[发明专利]一种OVERHAUSER磁力仪

说明书

技术领域

本发明涉及磁场测量技术领域，尤其涉及一种可对微弱磁场进行绝对测量的磁力仪。

背景技术

微弱磁场测量技术是研究与磁现象有关物理现象的重要手段，已经逐渐形成为重要的学科。空间磁场信息对人类活动具有重要意义，包括空间探测、近地表探测、海洋探测、地磁场探测、军事技术等，因此在国防建设、科学研究、日常生活、工业生产等领域，磁场测量常常起着决定性的作用，精度的高低、测量手段的难易，以及经济性等诸方面的因素直接关系到测量仪器的实用性、可推广性。

空间磁场测量仪器由于测量原理、测量范围、应用范围的不同，存在诸多差异，以测量仪器的物理原理大致分为：磁力仪、电磁效应式、感应式、磁通门式、核磁共振式、超导式和磁光式等。

目前使用较多的弱磁场测量仪器有普通质子旋进磁力仪、光泵磁力仪和低温超导量子干涉磁力仪，上述磁场测量技术有的灵敏度不够高，有的功耗过高，有的装置过于复杂，从而限制了其使用范围。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种OVERHAUSER磁力仪，其目的是改善现有普通质子磁力仪的测量灵敏度和精度，将原有的测量灵敏度和精度，从0.1nT和1.0nT分别提高到0.01nT和0.1nT，其测量范围为：20,000～120,000nT。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

由高频振荡器(1)、探头(2)、直流脉冲发生器(3)、放大器(4)、频率计(5)和数控单元(6)组成，通过数控单元(6)控制各部分协调工作；

数控单元(6)首先控制高频振荡器(1)产生高频信号，该高频信号作用于探头(2)，使探头(2)中的物质产生OVERHAUSER效应，达到极化状态，此时探头(2)会输出与外磁场成正比的频率信号，该频率信号通过放大器(4)被放大之后，数控单元(6)控制频率计(5)测出其频率，然后存储在数控单元(6)中；

所述高频振荡器(1)，采用晶体振荡器产生高频信号、丙类功放对信号进行放大，由高稳定晶体振荡器(7)和丙类高频功率放大器(8)构成；

所述探头(2)，由高频谐振腔(9)、内有自由基溶液的密封玻璃瓶(10)和绕在玻璃瓶外的低频接收线圈(11)构成，整个探头置于待测外磁场中；

所述直流脉冲发生器(3)，对激发后的探头(2)产生直流脉冲；

所述放大器(4)，由谐振放大电路(12)、前置放大器(13)和三级选频放大器(14)构成，对探头输出的微弱信号进行放大；

所述频率计(5)，由整形单元(15)和测频单元(16)构成，采用在CPLD中实现多周期同步测量方法对频率进行测量；

所述数控单元(6)，由逻辑控制单元(17)、存储器(18)、通讯接口(19)和键盘显示模块(20)组成，采用逻辑控制单元(17)产生控制高频振荡器(1)、直流脉冲发生器(3)和频率计(5)三个模块的工作时序，然后对测出的频率值进行处理、存储。

所述高频振荡器(1)的频率与选定的自由基的未成对电子共振频率对应，输出功率使自由基的未成对电子共振；

所述高频谐振腔的谐振频率与选定的自由基的未成对电子共振频率对应。

自由基物质采用4-氧-2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧自由基。

所述前置放大器(12)采用超低噪声JFET结型场效应管构成。

步骤①：将探头置于外磁场中，操作数控单元中的键盘显示模块，使仪器进入测量状态；

步骤②：仪器进入测量状态之后，数控单元中的逻辑控制单元，先控制高频振荡器产生高频，该高频信号在探头中的高频谐振腔发生谐振，使密封玻璃瓶中的自由基溶液发生极化，然后控制直流脉冲发生器给探头产生一直流脉冲，此时探头中的低频接收线圈可感应到质子绕外磁场的旋进信号；

步骤③：由放大器将旋进信号进行放大该，由频率计测出信号频率；

步骤④：数控单元读取频率计中的频率值，并乘以系数就可得到外磁场的准确值，同时可将该值存于存储器中；

步骤⑤：数据测量完之后，可用数控单元中的逻辑控制单元读取存储器中的磁场值，并由逻辑控制单元控制通讯接口将其传入计算机中。

本发明具有以下优点和积极效果：

1)精度高、灵敏度高，这是由于利用OVERHAUSER效应使质子共振的强度比利用直接方法使质子共振的强度大1000倍左右，从而增加输出信号的信噪比，所以提高了测量精度和灵敏度，将普通质子磁力仪的测量灵敏度和精度，从0.1nT和1.0nT分别提高到0.01nT和0.1nT；