CPT磁力仪弱磁场探测技术研究

发布时间：2021-07-12 11:29

　　弱磁场探测技术作为研究磁体、分析物质构造及性质的重要手段,无论是在人类生存的地球环境,还是在科学探索的太空环境,弱磁场探测技术可能应用的范围都非常广泛。目前,国内外常见的磁力仪产品种类较多,它们应用在生物医学、地质资源探测、自然灾害预警、军事反潜、沉船打捞、材料无损检测、卫星地磁建模等领域。但它们各自受到精度高低、磁测范围、测量盲区、便携性等因素的影响,应用范围具有一定限制,如在数百n T弱磁场高精度测量、外星磁场建模、太空资源探测等领域。论文通过调研国内外现有磁力仪以及预研磁力仪,对比发现CPT磁力仪具有精度高、体积小、磁测范围的可调性等特点,研究它的弱磁测量特性将有望填补现状态技术瓶颈,发挥空间弱磁探测领域的应用优势。本文主要从以下几个方面展开。首先,针对CPT磁力仪所用工作介质⁸⁷Rb原子,分析在外磁场中⁸⁷Rb原子超精细能级的塞曼分裂及其跃迁选择定则,给出CPT磁力仪利用EIT微分信号测量磁感应强度的方法。然后,建立EIT信号线宽的理论模型和仿真模型,并分析相敏检波的解调原理、应用优势以及运用局限。随后,分析微波调频范围对磁力仪灵敏度... 

【文章来源】：中国运载火箭技术研究院北京市

【文章页数】：98 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 弱磁场测量需求
    1.2 国内外弱磁场测量技术发展现状
        1.2.1 磁通门磁力仪
        1.2.2 质子磁力仪
        1.2.3 光泵磁力仪
        1.2.4 SQUID磁力仪
        1.2.5 SERF磁力仪
        1.2.6 CPT磁力仪
        1.2.7 国内外弱磁测量总结概述
    1.3 论文主要内容及结构
    1.4 本章小结
2 CPT磁力仪理论基础
    2.1 碱金属原子性质
        2.1.1 铷原子性质
        2.1.2 铷原子能级结构
    2.2 铷原子在外磁场中运动
        2.2.1 原子磁矩与角动量
        2.2.2 塞曼效应
    2.3 CPT磁力仪原理
        2.3.1 CPT效应
        2.3.2 CPT磁力仪测磁方法
    2.4 本章小结
3 EIT信号线宽对CPT磁力仪弱磁测量影响
    3.1 EIT信号线宽理论模型
    3.2 EIT信号仿真模型
    3.3 相敏检波原理及分析
        3.3.1 相敏检波原理
        3.3.2 相敏检波法与直接微分法对比
        3.3.3 相敏检波法运用局限
    3.4 EIT信号分离条件
        3.4.1 微波调频范围对磁力仪灵敏度系数的影响
        3.4.2 弱磁场下EIT信号分离条件
        3.4.3 磁场测量与线宽的关系
    3.5 本章小结
4 CPT磁力仪系统搭建与测试
    4.1 实验平台
    4.2 光路系统
        4.2.1 激光器选型
        4.2.2 光学器件选择分析
    4.3 控制系统
        4.3.1 激光器控制原理
        4.3.2 原子气室温度控制
    4.4 系统测试
        4.4.1 光束圆偏振度检测
        4.4.2 光功率稳定性分析
        4.4.3 原子气室温度稳定性分析
    4.5 本章小结
5 CPT磁力仪实验及结果分析
    5.1 EIT信号线宽计算方法
    5.2 光功率对EIT信号线宽影响的实验及分析
    5.3 原子气室温度对EIT信号线宽影响的实验及分析
    5.4 缓冲气体压强对EIT信号线宽的实验及分析
    5.5 弱磁场测试
    5.6 本章小结
6 总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 主要创新点
    6.3 问题与展望
参考文献
攻读硕士学位期间论文和专利发表情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]氦光泵磁力仪探头设计和环路数字化研究[J]. 黄成功,顾建松,宗发保,张伟明,魏震.  地球物理学报. 2019(10)
[2]基于“张衡一号”卫星的GRO掩星载荷数据分析[J]. Y.Cheng,J.Lin,X.H.Shen,X.Wan,X.X.Li,W.J.Wang,程艳.  世界地震译丛. 2019(04)
[3]ZH-1卫星观测的VLF人工源信号特征分析与全波模拟[J]. 廖力,赵庶凡,申旭辉,汪枫,泽仁志玛,黄建平,张学民,欧阳新艳,鲁恒新.  地球物理学报. 2019(04)
[4]磁罗盘空间特性校准装置研究[J]. 李享,翟晶晶,程华富.  宇航计测技术. 2019(01)
[5]原子磁力仪的空间应用及发展趋势[J]. 寇军,康海霞,杨然,桑建芝,王学锋.  导航与控制. 2018(06)
[6]高分四号卫星在干旱遥感监测中的应用[J]. 聂娟,邓磊,郝向磊,刘明,贺英.  遥感学报. 2018(03)
[7]基于MATLAB洛伦兹线型非线性拟合算法实现[J]. 徐秀敏,张玉钧,何莹,尤坤,王立明,周毅,高彦伟,刘建国.  大气与环境光学学报. 2015(03)
[8]抽运光频率对全光Cs原子磁力仪灵敏度的影响[J]. 刘强,卓艳男,孙宇丹,付天舒.  激光与光电子学进展. 2014(04)
[9]两种非屏蔽SERF原子磁强计实现方法及其比较[J]. 董海峰,宣立峰,卓超,林宏波.  测试技术学报. 2012(06)
[10]微弱磁场测量仪研究近况[J]. 翟晶晶,李享.  电测与仪表. 2012(S1)



本文编号：3279829