【摘要】：由于外界磁場(chǎng)擾動(dòng)會(huì)降低無(wú)自旋交換弛豫(SERF)原子磁強(qiáng)計(jì)的磁場(chǎng)測(cè)量靈敏度,本文根據(jù)SERF原子磁強(qiáng)計(jì)的測(cè)量原理,提出了一種基于原位磁測(cè)補(bǔ)償外部磁場(chǎng)擾動(dòng)的方法。該方法通過(guò)調(diào)制解調(diào)的方法對(duì)3個(gè)方向的磁場(chǎng)進(jìn)行解耦,實(shí)現(xiàn)3個(gè)方向磁場(chǎng)信息的獨(dú)立測(cè)量。然后,將3個(gè)方向磁場(chǎng)的測(cè)量信息作為反饋,調(diào)節(jié)電流源輸出給線圈的電流,使線圈產(chǎn)生一個(gè)與外界擾動(dòng)磁場(chǎng)大小相同方向相反的補(bǔ)償磁場(chǎng)。最后,在現(xiàn)有的SERF原子磁強(qiáng)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上搭建了主動(dòng)磁補(bǔ)償系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)外部擾動(dòng)磁場(chǎng)的補(bǔ)償。與手動(dòng)補(bǔ)償方式相比,本文提出的主動(dòng)磁補(bǔ)償方法可將剩余磁場(chǎng)的平均值從0.317 8nT降低到0.040 4nT,同時(shí)將剩余磁場(chǎng)的均方差由0.348 1nT降低到0.024 7nT。得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文所述方法的有效性。
【圖文】：

態(tài)。因此，，研究一種可以補(bǔ)償磁場(chǎng)擾動(dòng)的主動(dòng)磁補(bǔ)償系統(tǒng)，成為有效提高ＳＥＲＦ原子磁強(qiáng)計(jì)磁場(chǎng)測(cè)量靈敏度的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文根據(jù)ＳＥＲＦ原子磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量磁場(chǎng)的基本原理，提出了一種基于原位磁測(cè)的主動(dòng)磁補(bǔ)償方法，在此基礎(chǔ)上基于ＬａｂＶＩＥＷ設(shè)計(jì)了可以補(bǔ)償外界擾動(dòng)磁場(chǎng)的主動(dòng)磁補(bǔ)償系統(tǒng)。最后結(jié)合ＳＥＲＦ原子磁強(qiáng)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。２ＳＥＲＦ原子磁強(qiáng)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái)組成圖１所示為原子磁強(qiáng)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái)示意圖。主要由光抽運(yùn)系統(tǒng)、光檢測(cè)系統(tǒng)、磁屏蔽系統(tǒng)、堿金屬氣室和加熱室等組成。圖１ＳＥＲＦ原子磁強(qiáng)計(jì)試驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)成示意圖Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆＳＥＲＦａｔｏｍｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔｕｐ光抽運(yùn)系統(tǒng)由抽運(yùn)激光器、起偏器和擴(kuò)束鏡組成。主要作用是驅(qū)動(dòng)原子自旋，使其自旋方向一致。光檢測(cè)系統(tǒng)由檢測(cè)激光器、起偏器、檢偏器和光電探測(cè)器組成。主要作用是檢測(cè)堿金屬原子的自旋指向［１９］。磁屏蔽系統(tǒng)分為磁屏蔽筒和主動(dòng)磁補(bǔ)償系統(tǒng)。磁屏蔽筒可將外界擾動(dòng)磁場(chǎng)衰減到ｎＴ量級(jí)。但仍然會(huì)影響原子自旋的ＳＥＲＦ狀態(tài)，因此還需要進(jìn)行主動(dòng)磁補(bǔ)償。主動(dòng)磁補(bǔ)償系統(tǒng)由ＮＩ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電流源和三維主動(dòng)磁補(bǔ)償線圈組成。主要是根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所得的磁場(chǎng)信息，控制電流源輸出給三維主動(dòng)磁補(bǔ)償線圈的電流，產(chǎn)生與擾動(dòng)磁場(chǎng)方向相反大小相同的補(bǔ)償磁場(chǎng)來(lái)補(bǔ)償擾動(dòng)。堿金屬氣室內(nèi)裝有需要被抽１８０９第７期夢(mèng)中毅，等：無(wú)自旋交換弛豫原子磁強(qiáng)計(jì)的主動(dòng)磁補(bǔ)償

＝１６ｐＴ；βｍｏｄｚ＝１６ｐＴ；ωｘ＝２πｒａｄ／ｓ；ωｚ＝０．２πｒａｄ／ｓ．在系統(tǒng)中加入均值為１．５ｎＴ，方差為１００ｐＴ的擾動(dòng)磁場(chǎng)，系統(tǒng)輸出如圖２所示。圖２ＳＥＲＦ原子磁強(qiáng)計(jì)主動(dòng)磁補(bǔ)償系統(tǒng)Ｓｉｍｕｌｉｎｋ系統(tǒng)輸出Ｆｉｇ．２ＳｉｍｕｌｉｎｋｓｙｓｔｅｍｏｕｔｐｕｔｏｆａｃｔｉｖｅｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒＳＥＲＦａｔｏｍｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ由以上仿真結(jié)果可知，基于主動(dòng)磁補(bǔ)償方法的調(diào)節(jié)，經(jīng)過(guò)２００ｓ將磁場(chǎng)補(bǔ)償?shù)剑玻担穑�，且始終保持穩(wěn)定，不受外界磁場(chǎng)擾動(dòng)影響。４ＳＥＲＦ原子磁強(qiáng)計(jì)主動(dòng)磁補(bǔ)償系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)基于上述原理，在ＬａｂＶＩＥＷ平臺(tái)上開(kāi)發(fā)了ＳＥＲＦ原子磁強(qiáng)計(jì)的主動(dòng)磁補(bǔ)償系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)執(zhí)行流程如圖３所示。（１）首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括參數(shù)設(shè)定和電流源初始化命令等。（２）待系統(tǒng)信號(hào)穩(wěn)定后，調(diào)制Ｚ軸方向的磁場(chǎng)，調(diào)制幅度為βｍｏｄｚ，調(diào)制頻率為ωｚ。（３）根據(jù)鎖相放大器的輸出信號(hào)補(bǔ)償Ｘ軸磁常（４）等待系統(tǒng)信號(hào)穩(wěn)定后，調(diào)制Ｘ軸方向的磁場(chǎng)，調(diào)制幅度為βｍｏｄｘ，調(diào)制頻率為ωｘ。（５）根據(jù)鎖相放大器的輸出信號(hào)補(bǔ)償Ｚ軸磁常（６）判斷是否達(dá)到了Ｘ、Ｚ軸的補(bǔ)償極限，如果達(dá)到了補(bǔ)償極限則轉(zhuǎn)到步驟（７），若沒(méi)有達(dá)到補(bǔ)償極限則轉(zhuǎn)到步驟（２）。（７）根據(jù)輸出補(bǔ)償Ｙ軸方向磁常（８）判斷是否完成補(bǔ)償，若完成補(bǔ)償則停止，若沒(méi)有完成補(bǔ)償則轉(zhuǎn)到步驟（２）。圖３主動(dòng)磁補(bǔ)償系統(tǒng)程序流程圖Ｆｉｇ．３Ｓｏｆｔｗａｒｅｆｌｏｗｏｆａｃｔｉｖｅ

【參考文獻(xiàn)】

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1 張昌達(dá),董浩斌;量子磁力儀評(píng)說(shuō)[J];工程地球物理學(xué)報(bào);2004年06期

2 李秀明;黃戰(zhàn)華;朱猛;;擴(kuò)展光束型激光多普勒速度測(cè)量系統(tǒng)[J];光學(xué)精密工程;2013年05期

3 趙智亮;夏伯才;陳立華;張志華;鄭萬(wàn)國(guó);;相移干涉測(cè)量中相移誤差的自修正[J];光學(xué)精密工程;2013年05期

4 TAKAYOSHI KOBAYASHI;;利用激光實(shí)時(shí)頻譜直接觀測(cè)分子結(jié)構(gòu)變化(英文)[J];光學(xué)精密工程;2011年02期

5 楊生元,黃文浩;激光光強(qiáng)分布對(duì)原子力顯微鏡中光學(xué)偏轉(zhuǎn)法檢測(cè)結(jié)果的影響[J];光學(xué)精密工程;1997年01期

6 葉萍;張炎華;翟傳潤(rùn);戰(zhàn)興群;;磁干擾誤差補(bǔ)償算法在艦船及水下航向測(cè)量技術(shù)中的應(yīng)用[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2010年09期

7 張昌達(dá);量子磁力儀研究和開(kāi)發(fā)近況[J];物探與化探;2005年04期

【共引文獻(xiàn)】

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1 趙靜;王君;凌振寶;劉光達(dá);;高溫RF SQUID磁力儀射頻振蕩器[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版);2009年02期

2 張振宇;程德福;王君;周志堅(jiān);連明昌;;光泵磁力儀中磁共振光學(xué)檢測(cè)方法研究[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版);2011年03期

3 周志堅(jiān);程德福;王君;張振宇;劉祥;;氦光泵磁力儀中磁敏傳感器的研制[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2009年09期

4 滕吉文;;強(qiáng)化第二深度空間金屬礦產(chǎn)資源探查,加速發(fā)展地球物理勘探新技術(shù)與儀器設(shè)備的研制及產(chǎn)業(yè)化[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2010年03期

5 張振宇;程德福;連明昌;周志堅(jiān);王君;;氦光泵磁力儀信號(hào)檢測(cè)控制回路的設(shè)計(jì)[J];電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào);2011年04期

6 張青杉;麻豐林;許麗云;;航空三維磁梯度測(cè)量方案研究[J];地質(zhì)與勘探;2010年06期

7 張昌達(dá);;航空磁力梯度張量測(cè)量——航空磁測(cè)技術(shù)的最新進(jìn)展[J];工程地球物理學(xué)報(bào);2006年05期

8 張昌達(dá);;關(guān)于磁異常探測(cè)的若干問(wèn)題[J];工程地球物理學(xué)報(bào);2007年06期

9 董浩斌;張昌達(dá);;量子磁力儀再評(píng)說(shuō)[J];工程地球物理學(xué)報(bào);2010年04期

10 劉迪仁;周勛;劉海智;;高精度智能質(zhì)子磁力儀的原理及應(yīng)用[J];電子制作;2012年11期

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1 滕吉文;;強(qiáng)化第二深度空間金屬礦產(chǎn)資源探查,加速發(fā)展地球物理勘探新技術(shù)與儀器設(shè)備的研制及產(chǎn)業(yè)化[A];中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所第十屆（2010年度）學(xué)術(shù)年會(huì)論文集(中)[C];2011年

2 曾小牛;李夕海;;基于磁異常探測(cè)的航空反潛技術(shù)[A];國(guó)家安全地球物理叢書(shū)（五）——地球物理與海洋安全[C];2009年

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3 李曙光;原子磁力儀的研究[D];浙江大學(xué);2009年

4 張振宇;氦光泵磁測(cè)技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2012年

5 邵英秋;寬頻帶感應(yīng)式磁傳感器的研制[D];吉林大學(xué);2012年

6 王洪亮;質(zhì)子磁力儀FID信號(hào)處理算法研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué);2012年

7 邵行來(lái);東天山黃山—鏡兒泉超鎂鐵巖帶地球物理特征研究及找礦應(yīng)用[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2012年

8 劉強(qiáng);全光銫原子磁力儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

9 張楊;銫磁力儀與載體匹配技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

10 劉泊;基于白光相移干涉法的表面三維微觀輪廓測(cè)量技術(shù)研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2013年

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1 童曉波;CPT磁力儀的研究[D];浙江大學(xué);2011年

2 李琦;相干粒子數(shù)俘獲磁力儀的研究[D];吉林大學(xué);2011年

3 王澤生;基于非晶材料的地磁測(cè)量傳感器研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

4 王慶濤;激光源對(duì)光磁共振信號(hào)的影響[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

5 王豐;激光對(duì)銫原子磁力儀靈敏度影響[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

6 何志偉;基于MSP430的質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀設(shè)計(jì)[D];吉林大學(xué);2007年

7 祁香兵;數(shù)字氦光泵磁力儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];浙江大學(xué);2007年

8 張洪瑞;高分辨航磁直接探尋鐵礦技術(shù)研究及其在大冶鐵礦中的應(yīng)用[D];桂林工學(xué)院;2007年

9 張振宇;氦光泵磁力儀的信號(hào)檢測(cè)技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2009年

10 單t;利用相干粒子數(shù)捕獲（CPT）原理測(cè)磁的實(shí)驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2010年

【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

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1 倪晉平;蔡榮立;田會(huì);馮斌;;基于大靶面光幕靶30mm口徑彈丸速度測(cè)試技術(shù)[J];測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào);2008年01期

2 楊新勇,黃圣國(guó);磁羅盤的羅差分析與驗(yàn)證[J];電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2004年05期

3 劉昌文,程文明,劉杰;二維計(jì)數(shù)跟蹤型激光多普勒測(cè)速系統(tǒng)的智能化及其應(yīng)用[J];光學(xué)精密工程;2002年06期

4 王孝坤;王麗輝;張學(xué)軍;;子孔徑拼接干涉法檢測(cè)非球面[J];光學(xué)精密工程;2007年02期

5 鄒泓,趙洋;激光多普勒技術(shù)在固體測(cè)量方面的運(yùn)用[J];光學(xué)技術(shù);2000年02期

6 董華;倪晉平;王鐵嶺;;基于天幕靶的彈丸過(guò)靶信息探測(cè)提取方法的研究[J];核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù);2009年04期

7 周健;龍興武;;多點(diǎn)分層差動(dòng)激光多普勒自身測(cè)速儀的研究[J];中國(guó)激光;2010年07期

8 何云峰,王昌明,柳光遼,沈勇;感應(yīng)式線圈靶半徑分布對(duì)區(qū)截信號(hào)的影響[J];南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2002年05期

9 王永泉,王玫,戰(zhàn)興群,張炎華;基于解析法的全球定位系統(tǒng)姿態(tài)測(cè)量技術(shù)[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2005年11期

10 彭登;徐建閩;曾翼;;基于ARM920T內(nèi)核的雷達(dá)測(cè)速儀設(shè)計(jì)與算法研究[J];計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì);2011年01期

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1 劉詩(shī)斌;微型智能磁航向系統(tǒng)研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2001年

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2 金惕若;空間磁場(chǎng)的測(cè)量[J];測(cè)控技術(shù);2000年11期

本文編號(hào)：2579697