[发明专利]应用于小型化原子磁力计的读出方法、装置、设备及介质

说明书

本申请涉及一种应用于小型化原子磁力计的读出方法、装置、设备及介质，所述方法包括接收并响应磁力计读出请求；基于预设温度驱动无磁加热片对小型化磁力计探头的原子气室进行恒温加热；采集当前静磁场数据并基于预设剩磁强度对三轴线圈进行磁场补偿；采集光电二极管的输出信号；基于锁相放大器对输出信号进行解调放大处理；基于PID算法对锁相放大器输出进行锁零操作，并将反馈信号反馈至三轴线圈，此时反馈信号产生的磁场即为测量磁场；存储反馈信号。本申请能够实现小型化原子磁力计稳定处于SERF工作状态。

技术领域

本申请涉及极弱磁信号探测技术领域，尤其涉及一种应用于小型化原子磁力计的读出方法、装置、设备及介质。

背景技术

极弱磁信号探测技术是一种用于检测弱磁场(1nT)的高灵敏磁场探测技术，该技术能够帮助用户更有效的理解这个世界，在生物磁探测、地质勘探、基础物理惯性测量、超低场核磁共振测量等领域具有广泛的应用前景。

近年来，随着光电弱信号检测技术和量子操控技术的发展，基于无自旋交换弛豫（SERF）理论的新型超高灵敏度磁场探测设备-原子磁力计受到了广泛的关注。与传统探测技术超导量子干涉仪（SQUID）相比，SERF原子磁力计在保证灵敏度的前提下，其轻便、可小型化、价格低廉、能在常温环境中工作等优点大大提高了应用价值，也更容易被广泛推广使用。

但是为了保证足够高的探测灵敏度和稳定性，SERF原子磁力计对微弱信号检测电路提出了极高的要求。而传统的SERF原子磁力计微弱信号检测部分通常采用开环检测电路系统，存在测量动态范围不足、带宽较窄以及无法稳定处于SERF工作状态等问题。

发明内容

本申请实施例的目的在于提出一种应用于小型化原子磁力计的读出方法及装置、设备及介质，以解决传统的SERF原子磁力计检测微弱信号的测量动态范围不足、无法稳定处于SERF工作状态的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种应用于小型化原子磁力计的读出方法，其中，小型化原子磁力计由激光耦合光路、小型化磁力计探头和信号采集控制电路组成，所述小型化磁力计探头由保偏光纤、准直透镜、偏振片、反射镜、四分之一波片、碱金属原子气室、热电偶、无磁加热片、隔热腔、三轴线圈、光电二极管以及探头外壳组成，该方法采用了如下所述的技术方案：

接收并响应磁力计读出请求；

基于预设温度驱动无磁加热片对小型化磁力计探头的原子气室进行恒温加热；

采集当前静磁场数据并基于预设剩磁强度对三轴线圈进行磁场补偿；

采集光电二极管的输出信号；

利用锁相放大器对输出信号进行解调放大处理；

基于PID算法对锁相放大器输出进行锁零操作，并将反馈信号反馈至三轴线圈，此时反馈信号产生的磁场即为测量磁场；

存储反馈信号。

进一步的，采集当前静磁场数据并基于预设剩磁强度对三轴线圈进行磁场补偿的步骤，具体包括下述步骤：

驱动三轴线圈进行磁场扫描操作，并采集光电二极管的当前输出信号，得到测量序列；

基于测量序列对三轴线圈的磁场进行补偿操作。

进一步地，基于测量序列对三轴线圈的磁场进行补偿操作的步骤，具体包括：

基于拟合样本函数对测量序列进行数值拟合操作，得到拟合曲线；

基于拟合曲线的极值点对三轴线圈磁场进行粗补偿操作；

将极值点反馈至三轴线圈，并通过PI控制模块对三轴线圈进行细补偿操作。

进一步地，锁相放大器基于数字正交方式实现数字锁相操作。