本發(fā)明涉及光泵磁力儀的技術(shù)指標(biāo)測(cè)量裝置，尤其涉及一種光泵磁力儀梯度容限測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

光泵磁力儀是基于工作物質(zhì)原子在外磁場(chǎng)中發(fā)生的塞曼能級(jí)分裂，結(jié)合光泵作用和磁共振現(xiàn)象研制成功的磁力儀，已被廣泛地應(yīng)用于地面物探、航空物探、航空反潛、鐵磁性物質(zhì)探測(cè)等領(lǐng)域。

光泵磁力儀的磁共振信號(hào)大小受外磁場(chǎng)梯度的影響，外磁場(chǎng)梯度越大共振信號(hào)越小，會(huì)導(dǎo)致磁力儀性能下降甚至工作不正常。梯度容限是反應(yīng)光泵磁力儀對(duì)外磁場(chǎng)梯度承受能力的技術(shù)指標(biāo)，是在大梯度礦區(qū)(如鐵礦)開展磁法作業(yè)必須考慮的指標(biāo)。部分磁力儀廠家的技術(shù)手冊(cè)會(huì)提及梯度容限，但均未說(shuō)明梯度容限的測(cè)試方法。

國(guó)內(nèi)相關(guān)單位(計(jì)量院香山弱磁實(shí)驗(yàn)室、710所磁學(xué)一級(jí)計(jì)量站等)均沒(méi)有針對(duì)梯度容限的專用測(cè)試方法和裝置。劍橋大學(xué)Dmitry Budker的著作《Optical Magnetometry》中提及了光泵磁力儀梯度容限的定義，但未講述具體測(cè)試方法及裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種光泵磁力儀梯度容限測(cè)量裝置，其可以完成光泵磁力儀的梯度容限技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量，具有操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的空白。

本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)完成的。這種光泵磁力儀梯度容限測(cè)量裝置，主要包括水平底座、梯度發(fā)生線圈、水平連接桿、氣泡水平儀、連接桿水平調(diào)節(jié)裝置、光泵探頭安裝夾具、激光測(cè)距儀、精密電流源和測(cè)控模塊；測(cè)控模塊根據(jù)探頭位置、探頭尺寸、線圈匝數(shù)、線圈半徑這些預(yù)設(shè)參數(shù)計(jì)算產(chǎn)生特定磁梯度所需輸出的電流大小，并通過(guò)USB接口控制精密電流源輸出特定電流給梯度發(fā)生線圈；梯度發(fā)生線圈安裝在水平底座上并通過(guò)氣泡水平儀A調(diào)節(jié)位置，梯度發(fā)生線圈在周圍空間產(chǎn)生磁梯度；水平連接桿上設(shè)有光泵探頭安裝夾具，并通過(guò)氣泡水平儀A、氣泡水平儀和連接桿水平調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)水平連接桿與梯度發(fā)生線圈軸線平行；待測(cè)光泵探頭與待測(cè)磁力儀主機(jī)相連并安裝在光泵探頭安裝夾具中，通過(guò)激光測(cè)距儀測(cè)量梯度發(fā)生線圈中心到待測(cè)光泵探頭的距離。

所述測(cè)控模塊根據(jù)輸入?yún)?shù)包含線圈匝數(shù)N、線圈半徑R、探頭所在區(qū)域C(OA、r、OB)、設(shè)定梯度值dT₀，輸出參數(shù)包含輸出電流I、區(qū)域C內(nèi)實(shí)際梯度范圍dT₀、dT₁，最終保證區(qū)域C內(nèi)的實(shí)際磁梯度最小值大于等于dT₀。

本發(fā)明的有益效果為：可以完成光泵磁力儀的梯度容限技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量，具有操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的空白。

附圖說(shuō)明

圖1為光泵磁力儀梯度容限測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為梯度容限測(cè)量實(shí)施步驟；

圖3為磁梯度計(jì)算模型；

圖4為測(cè)控軟件輸入輸出參數(shù)關(guān)系圖。

圖中，1表示水平底座，2表示梯度發(fā)生線圈、3表示水平連接桿、4表示氣泡水平儀A、5表示連接桿水平調(diào)節(jié)裝置、6表示光泵探頭安裝夾具、7表示激光測(cè)距儀、8表示精密電流源、9表示測(cè)控模塊、10表示氣泡水平儀B、11表示待測(cè)光泵探頭、12表示待測(cè)磁力儀主機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的介紹：

本發(fā)明所述的這種光泵磁力儀梯度容限測(cè)量裝置，主要包括水平底座1、梯度發(fā)生線圈2、水平連接桿3、氣泡水平儀4、連接桿水平調(diào)節(jié)裝置5、光泵探頭安裝夾具6、激光測(cè)距儀7、精密電流源8和測(cè)控模塊9；測(cè)控模塊9根據(jù)探頭位置、探頭尺寸、線圈匝數(shù)、線圈半徑這些預(yù)設(shè)參數(shù)計(jì)算產(chǎn)生特定磁梯度所需輸出的電流大小，并通過(guò)USB接口控制精密電流源8輸出特定電流給梯度發(fā)生線圈2；梯度發(fā)生線圈2安裝在水平底座1上并通過(guò)氣泡水平儀A4調(diào)節(jié)位置，梯度發(fā)生線圈2在周圍空間產(chǎn)生磁梯度；水平連接桿3上設(shè)有光泵探頭安裝夾具6，并通過(guò)氣泡水平儀A4、氣泡水平儀B和連接桿水平調(diào)節(jié)裝置5調(diào)節(jié)水平連接桿3與梯度發(fā)生線圈2軸線平行；待測(cè)光泵探頭11與待測(cè)磁力儀主機(jī)12相連并安裝在光泵探頭安裝夾具6(光泵探頭安裝夾具6可以通過(guò)探頭位置調(diào)節(jié)裝置來(lái)調(diào)節(jié))中，通過(guò)激光測(cè)距儀7測(cè)量梯度發(fā)生線圈2中心到待測(cè)光泵探頭11的距離。測(cè)控模塊9根據(jù)輸入?yún)?shù)包含線圈匝數(shù)N、線圈半徑R、探頭所在區(qū)域C(OA、r、OB)、設(shè)定梯度值dT₀，輸出參數(shù)包含輸出電流I、區(qū)域C內(nèi)實(shí)際梯度范圍dT₀、dT₁，最終保證區(qū)域C內(nèi)的實(shí)際磁梯度最小值大于等于dT₀。

圖1中，待測(cè)光泵探頭11和待測(cè)磁力儀主機(jī)12為待測(cè)光泵磁力儀。水平底座1完成梯度發(fā)生線圈2的水平固定，連桿水平調(diào)節(jié)裝置5、氣泡水平儀保證水平連接桿3處于水平面與線圈軸線平行，光泵探頭安裝夾具6完成待測(cè)光泵探頭11的安裝，激光測(cè)距儀7完成線圈中心至待測(cè)光泵探頭11的距離測(cè)量，測(cè)控模塊9根據(jù)探頭位置、探頭尺寸、線圈匝數(shù)、線圈半徑等預(yù)設(shè)參數(shù)計(jì)算產(chǎn)生設(shè)定磁梯度所需輸出的電流大小，并通過(guò)USB接口控制精密電流源8輸出特定電流，保證待測(cè)光泵探頭11所在區(qū)域的磁場(chǎng)梯度最小值大于設(shè)定磁梯度。

圖2為梯度容限測(cè)量實(shí)施步驟。其中，測(cè)量準(zhǔn)備完成相關(guān)儀器的連接；底座水平調(diào)節(jié)可以保證線圈的軸線為在水平面上；連接桿水平調(diào)節(jié)保證連接桿處于水平面，與線圈的軸線平行；將探頭固定在夾具上后，調(diào)整激光測(cè)距儀的光點(diǎn)至探頭，記錄下線圈中央至探頭的距離。測(cè)控模塊9可根據(jù)線圈匝數(shù)N、線圈半徑R、探頭所在區(qū)域(OA、r、OB)等預(yù)設(shè)參數(shù)計(jì)算產(chǎn)生特定磁梯度所需輸出的電流大小，并通過(guò)USB接口控制精密電流源8輸出特定電流I；在產(chǎn)生給定磁場(chǎng)梯度后，檢查磁力儀的工作狀態(tài)，如果工作正常則增加梯度后再次觀察磁力儀的工作狀態(tài)，若工作不正常則上一次的設(shè)定磁場(chǎng)梯度值即為待測(cè)磁力儀的梯度容限。

圖3為磁梯度計(jì)算模型。以線圈的中央O為坐標(biāo)原點(diǎn)，軸線方向?yàn)閆，鉛垂方向?yàn)閄，水平方向?yàn)閅，當(dāng)線圈匝數(shù)為N、線圈半徑R、供電電流為I時(shí)，由畢奧-薩伐爾定律可以計(jì)算出空間任意點(diǎn)(x,y,z)的磁場(chǎng)矢量為，

其中，μ₀為真空中的磁導(dǎo)率，θ為圍繞線圈一周的積分自變量。

總場(chǎng)B沿Z方向的梯度在探頭所在區(qū)域產(chǎn)生的梯度最小值為

圖4為測(cè)控軟件輸入輸出參數(shù)關(guān)系圖。測(cè)控軟件的輸入?yún)?shù)包含線圈匝數(shù)N、線圈半徑R、探頭所在區(qū)域C(OA、r、OB)、設(shè)定梯度值dT₀，輸出參數(shù)包含輸出電流I、區(qū)域C內(nèi)實(shí)際梯度范圍dT₀～dT₁，最終保證區(qū)域C內(nèi)的實(shí)際梯度最小值大于等于dT₀。

可以理解的是，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案及發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。