一种基于零场共振的SERF原子磁强计及磁补偿方法与流程

文档序号:18734510发布日期:2019-09-21 00:59阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于零场共振的SERF原子磁强计,其特征在于:包括三轴磁补偿线圈(4)、无磁电加热装置(5)、气室(6)组成的敏感表头系统,检测激光器(7)、起偏器一(8)、1/2波片(13)、偏振分光棱镜(14)、平衡探测器(15)、反射镜(17)组成的检测光学系统,抽运激光器(9)、扩束器(10)、起偏器二(11)、1/4波片(12)组成的抽运光学系统;坡莫合金磁屏蔽桶(1)、铁氧体磁屏蔽桶(2)、真空腔(3)组成的弱磁和真空的工作环境维持系统,以及数据采集系统(16)、信号发生器(18)组成的电子测控系统;所述坡莫合金磁屏蔽桶(1)、铁氧体磁屏蔽桶(2)、真空腔(3)、三轴磁补偿线圈(4)、无磁电加热装置(5)、气室(6)由外到内依次设置;所述检测激光器(7)发出的检测激光经起偏器一(8)从水平方向射入气室(6)后,经1/2波片(13)、偏振分光棱镜(14)分光,一束透射光直接进入平衡探测器(15),另一束反射光经反射镜(17)进入平衡探测器(15),所述抽运激光器(9)发出的抽运激光从竖直方向经扩束器(10)、起偏器二(11)、1/4波片(12)射入气室(6),所述数据采集系统(16)、信号发生器(18)分别连接平衡探测器(15)和三轴磁补偿线圈(4);通过维持弱磁环境,加热气室并对原子进行光抽运使气室中的原子工作于SERF态,并通过信号发生器(18)对三轴磁补偿线圈(4)在垂直于抽运激光和检测激光的敏感轴方向上施加一个大小随时间变化的磁场,激励SERF原子磁强计获得零场共振信号。

2.一种基于零场共振的SERF原子磁强计的磁补偿方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤(一):对SERF原子磁强计的工作环境的外界磁场进行磁屏蔽,加热气室并对原子进行光抽运,使碱金属原子达到SERF状态;

步骤(二):在SERF原子磁强计的敏感轴方向上施加一个大小随时间变化的磁场,激励SERF原子磁强计获得零场共振信号;

步骤(三):依次改变沿着抽运激光和检测激光的两个方向的磁场补偿值大小,当SERF原子磁强计的零场共振信号的微分信号峰值达到最大时,SERF原子磁强计敏感到的总磁场为零,此时得到沿着抽运激光和检测激光的两个方向的磁场补偿值;

步骤(四):调节SERF原子磁强计敏感轴方向的磁场补偿值的大小,当SERF原子磁强计的输出为零时,得到敏感轴方向的磁场补偿值。

3.根据权利要求2所述的基于零场共振的SERF原子磁强计的磁补偿方法,其特征在于,所述步骤(一)中,使碱金属原子达到SERF状态的步骤如下:外界环境磁场在坡莫合金磁屏蔽桶(1)和铁氧体磁屏蔽桶(2)的屏蔽下降到5nT以内,碱金属气室(6)通过无磁电加热装置(5)加热到170℃到220℃之间,通过真空腔(3)隔热,保证磁屏蔽材料不被加热,开启抽运激光器(9),扩束器(10)扩大抽运光光束直径,抽运光经起偏器二(11)得到线偏振光,线偏振光经过1/4波片(12)得到圆偏振抽运光,极化碱金属原子并使其工作在SERF状态。

4.根据权利要求3所述的基于零场共振的SERF原子磁强计的磁补偿方法,其特征在于,所述步骤(二)中获得SERF原子磁强计零场共振信号的步骤如下:

通过信号发生器(18)对三轴磁补偿线圈(4)在SERF原子磁强计的敏感轴y方向上施加一个大小随时间变化的磁场,激励SERF原子磁强计获得零场共振信号;开启检测激光器(7),检测激光经起偏器一(8)获得线偏振光,线偏振光经过气室(6)后通过1/2波片(13)和偏振分光棱镜(14)后分成了透射光和反射光,反射光经过反射镜(17)后,和透射光一起进入平衡探测器(15),平衡探测器输出的SERF原子磁强计的零场共振信号通过信号采集系统(16)进行采集。

5.根据权利要求4所述的基于零场共振的SERF原子磁强计的磁补偿方法,其特征在于,所述步骤(二)中,为了获得SERF原子磁强计的零场共振信号,所施加的磁场变化范围从-10nT到+10nT,保证碱金属原子处于SERF状态;变化频率不超过10Hz,以得到SERF原子磁强计的稳态响应并获得零场共振信号。

6.根据权利要求5所述的基于零场共振的SERF原子磁强计的磁补偿方法,其特征在于,所述步骤(三)中,包括获得SERF原子磁强计的零场共振信号的微分信号的步骤:使用二阶中心离散微分或四阶中心离散微分的方法,对采集到的SERF原子磁强计的零场共振信号进行实时计算,即可得到零场共振信号实时的微分信号。

7.根据权利要求6所述的基于零场共振的SERF原子磁强计的磁补偿方法,其特征在于,所述步骤(三)中,使SERF原子磁强计的零场共振信号的微分信号峰值达到最大的方法是:按照在补偿范围内平面上逐点扫描的方法依次改变沿着抽运激光和检测激光的两个方向的磁场补偿值大小,通过排序算法比较得到零场共振微分信号的最大值。

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