[发明专利]基于脉冲泵浦磁力仪的梯度检测系统在审

专利信息
申请号: 202010034637.8 申请日: 2020-01-14
公开(公告)号: CN111220934A 公开(公告)日: 2020-06-02
发明(设计)人: 黄宇翔;谷保磊;陈齐霖 申请(专利权)人: 杭州昕磁科技有限公司
主分类号: G01R33/022 分类号: G01R33/022
代理公司: 北京一格知识产权代理事务所(普通合伙) 11316 代理人: 赵永伟
地址: 310023 浙江省杭州*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 基于 脉冲 磁力 梯度 检测 系统
【说明书】:

发明公开了一种基于脉冲泵浦磁力仪的梯度检测系统,包括探测光激光器、起偏器、射频线圈、脉冲型泵浦光激光器、第一原子气室、第二原子气室、四分之一玻片、探测光、第一反射镜、第二反射镜、偏振检测系统及数据采集系统等部件,通过设置泵浦光的圆偏振特性或者泵浦光、探测光在第一原子气室,第二原子气室内作用方式,得到两个气室内的磁场梯度值。本发明将两个脉冲泵浦磁力仪结合在一起,共用泵浦光或者探测光,并在信号端或者原子气室内将信号相减,提取出磁场梯度信息,有效提高了两个磁力仪的一致性,并抑制信噪比,得到较为准确的梯度值;减少了系统的体积,节省了成本。

技术领域

本发明涉及脉冲泵浦磁力仪技术领域,具体是一种基于脉冲泵浦磁力仪的梯度检测系统。

背景技术

磁力仪用于检测微弱磁场信号,广泛应用于医学,生物学,地质勘探,材料检测等领域。近年来,采用充入玻璃气室内的碱金属原子(如钾原子,铷原子,铯原子等)为工作物质的原子磁力仪是研究热点,脉冲泵浦型原子磁力仪一般由泵浦激光、探测激光、原子气室、射频线圈和光电探测器组成系统。脉冲泵浦磁力仪是利用光泵浦方法将原子极化产生宏观磁矩,由于处在磁场中的原子绕着磁矩做旋进,探测光检测到磁矩旋转的投影,旋转的频率正比于外磁场大小,分析磁矩旋转的频率信息可以得到外界磁场值。

根据磁偶极子模型分析,磁场会随着距离呈现三次方衰减,为了准确探测某一物体产生的磁场,排除掉背景磁场的干扰,通常会用梯度的方法进行测量。一个原子磁力仪可以采集单个地点磁场信息,采用多个原子磁力仪可以组成梯度磁力仪,获取梯度信息。梯度磁力仪有一般有多个信号端,当磁场源信号靠近其中一个信号端,近点信号端感受到磁场信号,远点信号端由于磁场信号衰减无法感受到,二者相减得到磁场源信号,同时减掉了空间中的背景磁噪声及光路、电路系统中的共模噪声,提高仪器信噪比。

传统梯度检测方法是利用两个不同磁力仪的信号相减得到差分信号,由于两个磁力仪信号幅度,噪声水平不同,直接相减得到的误差比较大,且体积大成本高。

传统梯度磁力仪采用的是光泵磁力仪或者磁通门磁力仪得到梯度信号,但是由于光泵磁力仪或者磁通门磁力仪等其他类型的磁力仪输出信号多数为相对电压信号,需要定标,无法保持绝对的一致性。另外,传统梯度磁力仪里面有射频线圈且无法共用射频线圈,为了避免相邻磁力仪串扰,需要分开一定距离,无法任意设置梯度磁力仪的间距,限制了梯度磁力仪的应用场合。

脉冲泵浦磁力仪信号是原子拉莫尔进动频率信号,是一种不需要定标的绝对磁力仪,且灵敏度高,相互之间无干扰,适合做磁场梯度检测。现有技术中脉冲泵浦磁力仪如结构图1所示,包括:泵浦光激光器6、起偏器2、四分之一玻片5、扩束镜12、探测光激光器1、起偏器2、射频线圈3、原子气室4、偏振检测系统7和数据采集分析系统8等。采用脉冲型高功率激光6作为泵浦光,待测磁场B沿着泵浦光方向,设置好泵浦光脉冲时序,激光从泵浦光激光器6经过起偏器和四分之一玻片5之后变成圆偏振光,经过扩束镜12变成大光斑照射整个原子气室,采用与探测原子共振频率一定失谐的激光作为探测光1,经过起偏器2得到线偏振光,偏振检测系统7将探测光偏振变化的信息转换成电信号,由数据采集分析系统8采集并分析得到结果,磁力仪工作时,在泵浦作用完成后关掉泵浦光,再施加一段时间的射频π/2脉冲,频率近似为原子的拉莫尔进动频率,这样偏振检测系统7可以检测到原子磁矩的宏观进动信号,信号的表现是衰减的正弦振荡曲线,频率为磁场对应的拉莫尔进动频率,正比于待测磁场B大小。信号由数据采集系统采集并进行分析,得到当前待测磁场B值。偏振检测系统7可以用偏振分束棱镜及两个光电二极管组成,将偏振变化信息转换成电信号;数据采集分析系统8可用数据采集卡及相应数据分析软件组成,均为现有通用的技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于脉冲泵浦磁力仪的梯度检测系统,将两个脉冲泵浦磁力仪结合在一起,共用泵浦光或者探测光,并在信号端或者原子气室内将信号相减,提取出磁场梯度信息,有效提高了通道的一致性并提高了信噪比,减少了系统的体积。

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