可用于涡流测量的稳定原子射频磁力仪制造技术

本发明专利技术公开了一种可用于涡流测量的稳定原子射频磁力仪，所述磁力仪包括原子气室，原子气室的侧部设有涡流线圈，所述磁力仪还包括光学器件组和用于采集电导率信息的数据采集模块，所述磁力仪还包括设置在原子气室侧部的补偿线圈，补偿线圈上连接有PID控制器，PID控制器上连接有锁相放大器；所述原子气室的侧部设有射频线圈；将样品置于主磁场中，探测光依次经过原子气室和光学器件组，经过光泵浦后产生非线性塞曼分裂的跃迁信号，将跃迁信号接入锁相放大器，数据采集模块从塞曼子能级的跃迁共振峰中提取电导率信息。本发明专利技术可以提高背景磁场的稳定性，减小测量误差，提高测量的精确度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
可用于涡流测量的稳定原子射频磁力仪


[0001]本专利技术涉及磁信号测量
，特别涉及一种可用于涡流测量的稳定原子射频磁力仪。

技术介绍

[0002]磁力仪是测量磁场强度和方向的仪器的统称，磁力仪的主要用途包括进行磁异常数据采集和测定岩石磁参数等等。由于用途和原理不同，磁力仪也包括很多种类，其中，对于射频原子磁力仪来讲，背景磁场由线圈产生，使用时，需要将样品置于背景磁场中，然后再进行电导率信息的测量。
[0003]射频原子磁力仪在使用时，线圈中电流的不稳定会导致背景磁场的变化，从而改变拉莫频率的大小。尤其是在对低电导率物体的测量中，通常需要增加测量次数来提高信噪比。而拉莫频率的变化使得多次测量的结果均存在一定的误差，在后续对多次测量的结果进行统计时，可能将误差扩大，得到的结果的精确程度更低。因此，如何设计一种能够稳定背景磁场的磁力仪成为了亟待解决的课题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供可用于涡流测量的稳定原子射频磁力仪。本专利技术可以提高背景磁场的稳定性，减小测量误差，提高测量的精确度。
[0005]本专利技术的技术方案：可用于涡流测量的稳定原子射频磁力仪，所述磁力仪包括原子气室，原子气室的侧部设有涡流线圈，所述磁力仪还包括光学器件组和用于采集电导率信息的数据采集模块，所述磁力仪还包括设置在原子气室侧部的补偿线圈，补偿线圈上连接有PID控制器，PID控制器上连接有锁相放大器；所述原子气室的侧部设有射频线圈；
[0006]将样品置于主磁场中，探测光依次经过原子气室和光学器件组，经过光泵浦后产生非线性塞曼分裂的跃迁信号，将跃迁信号接入锁相放大器，数据采集模块从塞曼子能级的跃迁共振峰中提取电导率信息；
[0007]主磁场变化时，塞曼子能级之间的跃迁信号的频率发生变化，锁相放大器根据预先输入的参考频率解调出误差信号并将误差信号传输至PID控制器，PID控制器根据误差信号输出补偿电流至补偿线圈，补偿电流流经补偿线圈并产生补偿磁场，从而抵消主磁场的变化，实现稳定磁场的功能。
[0008]前述的可用于涡流测量的稳定原子射频磁力仪中，所述探测光的方向与主磁场的方向相垂直。
[0009]前述的可用于涡流测量的稳定原子射频磁力仪中，所述光学器件组包括光学元件和光电探测器，其中光学元件包括波片和棱镜。
[0010]前述的可用于涡流测量的稳定原子射频磁力仪中，所述原子气室正对补偿线圈所在圆的圆心设置。
[0011]前述的可用于涡流测量的稳定原子射频磁力仪中，所述平衡探测器的输出端与锁
相放大器相连接，光电探测器将主磁场频率解调之后输入锁相放大器，从锁相放大器得到两路正交磁场输出。
[0012]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0013]1、本专利技术中，在原子气室的侧部的补偿线圈，补偿线圈上连接有PID控制器，PID控制器上连接有锁相放大器；所述原子气室的侧部设有射频线圈。射频线圈能够激发出塞曼子能级的跃迁，跃迁信号输入至锁相放大器，主磁场变化时，塞曼子能级之间的跃迁信号的频率发生变化，锁相放大器根据预先输入的参考频率解调出误差信号并将误差信号传输至PID控制器，PID控制器根据误差信号输出补偿电流至补偿线圈，补偿电流流经补偿线圈并产生补偿磁场，从而抵消主磁场的变化，实现稳定磁场的功能。在稳定的磁场环境中，再进行多次测量，能够较大程度的减小每次测量的误差，从而在后续对多次测量结果进行统计时，使得最终结果的精确度更高。
[0014]2、本专利技术利用磁场变化时不同的塞曼子能级跃迁来调节磁场的强度，不会干扰电导率信息的测量，从而提高测量的精确性。
附图说明
[0015]图1是本专利技术在Y
‑
Z平面的结构示意图；
[0016]图2是本专利技术在X
‑
Z平面的结构示意图；
[0017]图3是本专利技术完全光泵浦极化情况下的X向磁光共振信号；
[0018]图4是本专利技术完全光泵浦极化情况下的Y向磁光共振信号；
[0019]图5是本专利技术部分光泵浦极化情况下的X向磁光共振信号；
[0020]图6是本专利技术部分光泵浦极化情况下的Y向磁光共振信号。
[0021]附图中的标记为：1
‑
探测光；2
‑
补偿线圈；3
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样品；4
‑
涡流线圈；5
‑
原子气室；6
‑
射频线圈；7
‑
PID控制器；8
‑
数据采集模块；9
‑
锁相放大器；10
‑
光学器件组；11
‑
泵浦光。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明，但并不作为对本专利技术限制的依据。
[0023]实施例：稳定磁场射频磁力仪，如附图1和附图2所示，所述磁力仪包括原子气室5，所述原子气室5的表面设有抗弛豫膜，能够减小信号线宽，原子气室5的侧部设有涡流线圈4，所述磁力仪还包括光学器件组10和用于采集电导率信息的数据采集模块8，所述光学器件组10包括光学元件和平衡探测器，其中光学元件包括波片和棱镜。所述磁力仪还包括设置在原子气室5侧部的补偿线圈2，所述原子气室5正对补偿线圈2所在圆的圆心设置，补偿线圈2上连接有PID控制器7，PID控制器7上连接有锁相放大器9；所述原子气室5的侧部设有射频线圈6，射频线圈6用于激发塞曼子能级的跃迁信号。
[0024]将样品3置于主磁场中，探测光1依次经过原子气室5和光学器件组10，所述探测光1的方向与主磁场的方向相垂直，经过光泵浦后产生非线性塞曼分裂的跃迁信号，将跃迁信号接入锁相放大器9，数据采集模块8从塞曼子能级的跃迁共振峰中提取电导率信息。所述平衡探测器的输出端与锁相放大器9相连接，平衡探测器将主磁场频率解调之后输入锁相放大器9，从锁相放大器9得到两路正交的磁场输出，即x向输出和y向输出。
[0025]主磁场变化时，塞曼子能级之间的跃迁信号的频率发生变化，锁相放大器9根据预先输入的参考频率解调出误差信号并将误差信号传输至PID控制器7，PID控制器7根据误差信号输出补偿电流至补偿线圈2，补偿电流流经补偿线圈2并产生补偿磁场，从而抵消主磁场的变化，实现稳定磁场的功能。具体的，PID控制器7在接受到误差信号后，将误差信号与信号参考值进行比较，并调节比例单元P、积分单元I与微分单元D的增益，从而输出补偿电流，将补偿电流输入至补偿线圈2，电流在经过补偿线圈2的过程中会产生补偿磁场，更具体的，在主磁场减弱时，补偿线圈2所产生的磁场方向与主磁场方向相同，，在主磁场增强时，补偿线圈2所产生的磁场方向与主磁场方向相反。
[0026]在实际应用时，以铯原子磁力仪进行电导率测量为例，在光泵浦后可以看到非线性塞曼分裂的8个跃迁信号。电导率信息由数据采集模块8从塞曼子能级的跃迁共振峰中提取出来，同时，子能级之间的共振信号则作为误差信号连接到PID控制器中。具体的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.可用于涡流测量的稳定原子射频磁力仪，所述磁力仪包括原子气室(5)，原子气室(5)的侧部设有涡流线圈(4)，所述磁力仪还包括光学器件组(10)和用于采集电导率信息的数据采集模块(8)，其特征在于：所述磁力仪还包括设置在原子气室(5)侧部的补偿线圈(2)，补偿线圈(2)上连接有PID控制器(7)，PID控制器(7)上连接有锁相放大器(9)；所述原子气室(5)的侧部设有射频线圈(6)；将样品(3)置于主磁场中，探测光(1)依次经过原子气室(5)和光学器件组(10)，经过光泵浦后产生非线性塞曼分裂的跃迁信号，将跃迁信号接入锁相放大器(9)，数据采集模块(8)从塞曼子能级的跃迁共振峰中提取电导率信息；主磁场变化时，塞曼子能级之间的跃迁信号的频率发生变化，锁相放大器(9)根据预先输入的参考频率解调出误差信号并将误差信号传输至PID控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恒岩，郑文强，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：