磁感应强度可调型恒定复现磁场产生装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了磁感应强度可调型恒定复现磁场产生装置及方法，该装置采用主动式磁补偿技术，使恒定复现磁场稳定性得到改善和提高，其工作原理：标准线圈搭配精密电流源在磁屏蔽筒内产生预设定磁感应强度的恒定磁场，Mx铯光泵磁力仪将磁场漂移和磁场噪声转化成拉莫尔进动频率的漂移和本底噪声，通过锁相环、鉴相电路和压控精密电流源将拉莫尔进动频率锁定到铷原子钟上；计算机通过Labview软件程序和编程控制软件改变拉莫尔进动频率的锁定点，计算机内编程软件实时改变锁相环代码，使锁相环输出信号频率跟踪至拉莫尔进动频率新设定的锁定点，再由锁相环、鉴相电路和压控精密电流源构成的反馈控制环路对新锁定点的磁场漂移和噪声进行补偿。和噪声进行补偿。和噪声进行补偿。

【技术实现步骤摘要】
磁感应强度可调型恒定复现磁场产生装置及方法


[0001]本专利技术涉及电磁计量、原子磁力仪技术、原子钟
，具体涉及一种磁感应强度可调型恒定复现磁场产生装置及方法。

技术介绍

[0002]恒定复现磁场产生技术是磁计量不可或缺的技术，随着半导体激光器技术的日趋成熟，其广泛的应用于原子磁力仪、原子钟等量子传感器中，使传感器性能不断提升的同时实现了整机的小型化、微型化。
[0003]恒定复现磁场产生包括线圈组模块、磁补偿模块、恒流源以及磁场测量以及反馈控制模块组成，而如何实现高复现性、可调协的恒定磁场产生装置的研究报道较少，原子磁力仪、原子钟等量子传感器的高性能和微型化的发展过程中取得的成果和思想，为实现磁感应强度可调型的恒定复现磁场产生技术提供思路和发展方向。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了磁感应强度可调型恒定复现磁场产生装置及方法，是一种基于主动型磁补偿技术实现磁感应强度可调型的恒定复现磁场产生装置。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：磁感应强度可调型恒定复现磁场产生装置，其组成包括磁屏蔽筒、第一标准线圈、第二标准线圈、Mx铯光泵磁力仪、精密电流源、信号整形电路、频率计数器、计算机、鉴相电路、锁相环、铷钟、PID控制模块、压控精密电流源；第一标准线圈、第二标准线圈、Mx铯光泵磁力仪均设置于磁屏蔽筒内部，其余设置于磁屏蔽筒外部。
[0006]磁屏蔽筒沿筒壁绕制一圈第二标准线圈，第二标准线圈内壁绕制第一标准线圈。第一标准线圈连接精密电流源。
[0007]Mx铯光泵磁力仪设置于第一标准线圈的圈内，Mx铯光泵磁力仪连接信号整形电路。
[0008]信号整形电路一个输出端通过频率计数器连接计算机，另一个输出端连接鉴相电路的一个输入端。
[0009]计算机分别连接精密电流源和锁相环的控制端；铷钟通过锁相环连接至鉴相电路的另一个输入端。
[0010]鉴相电路通过PID控制模块连接至压控精密电流源。
[0011]优选地，磁屏蔽筒为五层磁屏蔽筒，用以屏蔽地磁场和外界环境磁场噪声。
[0012]优选地，计算机通过控制精密电流源，从而控制标准线圈内电流，用以产生设定值的恒定磁场。Mx铯光泵磁力仪用以测量磁屏蔽筒内恒定磁场的磁场漂移和磁场噪声。Mx铯光泵磁力仪将磁场漂移和本底磁场噪声转化成拉莫尔进动频率的漂移和本底噪声，通过锁相环、鉴相电路、第二标准线圈和压控精密电流源将拉莫尔进动频率锁定到铷原子钟上。
[0013]优选地，计算机上安装Labview软件程序和编程控制软件，按照要求改变拉莫尔进
动频率的锁定点，第一标准线圈搭配精密电流源在磁屏蔽筒内产生新设定磁感应强度的恒定磁场，计算机内编程软件实时改变锁相环代码，实现锁相环输出频率对拉莫尔进动频率锁定点的跟踪，实现对恒定复现磁场磁感应强度的工作点设置。
[0014]本专利技术实施例还提供了一种磁感应强度恒定复现磁场产生方法，采用上述磁感应强度可调型恒定复现磁场产生装置，执行如下步骤以产生磁感应强度恒定复现磁场：
[0015]步骤
①
计算机通过Labview软件程序首先设置第一标准线圈和精密电流源在磁屏蔽筒产生设定值对应磁感应强度的恒定磁场，恒定磁场存在磁场漂移和磁场噪声。
[0016]步骤
②
Mx铯光泵磁力仪对磁屏蔽筒内恒定磁场测量后，获得恒定磁场的磁场漂移和磁场噪声信息。
[0017]步骤
③
铷原子钟输出的10MHz信号为锁相环的参考频率，经锁相环频率综合后，输出信号的频率值为设定磁感应强度磁场对应的拉莫尔进动频率。
[0018]步骤
④
通过鉴相电路对Mx铯光泵磁力仪输出的拉莫尔进动频率信号与锁相环输出频率信号进行鉴相，获得磁屏蔽筒内由于磁场漂移和磁场噪声因素影响，恒定磁场实测值与设定值之间的误差信号。
[0019]步骤
⑤
误差信号经PID控制模块后，通过压控精密电流源和第二标准线圈对磁场漂移和磁场噪声进行补偿，用以获取具有恒定复现磁场磁感应强度的磁场。
[0020]本专利技术实施例还提供了一种磁感应强度可调型恒定复现磁场产生方法，采用上述磁感应强度可调型恒定复现磁场产生装置，执行如下步骤以产生磁感应强度可调型恒定复现磁场：
[0021]step
①
Mx铯光泵磁力仪对磁屏蔽筒内恒定磁场测量后，获得恒定磁场的磁场磁感应强度值、磁场漂移和磁场噪声等信息。
[0022]step
②
频率计数器将测量获得拉莫尔进动频率值输入到计算机，计算机根据测量输入的拉莫尔进动频率值和调整后新设定的磁感应强度值，对精密电流源进行实时控制，使磁屏蔽筒内通过标准线圈和精密电流源产生新设定磁感应强度值的恒定磁场。
[0023]step
③
计算机通过编程软件调整锁相环代码，使锁相环输出频率锁定至新设定磁感应强度对应的拉莫尔进动频率。
[0024]step
④
Mx铯光泵磁力仪对新设定磁感应强度的恒定磁场进行测量，获得恒定磁场的磁场漂移和磁场噪声信息。
[0025]step
⑤
鉴相电路对Mx铯光泵磁力仪测量新设定磁感应强度的恒定磁场输出的拉莫尔进动频率信号与锁相环输出的新设定磁感应强度对应的拉莫尔进动频率信号进行鉴相，获得磁屏蔽筒内由于磁场漂移和磁场噪声等因素影响，恒定磁场实测值与新设定值之间的误差信号。
[0026]step
⑥
误差信号经PID控制模块后，通过压控精密电流源和第二标准线圈对磁场漂移和磁场噪声进行补偿，用以获取具有恒定复现磁场磁感应强度的磁场。
[0027]有益效果：
[0028]①
可调型的恒定复现磁场产生装置采用的是主动型磁补偿技术，采用的磁传感器Mx铯光泵磁力仪具有高磁场采样率，可以实时获取恒定磁场的磁感应强度值、磁场漂移和磁场噪声等信息，通过主动型磁补偿技术可实时对磁场漂移和磁场噪声进行补偿；
[0029]②
铷钟输出的10MHz信号作为锁相环的参考频率，经锁相环频率综合后，输出设定
磁感应强度对应的拉莫尔进动频率，使锁定的基准信号具备了铷钟输出的10MHz信号具备的频率稳定度等信息。第二标准线圈、鉴相电路、PID控制模块和压控精密电流源构成的锁定环路将恒定复现磁场磁感应强度锁定至铷钟输出的10MHz信号上，大幅度提升和改进了恒定复现磁场的稳定性。
附图说明
[0030]图1基于Mx铯光泵磁力仪和磁补偿技术实现磁感应强度可调型的恒定复现磁场产生装置，其中1
‑
磁屏蔽筒、2
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标准线圈、3
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标准线圈、4
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Mx铯光泵磁力仪、50精密电流源、6
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信号整形电路、7
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频率计数器、8
‑
计算机、9
‑
鉴相电路、1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.磁感应强度可调型恒定复现磁场产生装置，其特征在于，其组成包括磁屏蔽筒(1)、第一标准线圈(2)、第二标准线圈(3)、Mx铯光泵磁力仪(4)、精密电流源(5)、信号整形电路(6)、频率计数器(7)、计算机(8)、鉴相电路(9)、锁相环(10)、铷钟(11)、PID控制模块(12)、压控精密电流源(13)；第一标准线圈(2)、第二标准线圈(3)、Mx铯光泵磁力仪(4)均设置于所述磁屏蔽筒(1)内部，其余设置于磁屏蔽筒(1)外部；所述磁屏蔽筒(1)沿筒壁绕制一圈第二标准线圈(3)，第二标准线圈(3)内壁绕制第一标准线圈(2)；所述第一标准线圈(2)连接所述精密电流源(5)；所述Mx铯光泵磁力仪(4)设置于第一标准线圈(2)的圈内，Mx铯光泵磁力仪(4)连接信号整形电路(6)；所述信号整形电路(6)一个输出端通过频率计数器(7)连接计算机(8)，另一个输出端连接鉴相电路(9)的一个输入端；所述计算机(8)分别连接精密电流源(5)和锁相环(10)的控制端；所述铷钟(11)通过锁相环(10)连接至鉴相电路(9)的另一个输入端；所述鉴相电路(9)通过PID控制模块(12)连接至压控精密电流源(13)。2.如权利要求1所述的磁感应强度可调型恒定复现磁场产生装置，其特征在于，所述磁屏蔽筒(1)为五层磁屏蔽筒，用以屏蔽地磁场和外界环境磁场噪声。3.如权利要求1所述的磁感应强度可调型恒定复现磁场产生装置，其特征在于，所述计算机(8)通过控制精密电流源(5)，从而控制所述标准线圈(2)内电流，以产生设定值的恒定磁场；所述Mx铯光泵磁力仪(4)用以测量磁屏蔽筒(1)内恒定磁场的磁场漂移和磁场噪声；所述Mx铯光泵磁力仪(4)将磁场漂移和本底磁场噪声转化成拉莫尔进动频率的漂移和本底噪声，电子学系统通过锁相环(10)、鉴相电路(9)和压控精密电流源(5)将拉莫尔进动频率锁定到铷原子钟(11)上。4.如权利要求1所述的磁感应强度可调型恒定复现磁场产生装置，其特征在于，所述计算机(8)上安装Labview软件程序和编程控制软件，按照要求改变拉莫尔进动频率的锁定点，第一标准线圈(2)搭配精密电流源(5)在磁屏蔽筒(1)内产生新设定磁感应强度的恒定磁场，计算机(8)内编程软件实时改变锁相环代码，实现锁相环输出频率对拉莫尔进动频率锁定点的跟踪，实现对恒定复现磁场磁感应强度的工作点设置。5.磁感应强度恒定复现磁场产生方法，其特征在于，采用如权利要求1～4任一所述的磁感应强度可调型恒定复现磁场产生装置，执行如下步骤以产生磁感应强度恒定复现磁场：步骤
①
计算机(8)通过Labview软件程序首先设置第一标准线圈(2)和精密电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈大勇，缪培贤，史彦超，蔡志伟，张金海，杨旭红，代虎，刘志栋，杨炜，陈江，涂建辉，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：