【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及原子自旋陀螺，尤其涉及一种核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法及系统。
技术介绍
1、近年来，随着量子技术、激光技术以及微机械加工技术的飞速发展，以原子为敏感介质的量子传感器，如原子钟、原子磁强计、原子干涉仪器、原子自旋惯性传感器等得到了空前的发展，并引领相关领域逐渐迈入量子传感时代，部分量子传感器已进入工程阶段，正推动相关
产生深刻变革。核磁共振原子自旋陀螺(简称核磁共振陀螺)是原子自旋惯性传感器的一种，具有理论精度高、体积小、成本低、全固态等优点，是未来高精度微小型惯性导航技术的重要发展方向。
2、核磁共振陀螺主要利用惰性气体原子核自旋的磁共振频率在惯性空间中的不变性测量载体角运动，核自旋的纵向弛豫时间是影响核自旋极化强度和核自旋磁共振信噪比的重要因素，同时核自旋的纵向弛豫时间也是表征原子气室性能的关键指标，核自旋纵向弛豫时间的快速准确测试对原子气室性能筛选具有重要意义。目前在核磁共振陀螺领域核自旋纵向弛豫时间的准确测试主要采用经典的自旋反演恢复方法，即通过施加一系列反演恢复π脉冲和π/2脉冲来实现核自旋纵向弛豫时间的测试，但该方法测试时间长、测试效率低；为提高缩短测试时间，基于“单扫描傅立叶变换”脉冲序列的核自旋纵向弛豫时间被提出，但该方法测试的精度较差，测得的纵向弛豫时间通常小于真实值；为克服上述方法的缺点，一种基于最大稳态响应的核自旋纵向弛豫时间测试方法被提出，该方法可有效缩短测试时间，但需要在自旋激励闭环状态下进行，测试过程较为复杂。
技术实现思路b>
1、本专利技术提供了一种核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法及系统，能够解决现有技术中核自旋纵向弛豫时间测试精度差，测试过程复杂的技术问题。
2、根据本专利技术的一方面，提供了一种核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法，核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法包括：步骤一，通过无磁加热单元将气室加热至正常工作温度，沿抽运激光方向施加主磁场，给电子自旋和核自旋提供量子化主轴；步骤二，打开检测激光和信号采集设备，用于检测自旋进动信号并实时记录数据；步骤三，打开抽运激光，待激光稳定后打开光开关，等待第一设定时间后，沿垂直于抽运激光方向对待测弛豫时间的核自旋施加磁脉冲，以诱导核自旋绕主磁场进动，检测激光通过旋光效应检测电子自旋进动以间接检测核自旋进动，记录检测到的自旋进动信号最大峰峰值；步骤四，核自旋在磁脉冲诱导下进动第二设定时间后，沿垂直于抽运激光方向对正在绕主磁场进动的核自旋施加阻尼磁场脉冲信号，以衰减核自旋进动，使核自旋快速衰减至主磁场方向；步骤五，核自旋进动信号被完全衰减后，等待第一设定时间后，沿垂直于抽运激光方向继续施加磁脉冲诱导核自旋绕主磁场进动，记录检测到的自旋进动信号最大峰峰值，重复步骤四，直至检测到的自旋进动信号最大峰峰值与前一个周期的自旋进动信号最大峰峰值的差值小于设定阈值；步骤六，利用核自旋极化理论模型对不同时刻测得自旋进动信号最大峰峰值进行拟合以获取核自旋的纵向弛豫时间。
3、进一步地，在步骤一中，气室温度的范围为100℃～130℃，主磁场大小为5000nt～10000nt。
4、进一步地，在步骤三中，第一设定时间小于500ms，磁脉冲为小于π/4的磁脉冲，磁脉冲的脉冲幅值需保证脉冲持续时间小于100ms。
5、进一步地，在步骤四中，第二设定时间等于核自旋进动三个周期的时间。
6、进一步地，阻尼磁场脉冲信号的相位与诱导核自旋进动的磁脉冲信号的相位相差180°。
7、进一步地，在步骤五中，设定阈值为检测到的自旋进动信号最大峰峰值的1％。
8、进一步地，核自旋的纵向弛豫时间可根据计算获取，其中，mp为实测的自旋进动信号最大峰峰值，a为核自旋极化稳定后的自旋进动信号最大峰峰值，t1为待测的核自旋纵向弛豫时间，t为测试时间序列。
9、进一步地，在步骤四中，通过电流源和磁补偿线圈对正在绕主磁场进动的核自旋施加阻尼磁场脉冲信号。
10、根据本专利技术的另一方面，提供了一种核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试系统，核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试系统使用如上所述的核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法进行纵向弛豫时间测试。
11、进一步地，核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试系统包括：激光抽运单元，激光抽运单元包括抽运激光光源、抽运二分之一波片、抽运起偏器、抽运四分之一波片、光开关和抽运光电探测器；激光检测单元，激光检测单元包括检测激光光源、检测第一二分之一波片、检测起偏器、检测第一直角棱镜、检测第二直角棱镜、检测第二二分之一波片、检测偏振分光棱镜和平衡差分探测器；无磁加热单元，无磁加热单元用于将原子气室加热至正常工作温度；磁屏蔽与磁补偿单元，磁屏蔽与磁补偿单元包括磁补偿线圈和磁屏蔽筒，磁屏蔽筒用于屏蔽外界环境磁场，磁补偿线圈用于提供主磁场；信号采集设备，信号采集设备用于采集原子气室中原子自旋进动信号并计算获取核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间；其中，抽运激光光源产生的抽运激光光束经抽运二分之一波片、抽运起偏器、抽运四分之一波片及光开关后进入混合原子气室极化碱金属原子，抽运激光光束经过原子气室后进入抽运光电探测器，抽运光电探测器用于监测抽运激光的开关状态；检测激光光源产生的检测激光光束经检测第一二分之一波片、检测起偏器、检测第一直角棱镜、检测第二直角棱镜、检测第二二分之一波片及检测偏振分光棱镜后分为两束进入平衡差分探测器，通过旋光效应检测原子气室中原子自旋进动信号，以监测原子自旋的极化过程，进而实现核自旋弛豫时间的测试。
12、应用本专利技术的技术方案，提供了一种核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法，该方法在惰性气体原子核自旋超极化过程中，间隔固定的时间施加微小磁脉冲可使被极化的核自旋偏离主磁场方向一个微小角度，核自旋同时会绕主磁场进动，利用电子自旋可监测核自旋的进动信号，核自旋的进动信号幅值与核自旋的极化强度呈正比，核自旋完整的进动信号产生后，通过施加自旋阻尼磁脉冲(即磁脉冲相位与核自旋进动相位差180°)可快速衰减核自旋进动，以避免核自旋持续进动对下一个周期核自旋进动信号测量的影响，减小测量误差。通过监测不同时刻核自旋的进动信号幅值即可得到核自旋超极化过程极化率变化曲线，根据极化率与纵向弛豫时间之间的指数变化理论模型对测试数据进行拟合即可得到核自旋的纵向弛豫时间。本专利技术所提供的核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法与现有技术相比，整个测试过程所需的时间为核自旋超极化稳定所需的时间，因此相比传统测试方法可大大提高测试效率，提高测试精度，简化测试流程。
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1.一种核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法，其特征在于，所述核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法包括：
2.根据权利要求1所述的核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法，其特征在于，在所述步骤一中，气室温度的范围为100℃～130℃，主磁场大小为5000nT～10000nT。
3.根据权利要求2所述的核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述第一设定时间小于500ms，所述磁脉冲为小于π/4的磁脉冲，所述磁脉冲的脉冲幅值需保证脉冲持续时间小于100ms。
4.根据权利要求1至3所述的核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法，其特征在于，在所述步骤四中，所述第二设定时间等于核自旋进动三个周期的时间。
5.根据权利要求4所述的核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法，其特征在于，阻尼磁场脉冲信号的相位与诱导核自旋进动的磁脉冲信号的相位相差180°。
6.根据权利要求5所述的核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法，其特征在于，在所述步骤五中，所述设定阈值为检测到的自旋进
7.根据权利要求6所述的核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法，其特征在于，所述核自旋的纵向弛豫时间可根据计算获取，其中，Mp为实测的自旋进动信号最大峰峰值，A为核自旋极化稳定后的自旋进动信号最大峰峰值，T1为待测的核自旋纵向弛豫时间，t为测试时间序列。
8.根据权利要求7所述的核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法，其特征在于，在所述步骤四中，通过电流源和磁补偿线圈对正在绕主磁场进动的核自旋施加阻尼磁场脉冲信号。
9.一种核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试系统，其特征在于，所述核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试系统使用如权利要求1至8中任一项所述的核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法进行纵向弛豫时间测试。
10.根据权利要求9所述的核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试系统，其特征在于，所述核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法，其特征在于，所述核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法包括：
2.根据权利要求1所述的核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法，其特征在于，在所述步骤一中，气室温度的范围为100℃～130℃，主磁场大小为5000nt～10000nt。
3.根据权利要求2所述的核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述第一设定时间小于500ms，所述磁脉冲为小于π/4的磁脉冲，所述磁脉冲的脉冲幅值需保证脉冲持续时间小于100ms。
4.根据权利要求1至3所述的核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法，其特征在于，在所述步骤四中，所述第二设定时间等于核自旋进动三个周期的时间。
5.根据权利要求4所述的核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫时间快速测试方法，其特征在于，阻尼磁场脉冲信号的相位与诱导核自旋进动的磁脉冲信号的相位相差180°。
6.根据权利要求5所述的核磁共振陀螺核自旋纵向弛豫...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦杰，黄炯，万双爱，孙晓光，庞喜浪，卜文浩，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：
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