其核心是利用碱金属原子对磁场或转动的响应实现磁场和惯性测量。碱金属原子的能级分裂受外界磁场影响，磁场的补偿效果直接决定了陀螺仪和磁力仪的灵敏度与准确度，尤其是基于无自旋交换弛豫原理的相关系统受磁场补偿效果影响更为严重，甚至可能存在磁场补偿效果较差导致系统无法正常运行的情况。而磁场的补偿效果直接与磁场线圈的非正交角有关，因此研究磁场非正交角测量系统与方法具有必要性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于单光束的磁场非正交角原位测量系统及方法，单光束经过碱金属原子气室，基于磁共振原理，利用不同偏置磁场方向下系统共振频率的差异，计算得到两偏置磁场线圈之间的非正交角。
本发明是通过以下技术方案予以实现：
一种基于单光束的磁场非正交角原位测量方法，其包括如下步骤：
S1：光源产生的单光束经过碱金属原子气室后，进行光电转换得到光束的幅值信息；
S2：分别给产生磁场方向与单光束方向相同的Z轴偏置磁场线圈及产生磁场方向与单光束方向垂直的Y轴偏置磁场线圈施加电流，使Y轴偏置磁场线圈与Z轴偏置磁场线圈在碱金属原子气室位置处产生的偏置磁场相等且产生的总偏置磁场幅值为设定值，交替变换Y轴偏置磁场线圈及Z轴偏置磁场线圈的电流方向进行测量，同时对产生磁场方向与单光束方向相同的射频磁场线圈施加不同频率的电流，信号采集模块记录光束的幅值达到最大值时射频磁场线圈的共振峰值频率，完成一轮测试；
S3：改变总偏置磁场幅值的设定值，重复步骤S2的操作，直至达到设定轮数，得到不同测试条件下相应的射频磁场线圈的共振峰值频率与总偏置磁场幅值的拟合方程；
S4：对不同测量条件下相应的射频磁场线圈的共振峰值频率及总偏置磁场幅值的拟合方程进行拟合，得到相应拟合方程的斜率及截距；
S5：根据拟合方程的斜率计算磁场非正交角。
优化的，步骤S1中碱金属原子气室的温度稳定在70℃～110℃范围内。
进一步，Y轴偏置磁场线圈、Z轴偏置磁场线圈、射频磁场线圈及碱金属原子气室均置于磁屏蔽模块内。
进一步，步骤S2中每一轮测量交替变换Y轴偏置磁场线圈及Z轴偏置磁场线圈的电流方向包括如下过程：I、Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向；II、Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向；III、Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向；IV、Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向。
进一步，步骤S3中不同测量条件下相应的拟合方程为式（1）：
（1）；
其中：表示第轮测量的总磁场幅值，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时第轮射频磁场线圈的共振峰值频率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时拟合方程的斜率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈产生的为正向时拟合方程的截距，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时第轮射频磁场线圈的共振峰值频率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时拟合方程的斜率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时拟合方程的截距，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时第轮射频磁场线圈的共振峰值频率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时拟合方程的斜率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时拟合方程的截距，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时第轮射频磁场线圈的共振峰值频率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时拟合方程的斜率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时拟合方程的截距。
进一步，步骤S5中按照式（2）计算磁场非正交角：
（2）。
一种基于单光束的磁场非正交角原位测量系统，用于执行如上述任意一项所述的一种基于单光束的磁场非正交角原位测量方法，其包括光源模块、碱金属原子气室、磁场产生模块、信号采集模块及数据处理模块，所述光源模块用于产生单光束入射至碱金属原子气室，所述信号采集模块用于将从碱金属原子气室输出光束的光信号转化成电信号，得到光束的幅值信息并传输给数据处理模块，所述磁场产生模块用于在碱金属原子气室的位置产生Y轴偏置磁场、Z轴偏置磁场及射频磁场，所述数据处理模块用于接收信号采集模块的信息及磁场产生模块的信息，对不同测量条件下相应的拟合方程进行拟合处理，计算磁场非正交角。
进一步，碱金属原子气室外设有气室温控模块，将碱金属原子气室的温度稳定在设定温度范围内。
进一步，磁场产生模块包括Y轴偏置磁场线圈、Z轴偏置磁场线圈、射频磁场线圈、Y轴偏置磁场线圈电流源、Z轴偏置磁场线圈电流源、射频磁场线圈压控电流源及扫频单元，所述射频磁场线圈设置于碱金属原子气室外且所述射频磁场线圈产生的磁场方向与光源产生的单光束方向一致，Y轴偏置磁场线圈及Z轴偏置磁场线圈分别位于所述射频磁场线圈的外围，且所述Z轴偏置磁场线圈产生的磁场方向与光源产生的单光束方向一致，所述Y轴偏置磁场线圈产生的磁场方向与光源产生的单光束方向垂直，所述Y轴偏置磁场线圈电流源与Y轴偏置磁场线圈连接为Y轴偏置磁场线圈提供所需电流，所述Z轴偏置磁场线圈电流源与Z轴偏置磁场线圈连接为Z轴偏置磁场线圈提供所需电流，所述扫频单元分别与射频磁场线圈压控电流源及数据处理模块连接，射频磁场线圈压控电流源与射频磁场线圈连接，所述扫频单元用于产生频率变化的射频电压信号作用于射频磁场线圈压控电流源，并将频率变化的射频电流信号传输给数据处理模块，所述射频磁场线圈压控电流源用于给射频磁场线圈提供所需压控电流。
进一步，还包括磁屏蔽模块，所述磁屏蔽模块设置于两个Y轴偏置磁场线圈及两个Z轴偏置磁场线圈的外围。
发明的有益效果：
本发明提供的一种基于单光束的磁场非正交角原位测量系统及方法，单光束经过碱金属原子气室，基于磁共振原理，利用不同偏置磁场方向下系统共振频率的差异，计算得到两偏置磁场线圈之间的非正交角，本发明提供的方法及系统仅依靠单束光可以实现YZ轴或XZ轴两对线圈间非正交角的原位标定，并且不需要引入其他外界磁场测量设备，不需要改变碱金属原子气室的位置就可以实现磁场非正交角的测量，即磁场非正交角的原位测量，大幅简化了测量系统。相比于利用两束光实现非正交角标定的方法，本发明系统更为简单，适用范围更广，且避免了系统中光与光之间夹角引入的误差。相比引入外界磁力仪等磁场测量设备，通过改变碱金属原子气室的位置进行非正交角标定的方法，避免了非原位测量带来的位置误差。
附图说明
图1是本发明流程示意图。
图2是本发明系统示意图。
图中：101、光源模块；102、单光束；103、碱金属原子气室；104、气室温控模块；105、磁屏蔽模块；106、射频磁场线圈；107、射频磁场线圈压控电流源；108、Y轴偏置磁场线圈；109、Y轴偏置磁场线圈电流源；110、Z轴偏置磁场线圈；111、Z轴偏置磁场线圈电流源；112、光电转换器；113、锁相器；114、扫频单元；115、数据处理模块。
具体实施方式
一种基于单光束的磁场非正交角原位测量方法，其包括如下步骤，其流程图如图1所示：
S1：光源产生的单光束经过碱金属原子气室后，进行光电转换得到光束的幅值信息；碱金属原子气室为内含碱金属原子及缓冲气体的透明腔体，其材料可以使用但不限于玻璃，光束入射碱金属原子气室后可以实现碱金属原子自旋极化；光源只有一个，可以使用但不限于795nm激光器，单光束由光源产生，其性质可以为但不限于圆偏振光。
具体的，碱金属原子气室的温度可以稳定在70℃～110℃范围内，因为碱金属原子在70℃以上才会以气体形式存在，碱金属原子气室的温度稳定在70℃～110℃范围内，既可以保证碱金属原子气室内的钠金属原子以气体形式存在，保证测量结果的准确性，也可以兼顾测量成本及安全性。
具体的，可以采用气室温控模块来实现温度的控制，气室温控模块包括保温结构、测温组件、加热系统以及闭环控制电路等，碱金属原子气室置于保温结构内。
S2：分别给产生磁场方向与单光束方向相同的Z轴偏置磁场线圈及产生磁场方向与单光束方向垂直的Y轴偏置磁场线圈施加电流，使Y轴偏置磁场线圈与Z轴偏置磁场线圈在碱金属原子气室位置处产生的偏置磁场相等且产生的总偏置磁场幅值为设定值，交替变换Y轴偏置磁场线圈及Z轴偏置磁场线圈的电流方向进行测量，同时对产生磁场方向与单光束方向相同的射频磁场线圈施加不同频率的电流，信号采集模块记录光束的幅值达到最大值时射频磁场线圈的共振峰值频率，完成一轮测试；
这里的Y轴偏置磁场线圈及Z轴偏置磁场线圈用于在碱金属原子气室位置处产生相应的偏置磁场。Y轴偏置磁场线圈、Z轴偏置磁场线圈可以分别与相应的电流源连接，为Y轴偏置磁场线圈、Z轴偏置磁场线圈提供直流电流，控制相应线圈的电流大小及方向变换，射频磁场线圈可以与相应的电流源连接，为射频磁场线圈提供交流电流，改变射频磁场线圈电流的频率。
Y轴偏置磁场线圈与Z轴偏置磁场线圈所夹的角度即本发明所述的磁场非正交角。
也可以将Y轴偏置磁场线圈换成X轴偏置磁场线圈，即可以计算出X轴偏置磁场线圈与Z轴偏置磁场线圈所夹的角度，同样属于本发明所述的磁场非正交角范围。
具体的，每一轮测量交替变换Y轴偏置磁场线圈及Z轴偏置磁场线圈的电流方向包括如下过程：I、Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向；II、Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向；III、Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向；IV、Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向。
进一步，可以将Y轴偏置磁场线圈、Z轴偏置磁场线圈、射频磁场线圈及碱金属原子气室均置于磁屏蔽模块内，磁屏蔽模块能够抑制地磁场，为碱金属原子气室提供极弱磁场环境，防止外界磁场的干扰，使测量结果更加准确。
S3：改变总偏置磁场幅值的设定值，重复步骤S2的操作，直至达到设定轮数，得到不同测试条件下相应的射频磁场线圈的共振峰值频率与总偏置磁场幅值的拟合方程；
具体的，不同测量条件下相应的拟合方程为式（1）：
（1）；
其中：表示第轮测量的总磁场幅值，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时第轮射频磁场线圈的共振峰值频率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时拟合方程的斜率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈产生的为正向时拟合方程的截距，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时第轮射频磁场线圈的共振峰值频率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时拟合方程的斜率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时拟合方程的截距，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时第轮射频磁场线圈的共振峰值频率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时拟合方程的斜率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时拟合方程的截距，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时第轮射频磁场线圈的共振峰值频率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时拟合方程的斜率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时拟合方程的截距。
式（1）中的表示第I种测试过程，即Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时的拟合方程，表示第II种测试过程，即Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时的拟合方程，表示第III种测试过程，即Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时的拟合方程，表示第IV种测试过程，即Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时的拟合方程。
S4：对不同测量条件下相应的射频磁场线圈的共振峰值频率及总偏置磁场幅值的拟合方程进行拟合，得到相应拟合方程的斜率及截距；即可以得到拟合方程中的参数、、、、、、、。
S5：根据拟合方程的斜率计算磁场非正交角。
具体的，可以按照式（2）计算磁场非正交角：
（2）。
理想情况下，第I种测试过程，即Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时与第III种测试过程，即Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时拟合方程的斜率应该是相同的，即与相同，第II种测试过程，即Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时与第IV种测试过程，即Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时的斜率应该是相同的，即与相同。和的差异是由于实验误差导致的，和的差异也是由于实验误差导致的。
通过采用上述方法，仅依靠单束光就可以实现YZ轴或XZ轴两对线圈间非正交角的原位测量，并且不需要引入其他外界磁场测量设备，不需要改变碱金属原子气室的位置，即实现了磁场非正交角的原位测量，大幅简化了测量系统。相比于利用两束光实现非正交角标定的方法，本发明提供的系统更为简单，适用范围更广，且避免了系统中光与光之间夹角引入的误差。相比较引入外界磁力仪等磁场测量设备，通过改变碱金属原子气室的位置进行非正交角标定的方法，避免了非原位测量带来的位置误差，测量结果更加准确。
一种基于单光束的磁场非正交角原位测量系统，如图2所示，用于执行如上述任意一项所述的一种基于单光束的磁场非正交角原位测量方法，其包括光源模块101、碱金属原子气室103、磁场产生模块、信号采集模块及数据处理模块115，所述光源模块用于产生单光束102入射至碱金属原子气室，所述信号采集模块用于将从碱金属原子气室输出光束的光信号转化成电信号，得到光束的幅值信息并传输给数据处理模块，所述磁场产生模块用于在碱金属原子气室的位置产生Y轴偏置磁场、Z轴偏置磁场及射频磁场，所述数据处理模块用于接收信号采集模块的信息及磁场产生模块的信息，对不同测量条件下相应的拟合方程进行拟合处理，计算磁场非正交角。
具体的，信号采集模块可以包括光电转换器112及锁相器113，其中光电转换器用于将光信号转换为电信号，锁相器用于将光束的电信号转化成光束的幅值信息，并将光束的幅值信息传输给数据处理模块。
进一步，碱金属原子气室外设有气室温控模块104，将碱金属原子气室的温度稳定在设定温度范围内。
进一步，磁场产生模块包括Y轴偏置磁场线圈108、Z轴偏置磁场线圈110、射频磁场线圈106、Y轴偏置磁场线圈电流源109、Z轴偏置磁场线圈电流源111、射频磁场线圈压控电流源107及扫频单元114，所述射频磁场线圈设置于碱金属原子气室外且所述射频磁场线圈产生的磁场方向与光源产生的单光束方向一致， Y轴偏置磁场线圈及Z轴偏置磁场线圈分别位于所述射频磁场线圈的外围，且所述Z轴偏置磁场线圈产生的磁场方向与光源产生的单光束方向一致，所述Y轴偏置磁场线圈产生的磁场方向与光源产生的单光束方向垂直，所述Y轴偏置磁场线圈电流源与Y轴偏置磁场线圈连接为Y轴偏置磁场线圈提供所需电流，所述Z轴偏置磁场线圈电流源与Z轴偏置磁场线圈连接为Z轴偏置磁场线圈提供所需电流，所述扫频单元分别与射频磁场线圈压控电流源及数据处理模块连接，射频磁场线圈压控电流源与射频磁场线圈连接，所述扫频单元用于产生频率变化的射频电压信号作用于射频磁场线圈压控电流源，并将频率变化的射频电流信号传输给数据处理模块，所述射频磁场线圈压控电流源用于给射频磁场线圈提供所需压控电流。
附图2中示出了Y轴偏置磁场线圈、Z轴偏置磁场线圈、射频磁场线圈均为两个，实际应用中不限于两个。
进一步，测量系统还包括磁屏蔽模块105，所述磁屏蔽模块设置于两个Y轴偏置磁场线圈及两个Z轴偏置磁场线圈的外围，用于抑制碱金属原子气室位置的地磁场，为碱金属原子气室提供极弱磁场环境，提高测量结果的准确性。
综上所述，本发明提供的一种基于单光束的磁场非正交角原位测量系统及方法，仅通过单光束且不需要引入其他外界磁场测量设备，不需要改变碱金属原子气室的位置即实现了磁场非正交角的原位测量，大幅简化了测量系统，适用范围更广，且避免了系统中光与光之间夹角引入的误差，避免了非原位测量带来的位置误差，测量结果更加准确。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)
1.一种基于单光束的磁场非正交角原位测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：光源产生的单光束经过碱金属原子气室后，进行光电转换得到光束的幅值信息；
S2：分别给产生磁场方向与单光束方向相同的Z轴偏置磁场线圈及产生磁场方向与单光束方向垂直的Y轴偏置磁场线圈施加电流，使Y轴偏置磁场线圈与Z轴偏置磁场线圈在碱金属原子气室位置处产生的偏置磁场相等且产生的总偏置磁场幅值为设定值，交替变换Y轴偏置磁场线圈及Z轴偏置磁场线圈的电流方向进行测量，同时对产生磁场方向与单光束方向相同的射频磁场线圈施加不同频率的电流，信号采集模块记录光束的幅值达到最大值时射频磁场线圈的共振峰值频率，完成一轮测试；
S3：改变总偏置磁场幅值的设定值，重复步骤S2的操作，直至达到设定轮数，得到不同测试条件下相应的射频磁场线圈的共振峰值频率与总偏置磁场幅值的拟合方程；
S4：对不同测量条件下相应的射频磁场线圈的共振峰值频率及总偏置磁场幅值的拟合方程进行拟合，得到相应拟合方程的斜率及截距；
S5：根据拟合方程的斜率计算磁场非正交角。
2.根据权利要求1所述的一种基于单光束的磁场非正交角原位测量方法，其特征在于：步骤S1中碱金属原子气室的温度稳定在70℃～110℃范围内。
3.根据权利要求1所述的一种基于单光束的磁场非正交角原位测量方法，其特征在于：Y轴偏置磁场线圈、Z轴偏置磁场线圈、射频磁场线圈及碱金属原子气室均置于磁屏蔽模块内。
4.根据权利要求1所述的一种基于单光束的磁场非正交角原位测量方法，其特征在于：步骤S2中每一轮测量交替变换Y轴偏置磁场线圈及Z轴偏置磁场线圈的电流方向包括如下过程：I、Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向；II、Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向；III、Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向；IV、Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向。
5.根据权利要求1所述的一种基于单光束的磁场非正交角原位测量方法，其特征在于：步骤S3中不同测量条件下相应的拟合方程为式（1）：
（1）；
其中：表示第轮测量的总磁场幅值，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时第轮射频磁场线圈的共振峰值频率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时拟合方程的斜率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈产生的为正向时拟合方程的截距，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时第轮射频磁场线圈的共振峰值频率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时拟合方程的斜率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为正向时拟合方程的截距，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时第轮射频磁场线圈的共振峰值频率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时拟合方程的斜率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为反向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时拟合方程的截距，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时第轮射频磁场线圈的共振峰值频率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时拟合方程的斜率，表示Y轴偏置磁场线圈电流方向为正向，Z轴偏置磁场线圈电流方向为反向时拟合方程的截距。
6.根据权利要求5所述的一种基于单光束的磁场非正交角原位测量方法，其特征在于：步骤S5中按照式（2）计算磁场非正交角：
（2）。
7.一种基于单光束的磁场非正交角原位测量系统，用于执行如权利要求1至6任意一项所述的一种基于单光束的磁场非正交角原位测量方法，其特征在于：包括光源模块、碱金属原子气室、磁场产生模块、信号采集模块及数据处理模块，所述光源模块用于产生单光束入射至碱金属原子气室，所述信号采集模块用于将从碱金属原子气室输出光束的光信号转化成电信号，得到光束的幅值信息并传输给数据处理模块，所述磁场产生模块用于在碱金属原子气室的位置产生Y轴偏置磁场、Z轴偏置磁场及射频磁场，所述数据处理模块用于接收信号采集模块的信息及磁场产生模块的信息，对不同测量条件下相应的拟合方程进行拟合处理，计算磁场非正交角。
8.根据权利要求7所述的一种基于单光束的磁场非正交角原位测量系统，其特征在于：所述碱金属原子气室外设有气室温控模块，将碱金属原子气室的温度稳定在设定温度范围内。
9.根据权利要求7所述的一种基于单光束的磁场非正交角原位测量系统，其特征在于：所述磁场产生模块包括Y轴偏置磁场线圈、Z轴偏置磁场线圈、射频磁场线圈、Y轴偏置磁场线圈电流源、Z轴偏置磁场线圈电流源、射频磁场线圈压控电流源及扫频单元，所述射频磁场线圈设置于碱金属原子气室外且所述射频磁场线圈产生的磁场方向与光源产生的单光束方向一致，Y轴偏置磁场线圈及Z轴偏置磁场线圈分别位于所述射频磁场线圈的外围，且所述Z轴偏置磁场线圈产生的磁场方向与光源产生的单光束方向一致，所述Y轴偏置磁场线圈产生的磁场方向与光源产生的单光束方向垂直，所述Y轴偏置磁场线圈电流源与Y轴偏置磁场线圈连接为Y轴偏置磁场线圈提供所需电流，所述Z轴偏置磁场线圈电流源与Z轴偏置磁场线圈连接为Z轴偏置磁场线圈提供所需电流，所述扫频单元分别与射频磁场线圈压控电流源及数据处理模块连接，射频磁场线圈压控电流源与射频磁场线圈连接，所述扫频单元用于产生频率变化的射频电压信号作用于射频磁场线圈压控电流源，并将频率变化的射频电流信号传输给数据处理模块，所述射频磁场线圈压控电流源用于给射频磁场线圈提供所需压控电流。
10.根据权利要求9所述的一种基于单光束的磁场非正交角原位测量系统，其特征在于：还包括磁屏蔽模块，所述磁屏蔽模块设置于Y轴偏置磁场线圈及Z轴偏置磁场线圈的外围。
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