專利名稱：光泵測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分量的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁信號(hào)測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種采用光泵單線圈補(bǔ)償法測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量的裝置及測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
磁傳感器廣泛應(yīng)用于石油探測(cè)、航空航天、地質(zhì)勘探、水中兵器等領(lǐng)域，主要用來(lái)對(duì)鐵磁性物體進(jìn)行探測(cè)和用于磁場(chǎng)測(cè)量。不管是對(duì)磁源進(jìn)行探測(cè)和定位，還是對(duì)地磁場(chǎng)的高精度測(cè)量，其對(duì)分辨力的要求越來(lái)越高，分辨力越高探測(cè)和定位越精準(zhǔn)，測(cè)量也越精密。 但是目前最常使用的矢量磁傳感器基本都是基于磁通門(mén)原理的，其分辨力約為2nT左右。 而目前的標(biāo)量磁傳感器一光泵磁傳感器的分辨力則能夠很容易的達(dá)到0. InT，這就為磁場(chǎng)的高精度測(cè)量帶來(lái)了希望。但是光泵是標(biāo)量磁傳感器，只能測(cè)量磁場(chǎng)的總場(chǎng)大小，不能測(cè)分量，但是在很多應(yīng)用場(chǎng)合都需要知道磁場(chǎng)的分量信息，尤其是磁場(chǎng)的豎直分量。于是，如何利用光泵磁傳感器來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)的分量就具有很重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種利用測(cè)量總場(chǎng)的高精度高分辨力光泵來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)的豎直分量的方法及裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種光泵測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分量的裝置，包括光泵，線圈系統(tǒng)安裝在水平轉(zhuǎn)臺(tái)上，線圈系統(tǒng)與精密電流源連接，通過(guò)電流源給光泵線圈系統(tǒng)供電，光泵的探頭旋轉(zhuǎn)在線圈系統(tǒng)的均勻區(qū)內(nèi)。所述的線圈系統(tǒng)采用方形亥姆赫茲線圈、圓形亥姆赫茲線圈或加萊特線圈。一種光泵測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分量的方法，包括以下步驟
對(duì)軸將線圈系統(tǒng)放置在水平轉(zhuǎn)臺(tái)上，將光泵的探頭放置在線圈系統(tǒng)的均勻區(qū)內(nèi)，然后用精密電源給線圈供電，初始電流大小可以在線圈系統(tǒng)能夠承受的范圍內(nèi)任意選取，然后旋轉(zhuǎn)水平轉(zhuǎn)臺(tái)，使光泵的輸出值最小，這時(shí)表明線圈系統(tǒng)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的水平分量和地磁場(chǎng)所產(chǎn)生的水平分量在同一直線上，并且方向相反，此過(guò)程稱之為對(duì)軸；
地磁場(chǎng)水平分量的補(bǔ)償對(duì)軸過(guò)程完成后，緩慢調(diào)節(jié)精密電流源，觀察光泵的輸出，由于光泵的輸出=
乂水平分量2 +豎直分畺2 ,當(dāng)光泵的輸出值減至最小時(shí)，表示補(bǔ)償完畢，此時(shí)光泵的輸出值
就是磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量。
本發(fā)明提供的測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分量的裝置及方法，其主要特點(diǎn)為高精度高分辨力測(cè)量，以高精度的測(cè)量總場(chǎng)的光泵為核心部件，以磁場(chǎng)線圈為補(bǔ)償裝置，可以實(shí)現(xiàn)磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分量的測(cè)量，其測(cè)量精度可達(dá)到光泵的標(biāo)稱精度。本發(fā)明具有靈敏度高、成本低廉、 結(jié)構(gòu)組合簡(jiǎn)單、操作方便的優(yōu)點(diǎn)。光泵單線圈補(bǔ)償法測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分量的方法可達(dá)到優(yōu)于0. InT的分辨力。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是采用本發(fā)明提供的方法測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的分辨力測(cè)試圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是一種測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分量的裝置，包括光泵2， 線圈系統(tǒng)3安裝在水平轉(zhuǎn)臺(tái)1上，線圈系統(tǒng)3與精密電流源4連接，通過(guò)電流源4給光泵2 線圈系統(tǒng)3供電，光泵2的探頭旋轉(zhuǎn)在線圈系統(tǒng)的均勻區(qū)5內(nèi)。所述的線圈系統(tǒng)3采用方形亥姆赫茲線圈、圓形亥姆赫茲線圈或加萊特線圈。也可采用其他形式的磁場(chǎng)線圈。本發(fā)明的工作原理如下光泵用于進(jìn)行高靈敏度的磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量，線圈系統(tǒng)用于磁場(chǎng)補(bǔ)償。欲實(shí)現(xiàn)豎直分量的高靈敏度測(cè)量，只需通過(guò)補(bǔ)償線圈將水平分量補(bǔ)償?shù)阶钚≈?，測(cè)量光泵的輸出即可。補(bǔ)償線圈系統(tǒng)的作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，以抵消環(huán)境磁場(chǎng)水平分量，使得該線圈均勻區(qū)處的磁場(chǎng)水平分量最小，即接近于零。測(cè)量的具體步驟如下
一種測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分量的方法，包括以下步驟
對(duì)軸將線圈系統(tǒng)放置在水平轉(zhuǎn)臺(tái)上，將光泵的探頭放置在線圈系統(tǒng)的均勻區(qū)內(nèi)，然后用精密電源給線圈供電，初始電流大小可以在線圈系統(tǒng)能夠承受的范圍內(nèi)任意選取，然后旋轉(zhuǎn)水平轉(zhuǎn)臺(tái)，使光泵的輸出值最小，這時(shí)表明線圈系統(tǒng)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的水平分量和地磁場(chǎng)所產(chǎn)生的水平分量在同一直線上，并且方向相反，即通過(guò)補(bǔ)償線圈系統(tǒng)將水平分量補(bǔ)償?shù)健傲阒怠?，此過(guò)程稱之為對(duì)軸；
地磁場(chǎng)水平分量的補(bǔ)償對(duì)軸過(guò)程完成后，緩慢調(diào)節(jié)精密電流源，觀察光泵的輸出，由
于光泵的輸出=平分量2 +豎直分量2 ,當(dāng)光泵的輸出值減至最小時(shí)，表示補(bǔ)償完畢，此
時(shí)光泵的輸出值就是磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量。以某次的實(shí)際測(cè)量為例先將磁場(chǎng)的水平分量補(bǔ)償?shù)搅阒担藭r(shí)光泵的輸出就是磁場(chǎng)的豎直分量(參見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖中的圖2)，取其一個(gè)磁場(chǎng)數(shù)據(jù)為36554. 32nT ；然后給豎直方向施加0. 13ηΤ的微弱磁場(chǎng)，此時(shí)光泵的輸出變?yōu)?6554. 19ηΤ，光泵的輸出變化量為 0. 13ηΤ，與線圈施加的磁場(chǎng)數(shù)值吻合。由圖2中的測(cè)試結(jié)果可以看出光泵單線圈補(bǔ)償法測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分量的方法可達(dá)到優(yōu)于0. InT的分辨力。
權(quán)利要求
1.一種光泵測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分量的裝置，包括光泵(2)，其特征在于線圈系統(tǒng) (3)安裝在水平轉(zhuǎn)臺(tái)(1)上，線圈系統(tǒng)(3)與精密電流源(4)連接，通過(guò)電流源(4)給光泵 (2)線圈系統(tǒng)(3)供電，光泵(2)的探頭旋轉(zhuǎn)在線圈系統(tǒng)的均勻區(qū)(5)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所所述的光泵測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分量的裝置，其特征在于所述的線圈系統(tǒng)采用方形亥姆赫茲線圈、圓形亥姆赫茲線圈或加萊特線圈。
3.一種光泵測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分量的方法，其特征在于包括以下步驟對(duì)軸將線圈系統(tǒng)放置在水平轉(zhuǎn)臺(tái)上，將光泵的探頭放置在線圈系統(tǒng)的均勻區(qū)內(nèi)，然后用精密電源給線圈供電，初始電流大小可以在線圈系統(tǒng)能夠承受的范圍內(nèi)任意選取，然后旋轉(zhuǎn)水平轉(zhuǎn)臺(tái)，使光泵的輸出值最小，這時(shí)表明線圈系統(tǒng)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的水平分量和地磁場(chǎng)所產(chǎn)生的水平分量在同一直線上，并且方向相反，此過(guò)程稱之為對(duì)軸；地磁場(chǎng)水平分量的補(bǔ)償對(duì)軸過(guò)程完成后，緩慢調(diào)節(jié)精密電流源，觀察光泵的輸出，由于光泵的輸出=.、/水平分量2+豎直分量2 ,當(dāng)光泵的輸出值減至最小時(shí)，表示補(bǔ)償完畢，此時(shí)光泵的輸出值就是磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量。
全文摘要
一種光泵測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分量的裝置及方法，采用光泵用于進(jìn)行高靈敏度的磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量，線圈系統(tǒng)用于磁場(chǎng)補(bǔ)償。欲實(shí)現(xiàn)豎直分量的高靈敏度測(cè)量，只需通過(guò)補(bǔ)償線圈將水平分量補(bǔ)償?shù)搅阒?，測(cè)量光泵的輸出即可。本發(fā)明具有靈敏度高、成本低廉、結(jié)構(gòu)組合簡(jiǎn)單、操作方便的優(yōu)點(diǎn)。光泵單線圈補(bǔ)償法測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直分量的方法可達(dá)到優(yōu)于0.1nT的分辨力。
文檔編號(hào)G01R33/02GK102298122SQ201110135688
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者盧俊杰, 李偉, 王秀, 石超, 陳正想 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所