一种原子磁力仪的制作方法

本申请涉及磁场检测，尤其涉及一种原子磁力仪。

背景技术：

1、相关技术中，原子磁力仪采用垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting laser，vcsel)，这种原子磁力仪为单通道使用，然而在磁场检测中通常需要同时获取多点的磁场信号，因此多通道原子磁力仪成为磁场检测必不可少的关键设备，传统的多通道原子磁力仪采用多台原子磁力仪并联使用，由于vcsel尺寸及硬件电路的限制，导致原子磁力仪的位置分辨率有限，且设备成本高昂。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例提供一种原子磁力仪。

2、本申请实施例的技术方案是这样实现的：

3、本申请实施例提供一种原子磁力仪，所述原子磁力仪包括：

4、激光模块，用于输出多路激光束；探测阵列，包括多个探头，用于接收所述激光模块输出的多路激光束，并将所述多路激光束在被测磁场影响下产生的多路光电信号输出至数据采集卡；其中，所述多个探头设置于同一组线圈内，所述线圈上的调制磁场用于调制所述被测磁场，所述探头用于将携带所述被测磁场信息的光电信号输入跨阻放大器；跨阻放大器，用于将所述多路光电信号转换为多路电压信号输出至数据采集卡；数据采集卡，用于将所述跨阻放大器输出的多路电压信号整合为数据流输入至虚拟锁相放大器；虚拟锁相放大器，用于对所述数据采集卡输出的数据流进行处理以输出解调信号；所述解调信号包括所述被测磁场的磁场参数。

5、在上述方案中，所述原子磁力仪还包括：磁屏蔽筒，设置于所述线圈外部，用于屏蔽环境磁场干扰。

6、在上述方案中，所述激光模块包括：控制器，用于控制激光器输出激光束的功率；激光器，用于输出激光束；保偏光纤分束器，用于将所述激光器输出的激光束保偏并分束；分束后的每个激光束的光功率相同。

7、在上述方案中，所述探测阵列还包括：激光耦合器，用于将所述多路激光束耦合进所述多个探头；其中每一束激光束对应一个探头；光学元件，设置于探头上，用于将进入探头的线偏振光转化为圆偏振光；原子气室，设置于探头内部，所述原子气室内部充有高压缓冲气体，用于减小原子极化后的退极化。

8、在上述方案中，所述原子气室由无磁加热片包裹，所述无磁加热室用于加热所述原子气室。

9、在上述方案中，所述原子磁力仪还包括：上位机，用于搭建所述虚拟锁相放大器运行环境以及处理解调信号生成磁场数据。

10、在上述方案中，所述虚拟锁相放大器包括：模数转换子模块，用于将所述数据流和参考信号转换为数字信号；混频子模块，用于将转换为数字信号的所述数据流和所述参考信号进行混频，得到混频信号；滤波子模块，所述滤波子模块为低通滤波子模块，用于将所述混频子模块输出的混频信号进行滤波处理，得到所述混频信号的直流分量；磁场计算子模块，用于对所述直流分量进行处理，得到所述解调信号；所述解调信号包括所述磁场的幅值信息与相位信息。

11、在上述方案中，所述参考信号为外部参考信号或内部参考信号；所述外部参考信号由信号发生器产生，所述内部参考信号由上位机产生；在所述参考信号为内部参考信号的情况下，所述虚拟锁相放大器还包括锁相环子模块，用于接收所述内部参考信号，将锁定相位的内部参考信号输入至所述混频子模块。

12、在上述方案中，所述虚拟锁相器还包括移相子模块，用于将所述锁相环输出的锁定相位的内部参考信号进行移相处理，将移相后的内部参考信号输入至所述混频子模块。

13、在上述方案中，所述线圈包括补偿线圈和调制线圈；所述信号发生器还用于在所述补偿线圈和所述调制线圈上产调制磁场。

14、本申请实施例提供的原子磁力仪包括：激光模块，用于输出多路激光束；探测阵列，包括多个探头，用于接收激光模块输出的多路激光束，并将多路激光束在被测磁场影响下产生的多路光电信号输出至数据采集卡；其中，多个探头设置于同一组线圈内，线圈上的调制磁场用于调制被测磁场，探头用于将携带被测磁场信息的光电信号输入跨阻放大器；跨阻放大器，用于将多路光电信号转换为多路电压信号输出至数据采集卡；数据采集卡，用于将跨阻放大器输出的多路电压信号整合为数据流输入至虚拟锁相放大器；虚拟锁相放大器，用于对数据采集卡输出的数据流进行处理以输出解调信号；解调信号包括被测磁场的磁场参数。本申请实施例通过设置多个探头共用一组线圈，减小了原子磁力仪的设备体积，可以设置更多数量的探头提升了原子磁力仪的空间分辨率，使用数据采集卡采集多通道的数据保证了数据处理的同步，简化了原子磁力仪的结构，同时用虚拟电路代替实体电路，降低了设备的成本，减少了电子器件对采集信号的干扰。

技术特征：

1.一种原子磁力仪，其特征在于，所述原子磁力仪包括：

2.根据权利要求1所述原子磁力仪，其特征在于，所述原子磁力仪还包括：

3.根据权利要求1所述原子磁力仪，其特征在于，所述激光模块包括：

4.根据权利要求1所述原子磁力仪，其特征在于，所述探测阵列还包括：

5.根据权利要求4所述原子磁力仪，其特征在于，所述原子气室由无磁加热片包裹，所述无磁加热室用于加热所述原子气室。

6.根据权利要求1所述原子磁力仪，其特征在于，所述原子磁力仪还包括：

7.根据权利要求1所述原子磁力仪，其特征在于，所述虚拟锁相放大器包括：

8.根据权利要求7所述原子磁力仪，其特征在于，所述参考信号为外部参考信号或内部参考信号；所述外部参考信号由信号发生器产生，所述内部参考信号由上位机产生；

9.根据权利要求8所述原子磁力仪，其特征在于，所述虚拟锁相器还包括移相子模块，用于将所述锁相环输出的锁定相位的内部参考信号进行移相处理，将移相后的内部参考信号输入至所述混频子模块。

10.根据权利要求7所述原子磁力仪，其特征在于，所述线圈包括补偿线圈和调制线圈；所述信号发生器还用于在所述补偿线圈和所述调制线圈上产调制磁场。

技术总结
本申请实施例公开了一种原子磁力仪，该原子磁力仪包括：激光模块，用于输出多路激光束；探测阵列，包括多个探头，用于接收激光模块输出的多路激光束，并将多路激光束在被测磁场影响下产生的多路光电信号输出至数据采集卡；其中，多个探头设置于同一组线圈内，线圈上的调制磁场用于调制被测磁场，探头用于将携带被测磁场信息的光电信号输入跨阻放大器；跨阻放大器，用于将多路光电信号转换为多路电压信号输出至数据采集卡；数据采集卡，用于将跨阻放大器输出的多路电压信号整合为数据流输入至虚拟锁相放大器；虚拟锁相放大器，用于对数据采集卡输出的数据流进行处理以输出解调信号；解调信号包括被测磁场的磁场参数。

技术研发人员：徐昆,赵祥,任秀艳,毋丹
受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/10