近年來,受益于電子技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展,量子磁力儀的各項性能指標(biāo)均得到了巨大的提升,尤其是Overhauser磁力儀。然而,地磁場是一個既有大小也有方向的矢量場,Overhauser磁力儀只能測量磁場的大小,而不能給出磁場的方向信息。因此,為了解決Overhauser磁力儀獲取地磁要素單一的問題,又能夠充分利用它高靈敏度和低噪聲的優(yōu)勢,矢量Overhauser磁力儀的研制也被提上了日程。本文研究的對象就是實驗室自主研發(fā)的JOM-4SF型Overhauser磁力儀樣機,以及如何在它的基礎(chǔ)上,通過裝有正交線圈系統(tǒng)來測量磁場的方向,即矢量Overhauser磁力儀的研制。首先,本文詳細(xì)介紹了Overhauser磁力儀測量地磁場大小的原理、JOM-4SF型Overhauser磁力儀樣機的系統(tǒng)架構(gòu)以及靈敏度的評估方法。將磁力儀樣機測得的磁場數(shù)據(jù)用同步法處理后,靈敏度能達到0.014nT@3s,達到世界領(lǐng)先水平,為矢量Overhauser磁力儀的研制奠定了良好的基礎(chǔ)。其次,從射頻極化信號能影響接收到的拉莫爾信號質(zhì)量的角度入手,研制了一種射頻頻率可變的、簡易的Overhauser磁力儀來研究射... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

矢量質(zhì)子磁力儀的概念模型

第1章緒論3用dIdD法研制的磁力儀又被稱作dIdD磁力儀。幾十年來，dIdD磁力儀幾乎沒有什么進展，只有很少的儀器被制造出來，主要是因為當(dāng)時所有的儀器都采用亥姆霍茲線圈來產(chǎn)生偏置磁場，不僅體積過大、安裝十分復(fù)雜，而且還存在著一些穩(wěn)定性問題。直到上世紀(jì)末期，dIdD磁力儀才進入了快速發(fā)展時期：20世紀(jì)90年代初由USGS（美國地質(zhì)調(diào)查局）和ELGI（匈牙利埃爾吉公司）合作的一個項目為dIdD磁力儀帶來了突破性進展—用直徑只有300mm的球形線圈代替了亥姆霍茲線圈[5]，解決了之前體積過大的缺點；20世紀(jì)90年代中期IvanHrvoic提出用GEM公司生產(chǎn)的Overhauser磁力儀來代替質(zhì)子磁力儀，這不僅提高了測量的靈敏度，而且縮短了測量周期，減小了在測量周期內(nèi)磁場變化引起的測量誤差；2000年左右ELGI公司設(shè)計并建造了一種懸掛系統(tǒng)，懸掛系統(tǒng)能消除支架的傾斜，改善了儀器的穩(wěn)定性問題，顯著地提高了總體性能；2002年GEM公司研制了一種直徑為150mm的新型磁傳感器,對于這個新型傳感器，Heilig等人在2004年重新設(shè)計了一個直徑為200mm的球形線圈[11]。目前最成熟的dIdD磁力儀是加拿大GEM公司研制的懸掛式dIdD矢量磁力儀，有鉀光泵和Overhauser兩種類型的傳感器。以O(shè)verhauser傳感器為例，如圖1.2所示，該磁力儀具備良好的性能，溫漂低至0.1nT/°C，時漂小于2nT/年，地磁強度F、磁傾角I和磁偏角D的靈敏度優(yōu)于0.05nT、1arcsec和4arcsec，它已經(jīng)逐漸被世界各地的磁觀測臺所接受和使用。圖1.2使用Overhauser磁傳感器的GEM-dIdD磁力儀

第2章標(biāo)量Overhauser磁力儀及靈敏度評估7磁矩增大，如圖2.1(b)所示。當(dāng)外部施加一個垂直與地磁場方向（垂直是理想情況，合磁場最大）的極化磁場BP時，合磁矩圍繞合磁場旋轉(zhuǎn)，由于縱向弛豫的原因，氫質(zhì)子最終會處于一個新的平衡態(tài)，此時合磁矩與合磁場的方向保持一致，如圖2.1(c)所示。當(dāng)過一段時間后撤掉射頻信號合極化磁場BP，質(zhì)子合磁矩會圍繞地磁場進動，如圖2.1(d)所示。由于橫向弛豫的原因，氫質(zhì)子最終會處于圖2.1(a)所示的平衡態(tài)。上述便是Overhauser磁傳感器中自由基溶液極化的全過程，圖2.1(d)所示的質(zhì)子圍繞地磁場進動的過程被稱作拉莫爾進動。拉莫爾進動角頻率的大小與地磁場B0的大小呈線性關(guān)系，關(guān)系式[28]為00=PB........................(2.1)被稱作質(zhì)子旋磁比，將國際推薦的質(zhì)子旋磁比=2.67515255(81)×10811[29]帶入到公式(2.1)可得00B=23.48720378f.....................(2.2)公式(2.2)中B0的單位為，的單位為。因此，只要我們能夠獲得拉莫爾信號的頻率值，我們就可以求出外界的磁場值。2.1.2Overhauser磁力儀的系統(tǒng)架構(gòu)實驗室研發(fā)的JOM-4SF型Overhauser磁力儀的實物圖如圖2.2所示，主要包括磁傳感器和主機兩部分。圖2.2JOM-4SF型Overhauser磁力儀的實物圖圖2.2左側(cè)的圓柱狀物體是Overhauser傳感器，它是由直流極化線圈、電容加載型同軸諧振腔和裝滿自由基溶液的玻璃瓶三部分組成，通過按照一定時序施

【參考文獻】：
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博士論文
[1]地磁場相對變化觀測技術(shù)研究[D]. 王曉美.中國地震局地球物理研究所 2019

碩士論文
[1]JOM-4型Overhauser磁力儀改進與指標(biāo)研究[D]. 趙建昌.吉林大學(xué) 2019



本文編號：3360121