【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及物质样品的极弱磁性测量，特别是一种基于原子磁强计的极弱磁性测量装置及方法。
技术介绍
1、物质样品的极弱磁性测量应用于许多科学领域，包括古地磁学、材料科学、基础物理学以及生物磁学。在古地磁学中，通过对古岩石中残余磁化强度的分析可获取追溯到数十亿年前的地质信息，为板块构造理论提供了关键的验证。在生物磁学领域，通过将生物分子与磁性颗粒结合，我们可以实现对生物标志物的磁性标记、操作和分离。这种方法在多样化生物标志物的磁性检测分析中具有重要应用，对于多种疾病的早期诊断尤为关键。许多种类的磁强计可以用于测量物质样品的磁性，主要包括磁通门磁强计、超导量子干涉仪squid(superconducting quantum interference device，squid)、振动样品磁强计vsm(vibrating sample magnetometer，vsm)以及原子磁强计。磁通门磁强计灵敏度比较低，一般不用于极弱磁性样品的测量。squid具有高灵敏度和高带宽，但其必须在极低的温度下运行，因此导致需要复杂的低温冷却设备，成本高、体积大。vsm虽然降低了设备的体积，但其灵敏度通常低于squid，适用于测量中等到强磁性样品的磁特性。
2、原子磁强计通过光抽运碱金属原子自旋极化，进而检测其拉莫尔进动实现磁场的精密测量，在磁异常探测、生物磁学、弱磁计量测试、基础物理学研究等领域有着广泛的应用。其中，基于无自旋交换弛豫serf(spin-exchange-relaxation-free，serf)效应的原子磁强计已超越squ
技术实现思路
1、本专利技术针对当前市场上极弱磁性测量设备，如squid的体积庞大和成本高昂，以及vsm在极弱磁性测量应用中的不适用性，提出一种基于原子磁强计的极弱磁性测量装置及方法，通过被测极弱磁性样品与原子磁强计探头之间的运动，能够在原子磁强计探头的敏感轴即z轴上产生响应信号，根据所述响应信号得到所述被测极弱磁性样品的磁矩分量，从而实现对极弱磁性物质的低成本、高精度磁性测量。
2、本专利技术的技术解决方案如下：
3、一种基于原子磁强计的极弱磁性测量装置，其特征在于，包括上端为z轴负向端和下端为z轴正向端的原子磁强计位移滑轨，所述原子磁强计位移滑轨内的原子磁强计位移滑块向上支撑着原子磁强计探头，所述原子磁强计位移滑块连接沿z轴往复驱动装置，所述原子磁强计位移滑轨的上端设置有用于夹持极弱磁性样品的样品夹持器，所述样品夹持器往x轴负向通过绕x轴旋转驱动装置连接沿x轴往复驱动装置。
4、所述原子磁强计位移滑轨的上端位于低噪声锰锌铁氧体屏蔽桶内，所述低噪声锰锌铁氧体屏蔽桶位于低噪声锰锌铁氧体屏蔽桶支撑架内，所述低噪声锰锌铁氧体屏蔽桶支撑架位于多层坡莫合金磁屏蔽桶内，所述原子磁强计位移滑轨的下端向下依次穿过所述低噪声锰锌铁氧体屏蔽桶的底部和所述低噪声锰锌铁氧体屏蔽桶支撑架的底部到达所述多层坡莫合金磁屏蔽桶的内腔底部。
5、所述沿z轴往复驱动装置包括连接所述原子磁强计位移滑块的原子磁强计位移驱动连杆，所述原子磁强计位移驱动连杆通过原子磁强计位移驱动滑块连接原子磁强计位移驱动丝杆，所述原子磁强计位移驱动丝杆连接原子磁强计位移驱动电机。
6、所述绕x轴旋转驱动装置包括连接所述样品夹持器的样品输送杆，所述样品输送杆穿过轴承支座后通过联轴器连接样品旋转驱动电机，所述样品旋转驱动电机位于样品进给驱动滑块上，所述样品进给驱动滑块通过样品进给驱动丝杆连接样品进给驱动电机。
7、所述原子磁强计探头通过原子磁强计光电测控系统连接上位机。
8、所述原子磁强计位移驱动电机依次通过原子磁强计位移电机驱动器和电机控制器连接上位机。
9、所述样品进给驱动电机依次通过样品进给电机驱动器和电机控制器连接上位机。
10、所述样品旋转驱动电机依次通过样品转动电机驱动器和电机控制器连接上位机。
11、一种基于原子磁强计的极弱磁性测量方法，其特征在于，包括使用上述一种基于原子磁强计的极弱磁性测量装置，包括通过被测极弱磁性样品与原子磁强计探头之间的运动，在原子磁强计探头的敏感轴即z轴上产生响应信号，根据所述响应信号得到所述被测极弱磁性样品的磁矩分量。
12、
13、其中bz是z轴磁感应强度分量，bz0是z轴磁感应强度分量偏置量，μ0为真空磁导率，m为被测极弱磁性样品在原子磁强计探头敏感轴方向上的磁矩分量，x是被测极弱磁性样品的x轴位置坐标，x0是被测极弱磁性样品的x轴位置坐标初始量，dz是原子磁强计探头与被测极弱磁性样品之间的距离。
14、本专利技术的技术效果如下：本专利技术一种基于原子磁强计的极弱磁性测量装置及方法，为物质样品磁性测试提供一种低成本、高精度测量手段；该装置主要包括磁屏蔽系统、样品自动处理系统、原子磁强计自适应位置调节系统、控制系统以及上位机及软件系统；磁屏蔽系统用于屏蔽外界磁场的干扰，提供原子磁强计所需的近零磁工作环境，保证测量的准确性和可靠性，样品自动处理系统可以实现样品的自动进给和转动，原子磁强计自适应位置调节系统可以实现原子磁强计根据磁场信号的大小自适应位置调节，通过上位机及软件系统对这两个系统进行控制，原子磁强计的响应信号通过上位机进行采集和输出；弱磁性样品的特定运动会在原子磁强计的敏感轴上产生响应信号，通过对响应信号进行处理，实现对样品磁矩特性的测定。
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1.一种基于原子磁强计的极弱磁性测量装置，其特征在于，包括上端为z轴负向端和下端为z轴正向端的原子磁强计位移滑轨，所述原子磁强计位移滑轨内的原子磁强计位移滑块向上支撑着原子磁强计探头，所述原子磁强计位移滑块连接沿z轴往复驱动装置，所述原子磁强计位移滑轨的上端设置有用于夹持极弱磁性样品的样品夹持器，所述样品夹持器往x轴负向通过绕x轴旋转驱动装置连接沿x轴往复驱动装置。
2.根据权利要求1所述的基于原子磁强计的极弱磁性测量装置，其特征在于，所述原子磁强计位移滑轨的上端位于低噪声锰锌铁氧体屏蔽桶内，所述低噪声锰锌铁氧体屏蔽桶位于低噪声锰锌铁氧体屏蔽桶支撑架内，所述低噪声锰锌铁氧体屏蔽桶支撑架位于多层坡莫合金磁屏蔽桶内，所述原子磁强计位移滑轨的下端向下依次穿过所述低噪声锰锌铁氧体屏蔽桶的底部和所述低噪声锰锌铁氧体屏蔽桶支撑架的底部到达所述多层坡莫合金磁屏蔽桶的内腔底部。
3.根据权利要求1所述的基于原子磁强计的极弱磁性测量装置，其特征在于，所述沿z轴往复驱动装置包括连接所述原子磁强计位移滑块的原子磁强计位移驱动连杆，所述原子磁强计位移驱动连杆通过原子磁强计位移驱动
4.根据权利要求1所述的基于原子磁强计的极弱磁性测量装置，其特征在于，所述绕x轴旋转驱动装置包括连接所述样品夹持器的样品输送杆，所述样品输送杆穿过轴承支座后通过联轴器连接样品旋转驱动电机，所述样品旋转驱动电机位于样品进给驱动滑块上，所述样品进给驱动滑块通过样品进给驱动丝杆连接样品进给驱动电机。
5.根据权利要求1所述的基于原子磁强计的极弱磁性测量装置，其特征在于，所述原子磁强计探头通过原子磁强计光电测控系统连接上位机。
6.根据权利要求3所述的基于原子磁强计的极弱磁性测量装置，其特征在于，所述原子磁强计位移驱动电机依次通过原子磁强计位移电机驱动器和电机控制器连接上位机。
7.根据权利要求4所述的基于原子磁强计的极弱磁性测量装置，其特征在于，所述样品进给驱动电机依次通过样品进给电机驱动器和电机控制器连接上位机。
8.根据权利要求4所述的基于原子磁强计的极弱磁性测量装置，其特征在于，所述样品旋转驱动电机依次通过样品转动电机驱动器和电机控制器连接上位机。
9.一种基于原子磁强计的极弱磁性测量方法，其特征在于，包括使用上述权利要求1-8之一的基于原子磁强计的极弱磁性测量装置，包括通过被测极弱磁性样品与原子磁强计探头之间的运动，在原子磁强计探头的敏感轴即z轴上产生响应信号，根据所述响应信号得到所述被测极弱磁性样品的磁矩分量。
10.根据权利要求9所述的基于原子磁强计的极弱磁性测量方法，其特征在于，包括以下公式：
...【技术特征摘要】
1.一种基于原子磁强计的极弱磁性测量装置，其特征在于，包括上端为z轴负向端和下端为z轴正向端的原子磁强计位移滑轨，所述原子磁强计位移滑轨内的原子磁强计位移滑块向上支撑着原子磁强计探头，所述原子磁强计位移滑块连接沿z轴往复驱动装置，所述原子磁强计位移滑轨的上端设置有用于夹持极弱磁性样品的样品夹持器，所述样品夹持器往x轴负向通过绕x轴旋转驱动装置连接沿x轴往复驱动装置。
2.根据权利要求1所述的基于原子磁强计的极弱磁性测量装置，其特征在于，所述原子磁强计位移滑轨的上端位于低噪声锰锌铁氧体屏蔽桶内，所述低噪声锰锌铁氧体屏蔽桶位于低噪声锰锌铁氧体屏蔽桶支撑架内，所述低噪声锰锌铁氧体屏蔽桶支撑架位于多层坡莫合金磁屏蔽桶内，所述原子磁强计位移滑轨的下端向下依次穿过所述低噪声锰锌铁氧体屏蔽桶的底部和所述低噪声锰锌铁氧体屏蔽桶支撑架的底部到达所述多层坡莫合金磁屏蔽桶的内腔底部。
3.根据权利要求1所述的基于原子磁强计的极弱磁性测量装置，其特征在于，所述沿z轴往复驱动装置包括连接所述原子磁强计位移滑块的原子磁强计位移驱动连杆，所述原子磁强计位移驱动连杆通过原子磁强计位移驱动滑块连接原子磁强计位移驱动丝杆，所述原子磁强计位移驱动丝杆连接原子磁强计位移驱动电机。
4.根据权利要求1所述的基于原子磁强计的极弱磁性测量装置，其特征在于，所述绕x轴旋转驱动装置包括连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆吉玺，王中煜，刘子傲，李晓昱，姜丽伟，盛剑威，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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