出始终维持在零位。
[0031] 原子磁强计测量三维剩余磁场的原理如图2所示，原子气室3中包含钾、铷、铯等 碱金属原子中至少一种，本实施例为铯原子，以核自旋原子如氦3、氖21、氪83、氙129、氙 131等中的两种，本实施例中为氙129原子与氙131原子，用于敏感磁场。所述驱动激光5 用于极化原子自旋，所述检测激光4用于检测原子自旋；设置于原子气室3外部的三维磁场 线圈2施加的三维磁场用于对原子进行调制，辅助三维磁场的测量。
[0032] 所述驱动激光5采用圆偏振光，波长可选择为铯原子的Dl线或D2线，通过光子角 动量的传递，对铯原子的极化、氙129原子与氙131原子的超极化，实现对原子气室内部的 原子自旋进行极化，并定义其入射方向为Z轴正向。
[0033] 所述检测激光4采用线偏振光，从驱动激光5入射面的邻面垂直入射原子气室，定 义其入射方向为X轴正向。检测激光4的波长可选择为铯原子的Dl线或D2线的失谐频率， 检测铯原子的电子自旋在X轴的投影大小，后续为描述方便，定义所述投影大小为。
[0034] 根据右手原则，定义XYZ直角坐标系，设X、Y、Z轴的三个环境磁场分别为：Bx、B y、 Bz，是三维磁场测量的对象。
[0035] 为测量Bx，在Z方向主动施加一个调制磁场B Cs，该磁场是一个交流对称磁场，以正 弦波驱动，频率对应铯原子电子自旋的顺磁共振频率。此时，提取检测得到的信号 中2倍A es频率的信号，即可得到Bx的大小。
[0036] 为测量By，直接由检测得到的Pf信号给出。BX、BZ在#中均作为高阶项予以忽略。
[0037] 为测量Bz，在X方向主动施加 2个调制磁场：B 129：fe与B 131：fe，这两个磁场均是交流 对称磁场，以正弦波驱动，频率分别对应氣129原子、氣131原子的核磁共振频率ω^ 129fc、 。当载体以角速率Ω发生转动时，通过提取if中的信号，可以得到在载体系观测的 氣129原子、氣131原子的核磁共振频率ω 129Xf；与ω 131fc，并具有关系式：
[0039] 由于氙129原子、氙131原子的固有核磁共振频率为：
[0041] 其中Yn 129Xe、Yn 131Xe分别为氙129原子、氙131原子的核自旋旋磁比，为物理常 量。结合上述两式可以得到：
[0043] 即可获得Bz的大小。
[0044] 综上所述，Bx、By通过铯原子的电子自旋特性可以进行同时测量，B z通过氙129原 子、氙131原子的核自旋特性可以进行同时测量；上述方法不仅可使三维磁场进行同时测 量，而且由于铯原子、氙129原子、氙131原子的自由扩散混合，三维磁场为同一区域的原位 测量。
【主权项】
1. 一种主被动磁屏蔽方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤一、被动屏蔽：在核磁共振陀螺的外部设置被动屏蔽层（1)，所述屏蔽层为高导磁 材料； 步骤二、主动补偿：在核磁共振陀螺敏感结构的外部，被动屏蔽装置的内部设置主动补 偿装置，所述主动补偿装置包括原子磁强计、三维磁场线圈（2)和电流源。 所述原子磁强计用于检测经被动屏蔽层（1)屏蔽后剩余的磁场大小，并将检测结果反 馈至电流源；所述三维磁场线圈（2)放置在被动屏蔽层（1)内部，用于产生三个正交方向的 补偿磁场；所述电流源用于驱动三维磁场线圈，根据原子磁强计测量得到的三维剩余磁场 大小，驱动三维磁场线圈（2)产生反向三维磁场，使原子磁强计的测量输出始终维持在零 位； 所述原子磁强计检测屏蔽后剩余磁场大小的具体方式为：利用检测激光（4)和驱动激 光（5)以及核磁共振陀螺自有的原子气室（3)构成原子磁强计，所述驱动激光（5)垂直射 入原子气室（3)的一个面，用于极化原子自旋，定义其入射方向为Z轴正向；所述检测激光 (4)从驱动激光（5)入射面的邻面垂直入射原子气室（3)，用于检测原子自旋，定义其入射 方向为X轴正向；根据右手法则定义Y轴正向，建立XYZ直角坐标系；设置于原子气室（3) 外部的三维磁场线圈（2)施加的三维磁场用于对原子进行调制，辅助三维磁场的测量；通 过检测激光（4)获得的自旋进动信息，则： (a) 提取碱金属原子电子顺磁共振的2倍频信息，获得X轴的磁场大小； (b) 直接提取自旋进动信息，获得Y轴的磁场大小； (c) 提取两种核自旋原子的核磁共振频率，经过数学运算，获得Z轴的磁场大小。2. 如权利要求1所述的主被动磁屏蔽方法，其特征在于：步骤一中所述被动屏蔽层（1) 为圆筒状或方筒状或内部中空的球状，共两层或三层，采用1J85材料或其它磁导系数高的 高导磁材料，所有的被动屏蔽层（1)共形心，相邻的两层之间使用无磁材料填充或支撑。3. 如权利要求1或2所述的主被动磁屏蔽方法，其特征在于：步骤二中所述检测激光 (4)采用线偏振光，波长为碱金属原子的D1线或D2线的失谐频率； 所述驱动激光（5)采用圆偏振光，波长选择为碱金属原子的D1线或D2线。
【专利摘要】本发明属于陀螺技术领域，具体涉及一种核磁共振陀螺用磁屏蔽方法。本发明的主被动磁屏蔽方法，包括：步骤一、被动屏蔽：在核磁共振陀螺的外部设置被动屏蔽层，所述屏蔽层为高导磁材料；步骤二、主动补偿：在核磁共振陀螺敏感结构的外部，被动屏蔽装置的内部设置主动补偿装置，所述主动补偿装置包括原子磁强计、三维磁场线圈和电流源。发明需要解决的技术问题为：现有磁屏蔽方法难以满足目前小体积核磁共振陀螺对环境磁场高效屏蔽要求的问题。本发明的方法在未增加核磁共振陀螺硬件部件的基础上，提高磁屏蔽性能。
【IPC分类】G01C19/60
【公开号】CN105588555
【申请号】CN201410571671
【发明人】郑辛, 秦杰, 汪世林, 杨磊, 高溥泽, 韩文法, 王宇虹, 孙晓光
【申请人】北京自动化控制设备研究所
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2014年10月23日