一种光泵磁力仪梯度容限测量装置的制作方法

本发明涉及光泵磁力仪的技术指标测量装置，尤其涉及一种光泵磁力仪梯度容限测量装置。

背景技术：

光泵磁力仪是基于工作物质原子在外磁场中发生的塞曼能级分裂，结合光泵作用和磁共振现象研制成功的磁力仪，已被广泛地应用于地面物探、航空物探、航空反潜、铁磁性物质探测等领域。

光泵磁力仪的磁共振信号大小受外磁场梯度的影响，外磁场梯度越大共振信号越小，会导致磁力仪性能下降甚至工作不正常。梯度容限是反应光泵磁力仪对外磁场梯度承受能力的技术指标，是在大梯度矿区(如铁矿)开展磁法作业必须考虑的指标。部分磁力仪厂家的技术手册会提及梯度容限，但均未说明梯度容限的测试方法。

国内相关单位(计量院香山弱磁实验室、710所磁学一级计量站等)均没有针对梯度容限的专用测试方法和装置。剑桥大学Dmitry Budker的著作《Optical Magnetometry》中提及了光泵磁力仪梯度容限的定义，但未讲述具体测试方法及装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种光泵磁力仪梯度容限测量装置，其可以完成光泵磁力仪的梯度容限技术指标的测量，具有操作简单、自动化程度高等优点，填补了国内在该领域的空白。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种光泵磁力仪梯度容限测量装置，主要包括水平底座、梯度发生线圈、水平连接杆、气泡水平仪、连接杆水平调节装置、光泵探头安装夹具、激光测距仪、精密电流源和测控模块；测控模块根据探头位置、探头尺寸、线圈匝数、线圈半径这些预设参数计算产生特定磁梯度所需输出的电流大小，并通过USB接口控制精密电流源输出特定电流给梯度发生线圈；梯度发生线圈安装在水平底座上并通过气泡水平仪A调节位置，梯度发生线圈在周围空间产生磁梯度；水平连接杆上设有光泵探头安装夹具，并通过气泡水平仪A、气泡水平仪和连接杆水平调节装置调节水平连接杆与梯度发生线圈轴线平行；待测光泵探头与待测磁力仪主机相连并安装在光泵探头安装夹具中，通过激光测距仪测量梯度发生线圈中心到待测光泵探头的距离。

所述测控模块根据输入参数包含线圈匝数N、线圈半径R、探头所在区域C(OA、r、OB)、设定梯度值dT₀，输出参数包含输出电流I、区域C内实际梯度范围dT₀、dT₁，最终保证区域C内的实际磁梯度最小值大于等于dT₀。

本发明的有益效果为：可以完成光泵磁力仪的梯度容限技术指标的测量，具有操作简单、自动化程度高等优点，填补了国内在该领域的空白。

附图说明

图1为光泵磁力仪梯度容限测量装置结构框图；

图2为梯度容限测量实施步骤；

图3为磁梯度计算模型；

图4为测控软件输入输出参数关系图。

图中，1表示水平底座，2表示梯度发生线圈、3表示水平连接杆、4表示气泡水平仪A、5表示连接杆水平调节装置、6表示光泵探头安装夹具、7表示激光测距仪、8表示精密电流源、9表示测控模块、10表示气泡水平仪B、11表示待测光泵探头、12表示待测磁力仪主机。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

本发明所述的这种光泵磁力仪梯度容限测量装置，主要包括水平底座1、梯度发生线圈2、水平连接杆3、气泡水平仪4、连接杆水平调节装置5、光泵探头安装夹具6、激光测距仪7、精密电流源8和测控模块9；测控模块9根据探头位置、探头尺寸、线圈匝数、线圈半径这些预设参数计算产生特定磁梯度所需输出的电流大小，并通过USB接口控制精密电流源8输出特定电流给梯度发生线圈2；梯度发生线圈2安装在水平底座1上并通过气泡水平仪A4调节位置，梯度发生线圈2在周围空间产生磁梯度；水平连接杆3上设有光泵探头安装夹具6，并通过气泡水平仪A4、气泡水平仪B和连接杆水平调节装置5调节水平连接杆3与梯度发生线圈2轴线平行；待测光泵探头11与待测磁力仪主机12相连并安装在光泵探头安装夹具6(光泵探头安装夹具6可以通过探头位置调节装置来调节)中，通过激光测距仪7测量梯度发生线圈2中心到待测光泵探头11的距离。测控模块9根据输入参数包含线圈匝数N、线圈半径R、探头所在区域C(OA、r、OB)、设定梯度值dT₀，输出参数包含输出电流I、区域C内实际梯度范围dT₀、dT₁，最终保证区域C内的实际磁梯度最小值大于等于dT₀。

图1中，待测光泵探头11和待测磁力仪主机12为待测光泵磁力仪。水平底座1完成梯度发生线圈2的水平固定，连杆水平调节装置5、气泡水平仪保证水平连接杆3处于水平面与线圈轴线平行，光泵探头安装夹具6完成待测光泵探头11的安装，激光测距仪7完成线圈中心至待测光泵探头11的距离测量，测控模块9根据探头位置、探头尺寸、线圈匝数、线圈半径等预设参数计算产生设定磁梯度所需输出的电流大小，并通过USB接口控制精密电流源8输出特定电流，保证待测光泵探头11所在区域的磁场梯度最小值大于设定磁梯度。

图2为梯度容限测量实施步骤。其中，测量准备完成相关仪器的连接；底座水平调节可以保证线圈的轴线为在水平面上；连接杆水平调节保证连接杆处于水平面，与线圈的轴线平行；将探头固定在夹具上后，调整激光测距仪的光点至探头，记录下线圈中央至探头的距离。测控模块9可根据线圈匝数N、线圈半径R、探头所在区域(OA、r、OB)等预设参数计算产生特定磁梯度所需输出的电流大小，并通过USB接口控制精密电流源8输出特定电流I；在产生给定磁场梯度后，检查磁力仪的工作状态，如果工作正常则增加梯度后再次观察磁力仪的工作状态，若工作不正常则上一次的设定磁场梯度值即为待测磁力仪的梯度容限。

图3为磁梯度计算模型。以线圈的中央O为坐标原点，轴线方向为Z，铅垂方向为X，水平方向为Y，当线圈匝数为N、线圈半径R、供电电流为I时，由毕奥-萨伐尔定律可以计算出空间任意点(x,y,z)的磁场矢量为，

其中，μ₀为真空中的磁导率，θ为围绕线圈一周的积分自变量。

总场B沿Z方向的梯度在探头所在区域产生的梯度最小值为

图4为测控软件输入输出参数关系图。测控软件的输入参数包含线圈匝数N、线圈半径R、探头所在区域C(OA、r、OB)、设定梯度值dT₀，输出参数包含输出电流I、区域C内实际梯度范围dT₀～dT₁，最终保证区域C内的实际梯度最小值大于等于dT₀。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。