[发明专利]航空磁场矢量检测装置及监测方法

摘要

本发明涉及一种航空磁场矢量检测装置及检测方法，采用激射频率与碱金属原子D1线频率相同的DFB激光器作为泵浦光源，其发出的光通过光隔离器、光衰减器、起偏器和λ/4波片产生光功率可自由调节的圆偏振泵浦光极化碱金属原子，使其具有宏观磁矩。y轴方向的被测弱磁场，使该磁矩绕y轴在xoz平面上产生拉莫尔进动。由于极化原子的圆二向色性导致线偏振光的偏振面旋转，撤去泵浦光，偏转角逐渐震荡衰减至零，采用过零检测装置测量撤去泵浦光时刻与第一个过零点之间的时间差，可得到拉莫尔进动频率，除以旋磁比便可得到磁场矢量值。本发明具有磁场矢量检测精度高，响应频率快，重复性好，适用于航空磁场矢量检测移动平台测磁。 1

主权项

1.一种航空磁场矢量检测装置，其特征在于，包括在三轴亥姆霍兹线圈(31)中心设有保温室(33)，保温室(33)内装有原子气室(32)，DFB激光器a(11)通过螺纹和光纤a(14)连接光隔离器a(12)、光衰减器a(13)和准直器a(15)，DFB激光器a(11)、光隔离器a(12)、光衰减器a(13)、准直器a(15)、起偏器a(17)、λ/4波片(18)和光探测器(19)通过螺丝固定在铝板上；DFB激光器b(21)通过螺纹和光纤b(24)连接光隔离器b(22)、光衰减器b(23)和准直器b(25)，DFB激光器b(21)、光隔离器b(22)、光衰减器b(23)、准直器b(25)和起偏器b(27)通过螺丝固定在铝板上；偏振光束分路器(41)、差除和检测电路(42)和过零比较器(43)通过螺丝固定在铝板上，差除和检测电路(42)和过零比较器(43)通过数据线与计算机(44)连接；泵浦光路(16)穿过起偏器a(17)、λ/4波片(18)、三轴亥姆霍兹线圈(31)、保温室(33)和原子气室(32)照射在光探测器(19)上；探测光路(26)穿过起偏器b(27)、三轴亥姆霍兹线圈(31)、保温室(33)、原子气室(32)和偏振光束分路器(41)分离o光和e光，经差除和检测电路(42)测量偏转角幅值并由过零比较器(43)捕捉撤去泵浦光之后的第一个过零点送给计算机(44)。

2.按照权利要求1所述的航空磁场矢量检测装置，其特征在于，起偏器a(17)与光轴垂直，λ/4波片(18)与光轴成45度夹角。

3.按照权利要求1所述的航空磁场矢量检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、激射频率与碱金属原子D1线频率共振的DFB激光器a(11)作为泵浦光源，其发出的光通过光隔离器a(12)、光衰减器a(13)、起偏器a(14)和λ/4波片(18)产生的光功率能自由调节圆偏振泵浦光极化碱金属原子，使碱金属原子处于同一塞曼子能级在泵浦轴向产生宏观磁矩；

B、泵浦光透射强度由光探测器(19)转化为反馈电信号通过调节三轴亥姆霍兹线圈(31)电流，控制剩余磁场强度小于10nT；

C、极化碱金属原子宏观磁矩在y轴方向被测弱磁场作用下在xoz平面上产生拉莫尔进动；

D、采用激射频率与碱金属原子D2线频率相同的DFB激光器b(21)作为检测光源，其发出的光通过光隔离器b(22)、光衰减器b(23)、起偏器b(27)产生光功率能自由调节的线偏振检测光，通过置于三轴亥姆霍兹线圈(31)构成磁场主动补偿装置内保温室(33)的原子气室(32)，极化碱金属原子产生宏观磁矩沿探测光轴方向投影等效塞曼子能级布局数差，导致对探测左右旋圆偏振光成分吸收幅度不同，线偏振光的偏振面发生旋转；

E、当极化碱金属原子宏观磁矩运动达到稳态时，撤去泵浦光激光器，极化碱金属原子宏观磁矩以拉莫尔频率振荡e指数衰减至零；

F、过零比较器(43)计量撤去泵浦光时刻与偏振光束分路器(41)分离o光和e光，差除和检测电路(42)输出偏转角幅值第一个过零点之间时间差求出振荡频率即拉莫尔频率，拉莫尔频率除以旋磁比得到磁场矢量值。

4.按照权利要求3所述的航空磁场矢量检测装置的检测方法，其特征在于，所述的极化碱金属原子宏观磁矩的运动方式，即撤去泵浦光，极化碱金属原子宏观磁矩的变化方程为：以拉莫尔频率振荡e指数衰减至零，式中，μ_z为横轴宏观磁矩的投影，μ_0z为横轴宏观磁矩的投影的初始值，R_sd为自旋破坏弛豫速率，γ_e为旋磁比，B_y为y轴磁场强度，为宏观磁矩的初始相位。