磁场稳定性对原子重力仪精密测量的影响

发布时间：2017-08-18 16:30

  本文关键词：磁场稳定性对原子重力仪精密测量的影响

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【摘要】：自1991年第一台冷原子重力仪问世以来,高精度原子重力仪的研制一直是冷原子领域研究的重点。由于二阶塞曼效应的存在,当外界环境磁场发生变化时,会在系统中引入相位噪声,同时地磁场的长漂也限制了冷原子重力仪绝对精度的提高。另外,干涉区环境磁场的稳定性和均匀性也会影响原子的相干特性,降低原子干涉条纹的对比度。目前,国际上大部分课题组采用坡莫合金对磁场进行屏蔽的方法来屏蔽地球磁场,减少环境磁场的干扰,提高C场的均匀性。本课题拟以提高重力加速度测量的精度为目标,通过磁场补偿和磁场锁定的方法,解决二阶塞曼效应对干涉相位的影响,通过将干涉区某个特定位置的磁场进行实时测量和反馈锁定以减少重力加速度测量的噪声。本论文首先分析了原子重力仪中的磁场系统,分析计算了二阶塞曼效应带来的系统误差和引入的相位噪声。接着针对原子重力仪实验,根据控制理论设计磁场锁定方案的框架,详细介绍了磁场探测系统、PID控制系统、选通系统、数字处理系统以及可控电流源五个模块的设计方案及其研制。然后根据磁场锁定的结果,分析了环境磁场引起的二阶塞曼效应对原子干涉条纹的相位影响,对比了磁场锁定前后二阶塞曼频移的变化以及对原子重力仪测量精度的影响。磁场锁定前相移为40mrad(约为100uGal),锁定后可以减小到10mrad(约为25uGal)。最后进一步对整个磁场锁定系统给出了将来的改进方案。
【关键词】：原子重力仪 二阶塞曼效应 相位噪声 磁场锁定
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH761.5;O431.2
【目录】：

• 致谢6-7
• 摘要7-8
• Abstract8-11
• 1. 绪论11-18
• 1.1. 重力仪的研究与应用11-13
• 1.2. 原子重力磁场解决方案研究现状13-16
• 1.3. 本文的研究目的和意义16-18
• 2. 磁场对原子重力精密测量的噪声分析18-27
• 2.1. 原子重力仪系统简述18-20
• 2.2. 原子重力仪磁场系统20-21
• 2.3. 磁场对重力测量结果的影响分析21-27
• 3. 磁场锁定方案设计27-33
• 3.1. 自动控制系统的基本原理27-29
• 3.2. PID控制系统的基本控制规律29-31
• 3.3. 磁场稳定方案简述31-33
• 4. 磁场锁定软硬件的研制33-51
• 4.1. 磁场探测系统33-37
• 4.2. PID控制系统37-41
• 4.3. 数字选通模块41-43
• 4.4. 数字处理系统43-49
• 4.4.1. A/D数模转换电路43-44
• 4.4.2. D/A数模转换电路44-46
• 4.4.3. 锁存器46-48
• 4.4.4. 数字处理系统小结48-49
• 4.5. 可控电流源49-51
• 5. 磁场稳定性实验测试与结果分析51-54
• 5.1. 磁场稳定性结果分析51-52
• 5.2. 磁场锁定对原子重力仪精密测量的影响分析52-54
• 6. 总结与展望54-56
• 7. 参考文献56-58

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 周子超;魏荣;史春艳;李唐;王育竹;;Magnetic field measurement based on a stimulated two-photon Raman transition[J];Chinese Physics B;2011年03期

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本文编号：695585