CN102298122A - 光泵测量磁感应强度竖直分量的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种光泵测量磁感应强度竖直分量的装置及方法，采用光泵用于进行高灵敏度的磁感应强度测量，线圈系统用于磁场补偿。欲实现竖直分量的高灵敏度测量，只需通过补偿线圈将水平分量补偿到零值，测量光泵的输出即可。本发明具有灵敏度高、成本低廉、结构组合简单、操作方便的优点。光泵单线圈补偿法测量磁感应强度竖直分量的方法可达到优于0.1nT的分辨力。
Description
技术领域
本发明属于磁信号测量领域，具体涉及一种采用光泵单线圈补偿法测量磁感应强度的竖直分量的装置及测量方法。
背景技术
磁传感器广泛应用于石油探测、航空航天、地质勘探、水中兵器等领域，主要用来对铁磁性物体进行探测和用于磁场测量。不管是对磁源进行探测和定位，还是对地磁场的高精度测量，其对分辨力的要求越来越高，分辨力越高探测和定位越精准，测量也越精密。但是目前最常使用的矢量磁传感器基本都是基于磁通门原理的，其分辨力约为2nT左右。而目前的标量磁传感器—光泵磁传感器的分辨力则能够很容易的达到0.1nT，这就为磁场的高精度测量带来了希望。但是光泵是标量磁传感器，只能测量磁场的总场大小，不能测分量，但是在很多应用场合都需要知道磁场的分量信息，尤其是磁场的竖直分量。于是，如何利用光泵磁传感器来测量磁场的分量就具有很重要的工程应用价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用测量总场的高精度高分辨力光泵来测量磁场的竖直分量的方法及装置。
本发明的目的是这样实现的：一种光泵测量磁感应强度竖直分量的装置，包括光泵，线圈系统安装在水平转台上，线圈系统与精密电流源连接，通过电流源给光泵线圈系统供电，光泵的探头旋转在线圈系统的均匀区内。
所述的线圈系统采用方形亥姆赫兹线圈、圆形亥姆赫兹线圈或加莱特线圈。
一种光泵测量磁感应强度竖直分量的方法，包括以下步骤：
对轴：将线圈系统放置在水平转台上，将光泵的探头放置在线圈系统的均匀区内，然后用精密电源给线圈供电，初始电流大小可以在线圈系统能够承受的范围内任意选取，然后旋转水平转台，使光泵的输出值最小，这时表明线圈系统所产生的磁场的水平分量和地磁场所产生的水平分量在同一直线上，并且方向相反，此过程称之为对轴；
地磁场水平分量的补偿：对轴过程完成后，缓慢调节精密电流源，观察光泵的输出，由于光泵的输出= 
，当光泵的输出值减至最小时，表示补偿完毕，此时光泵的输出值就是磁感应强度的竖直分量。
本发明提供的测量磁感应强度竖直分量的装置及方法，其主要特点为高精度高分辨力测量，以高精度的测量总场的光泵为核心部件，以磁场线圈为补偿装置，可以实现磁感应强度竖直分量的测量，其测量精度可达到光泵的标称精度。本发明具有灵敏度高、成本低廉、结构组合简单、操作方便的优点。光泵单线圈补偿法测量磁感应强度竖直分量的方法可达到优于0.1nT的分辨力。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是采用本发明提供的方法测量磁感应强度的分辨力测试图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的结构是：一种测量磁感应强度竖直分量的装置，包括光泵2，线圈系统3安装在水平转台1上，线圈系统3与精密电流源4连接，通过电流源4给光泵2线圈系统3供电，光泵2的探头旋转在线圈系统的均匀区5内。所述的线圈系统3采用方形亥姆赫兹线圈、圆形亥姆赫兹线圈或加莱特线圈。也可采用其他形式的磁场线圈。
本发明的工作原理如下：光泵用于进行高灵敏度的磁感应强度测量，线圈系统用于磁场补偿。欲实现竖直分量的高灵敏度测量，只需通过补偿线圈将水平分量补偿到最小值，测量光泵的输出即可。补偿线圈系统的作用是产生磁场，以抵消环境磁场水平分量，使得该线圈均匀区处的磁场水平分量最小，即接近于零。
测量的具体步骤如下：
一种测量磁感应强度竖直分量的方法，包括以下步骤：
对轴：将线圈系统放置在水平转台上，将光泵的探头放置在线圈系统的均匀区内，然后用精密电源给线圈供电，初始电流大小可以在线圈系统能够承受的范围内任意选取，然后旋转水平转台，使光泵的输出值最小，这时表明线圈系统所产生的磁场的水平分量和地磁场所产生的水平分量在同一直线上，并且方向相反，即通过补偿线圈系统将水平分量补偿到“零值”，此过程称之为对轴；
地磁场水平分量的补偿：对轴过程完成后，缓慢调节精密电流源，观察光泵的输出，由于光泵的输出=
，当光泵的输出值减至最小时，表示补偿完毕，此时光泵的输出值就是磁感应强度的竖直分量。
以某次的实际测量为例：先将磁场的水平分量补偿到零值，此时光泵的输出就是磁场的竖直分量（参见说明书附图中的图2），取其一个磁场数据为36554.32nT；然后给竖直方向施加0.13nT的微弱磁场，此时光泵的输出变为36554.19nT，光泵的输出变化量为0.13nT，与线圈施加的磁场数值吻合。
由图2中的测试结果可以看出：光泵单线圈补偿法测量磁感应强度竖直分量的方法可达到优于0.1nT的分辨力。
Claims (3)
1.一种光泵测量磁感应强度竖直分量的装置，包括光泵（2），其特征在于：线圈系统（3）安装在水平转台（1）上，线圈系统（3）与精密电流源（4）连接，通过电流源（4）给光泵（2）线圈系统（3）供电，光泵（2）的探头旋转在线圈系统的均匀区（5）内。
2.根据权利要求1所所述的光泵测量磁感应强度竖直分量的装置，其特征在于：所述的线圈系统采用方形亥姆赫兹线圈、圆形亥姆赫兹线圈或加莱特线圈。
3.一种光泵测量磁感应强度竖直分量的方法，其特征在于：包括以下步骤：
对轴：将线圈系统放置在水平转台上，将光泵的探头放置在线圈系统的均匀区内，然后用精密电源给线圈供电，初始电流大小可以在线圈系统能够承受的范围内任意选取，然后旋转水平转台，使光泵的输出值最小，这时表明线圈系统所产生的磁场的水平分量和地磁场所产生的水平分量在同一直线上，并且方向相反，此过程称之为对轴；
地磁场水平分量的补偿：对轴过程完成后，缓慢调节精密电流源，观察光泵的输出，由于光泵的输出= 
，当光泵的输出值减至最小时，表示补偿完毕，此时光泵的输出值就是磁感应强度的竖直分量。
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