【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于弱磁測量，涉及一種基于cpt磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量系統及方法，用于測量空間中磁場的矢量信息。
技術介紹
1、現階段廣泛使用的cpt磁力儀是基于塞曼效應和cpt效應對磁場的標量信息進行準確測量，相較于磁通門磁力儀及其他原子磁力儀，具有絕對精度高、靈敏度高、可小型化、無測量盲區等優點。對于基于cpt效應的磁場矢量測量，國內先前已有其他采用的輔助線圈的方式，是通過建立磁場矢量三角形來解算外界磁場與坐標系的角度問題，解算過程復雜。而基于cpt效應無線圈輔助磁場矢量測量由于對系統硬件的要求較高，可操作性不強。
技術實現思路
1、本專利技術解決的技術問題是：克服現有技術的不足，為了能夠實現對于磁場矢量信息的測量，提供了一種基于cpt磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量系統及方法，不需要對cpt磁力儀做大幅度系統硬件變動，僅需加入三軸亥姆霍茲線圈及電腦端所組成的反饋控制回路。整體方法可操作性強，思路簡單，易于理解。
2、本專利技術的技術解決方案是：
3、第一方面，
4、一種基于cpt磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量系統，包括：激光器、線偏振光起偏器件、四分之一波片、原子氣室、三軸亥姆霍茲線圈、光電探測器和信號處理模塊；
5、激光器出射激光依次通過線偏振光起偏器件、四分之一波片和原子氣室后，入射到光電探測器上；
6、原子氣室外纏繞有三軸亥姆霍茲線圈；
7、信號處理模塊用于調整三軸亥姆霍茲線圈產生的線圈磁場b2，使得三軸
8、優選地，線偏振光起偏器件為格陵蘭棱鏡或1/2波片；
9、激光器的激光頻率能夠調節，采用vcsel激光器實現。
10、優選地，原子氣室內部充有堿金屬原子氣體及緩沖氣體。
11、優選地，三軸亥姆霍茲線圈的繞組保持對稱，即三軸亥姆霍茲線圈的三軸繞組匝數相同，且三軸繞組導線種類保持一致。
12、第二方面，
13、一種基于cpt磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量方法利用如第一方面所述的一種基于cpt磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量系統實現，包括：
14、步驟1)激光器產生激光后，通過線偏振光起偏器件形成線偏振光，再通過四分之一波片轉變為圓偏振光后入射原子氣室；同時，令原子氣室整體處于疊加磁場b中，以透射過原子氣室的透射光信號作為觀察信號，光電探測器接收獲得觀察信號；其中，疊加磁場b包括：外界的待測磁場b1和由三軸亥姆霍茲線圈產生的線圈磁場b2；
15、步驟2)光電探測器探測到原子氣室利用cpt效應產生cpt信號峰，測量相鄰cpt信號峰之間的頻率間距，進而得到疊加磁場b的磁場大小；此時，三軸亥姆霍茲線圈不通電工作；
16、步驟3)僅將z軸方向上三軸亥姆霍茲線圈通電工作，調節z軸方向上三軸亥姆霍茲線圈產生的磁場，令cpt信號峰僅存在4個峰后，得到線圈磁場b2在z軸方向上的分量，并進入步驟4)；其中，建立系統坐標系具體為：令原子氣室的光敏感軸為z軸，穿過原子氣室的光束的傳播方向為z軸正方向，zoy面平行于水平面，x軸正向豎直向上，原點o位于原子氣室的幾何中心點，系統坐標系滿足右手定則；
17、步驟4)僅將z軸、x軸方向上三軸亥姆霍茲線圈通電工作，保持z軸方向的三軸亥姆霍茲線圈的電流大小不變(與步驟3)的相同)，調節x軸方向上三軸亥姆霍茲線圈產生的磁場，令cpt信號峰的幅度值為最小后，得到線圈磁場b2在x軸方向上的分量，并進入步驟5)；
18、步驟5)將z軸、x軸和y軸方向上三軸亥姆霍茲線圈通電工作，保持x軸、z軸方向的三軸亥姆霍茲線圈的電流大小不變(保持與步驟3)、4)的相同)，調節y軸方向上三軸亥姆霍茲線圈產生的磁場，令cpt信號峰僅保留一個峰后，得到線圈磁場b2在y軸方向上的分量，并進入步驟6)；
19、步驟6)通過線圈磁場b2的三軸分量，并通過步驟2)得到的疊加磁場b的磁場大小，獲取外界待測磁場b1大小及方向信息，完成磁場矢量測量方法。
20、優選地，步驟2)中得到疊加磁場b的磁場大小b的方法，具體為：
21、
22、其中，δν表示相鄰的cpt信號峰之間的頻率間隔，δmf表示兩相鄰的cpt信號峰之間的磁量子數差，γ0為原子氣室內所充堿金屬原子氣體的旋磁比。
23、優選地，步驟3)令cpt信號峰僅存在4個峰的方法，具體為：
24、通過信號處理模塊控制z軸方向的三軸亥姆霍茲線圈中電流的大小，通過觀測cpt信號峰的變化，調節z軸方向的三軸亥姆霍茲線圈應加電流的方向及大小，令z軸方向的三軸亥姆霍茲線圈中產生與待測磁場b1在z軸方向分量大小相等、方向相反的磁場，此時觀測的cpt信號峰僅存在4個峰。
25、優選地，步驟4)令cpt信號峰的幅度值為最小的方法，具體為：
26、通過信號處理模塊控制x軸方向的三軸亥姆霍茲線圈中電流的大小，通過觀測cpt信號峰的變化，調節x軸方向的三軸亥姆霍茲線圈應加電流的方向及大小，當x軸方向的三軸亥姆霍茲線圈中產生與待測磁場b1在x軸方向分量大小相等方向相反的磁場時，此時觀測的cpt信號峰的4個峰的幅度值為最小時。
27、優選地，步驟5)令cpt信號峰僅保留一個峰的方法，具體為：
28、通過信號處理模塊控制y軸方向的三軸亥姆霍茲線圈中電流的大小，通過觀測cpt信號峰的有無，調節y軸方向的三軸亥姆霍茲線圈應加電流的方向及大小，當y軸方向的三軸亥姆霍茲線圈中產生與待測磁場b1在y軸方向分量大小相等方向相反的磁場時，此時觀測的cpt信號峰僅保留一個峰。
29、優選地，步驟6)獲取外界待測磁場b1大小及方向信息的方法，具體為：
30、通過信號處理模塊得知三軸亥姆霍茲線圈中的電流值，從而反推得到線圈磁場b2三軸的分量大小，令外界的待測磁場b1的方向與三軸亥姆霍茲線圈產生線圈磁場b2的方向相反，且外界待測磁場b1的磁場大小等于步驟2)得到的疊加磁場b的磁場大小。
31、本專利技術與現有技術相比的優點在于：
32、本專利技術通過觀測cpt信號峰的數值及幅度變化，依次調節三個方向的三軸亥姆霍茲線圈中電流大小與方向，分別與外界被測磁場在三軸方向的分量相抵消，最終通過讀取三圈中的電流值獲得產生磁場的大小，進一步反推出被測磁場的大小與方向信息。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種基于CPT磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量系統，其特征在于，包括：激光器(1)、線偏振光起偏器件(2)、四分之一波片(3)、原子氣室(4)、三軸亥姆霍茲線圈(5)、光電探測器(6)和信號處理模塊(7)；
2.根據權利要求1所述的一種基于CPT磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量系統，其特征在于，線偏振光起偏器件(2)為格陵蘭棱鏡或1/2波片；
3.根據權利要求1所述的一種基于CPT磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量系統，其特征在于，原子氣室(4)內部充有堿金屬原子氣體及緩沖氣體。
4.根據權利要求1所述的一種基于CPT磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量系統，其特征在于，三軸亥姆霍茲線圈(5)的繞組保持對稱，即三軸亥姆霍茲線圈(5)的三軸繞組匝數相同，且三軸繞組導線種類保持一致。
5.一種基于CPT磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量方法利用如權利要求1～4任意之一所述的一種基于CPT磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量系統實現，其特征在于，包括：
6.根據權利要求5所述的一種基于CPT磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量方法，其特征在于，步驟2)中得到疊加磁場
7.根據權利要求6所述的一種基于CPT磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量方法，其特征在于，步驟3)令CPT信號峰僅存在4個峰的方法，具體為：
8.根據權利要求7所述的一種基于CPT磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量方法，其特征在于，步驟4)令CPT信號峰的幅度值為最小的方法，具體為：
9.根據權利要求8所述的一種基于CPT磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量方法，其特征在于，步驟5)令CPT信號峰僅保留一個峰的方法，具體為：
10.根據權利要求9所述的一種基于CPT磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量方法，其特征在于，步驟6)獲取外界待測磁場B1大小及方向信息的方法，具體為：
...【技術特征摘要】
1.一種基于cpt磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量系統，其特征在于，包括：激光器(1)、線偏振光起偏器件(2)、四分之一波片(3)、原子氣室(4)、三軸亥姆霍茲線圈(5)、光電探測器(6)和信號處理模塊(7)；
2.根據權利要求1所述的一種基于cpt磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量系統，其特征在于，線偏振光起偏器件(2)為格陵蘭棱鏡或1/2波片；
3.根據權利要求1所述的一種基于cpt磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量系統，其特征在于，原子氣室(4)內部充有堿金屬原子氣體及緩沖氣體。
4.根據權利要求1所述的一種基于cpt磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量系統，其特征在于，三軸亥姆霍茲線圈(5)的繞組保持對稱，即三軸亥姆霍茲線圈(5)的三軸繞組匝數相同，且三軸繞組導線種類保持一致。
5.一種基于cpt磁力儀有輔助線圈磁場矢量測量方法利用如權利要求1～4任意之一所述的一種基于c...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉崇泰，王學鋒，鄧意成，盧向東，李建軍，和煥雪，張慧松，徐強峰，
申請(專利權)人：北京航天控制儀器研究所，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。