本發(fā)明屬于磁場(chǎng)測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種大動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍、高磁場(chǎng)采樣率和靈敏度的銣原子磁力儀及其磁場(chǎng)測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

在磁場(chǎng)測(cè)量領(lǐng)域，測(cè)量儀器的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍、磁場(chǎng)采樣率、靈敏度是三項(xiàng)重要的指標(biāo)。目前國際上出現(xiàn)了mz和mx模式的光泵磁力儀(opticalpumpingmagnetometer,opm)、相干布居囚禁(coherentpopulationtrapping,cpt)磁力儀、非線性磁光旋轉(zhuǎn)(nonlinearmagneto-opticalrotation,nmor)磁力儀、無自旋交換弛豫(spin-exchangerelaxationfree,serf)磁力儀等多種原子磁力儀，文獻(xiàn)“劉國賓，孫獻(xiàn)平，顧思洪，馮繼文，周欣.高靈敏度原子磁力計(jì)研究進(jìn)展.物理，2012,41:803”綜述了上述幾種原子磁力儀的國內(nèi)外進(jìn)展。其中，nmor原子磁力儀兼具有高靈敏度和快速響應(yīng)的特點(diǎn)，與其他原子磁力儀相比在實(shí)際應(yīng)用中更具有優(yōu)勢(shì)，而動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍小之前被認(rèn)為是nmor磁力儀的重要缺點(diǎn)。美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(nist)的kitching小組在頻率調(diào)制單光束nmor原子磁力儀的基礎(chǔ)上采用數(shù)字鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率的自動(dòng)跟蹤鎖定，實(shí)現(xiàn)了35nt～35000nt的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍。國內(nèi)國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制了nmor銣原子磁力儀，測(cè)量范圍為±60nt，靈敏度達(dá)到1pt/hz^1/2，具體參考文獻(xiàn)“丁志超,李瑩穎,汪之國,楊開勇,袁杰.基于法拉第旋轉(zhuǎn)檢測(cè)的銣原子磁力儀研究.中國激光,2015,42:0408003”。另外，文獻(xiàn)“董浩斌，張昌達(dá).量子磁力儀再評(píng)說.工程地球物理學(xué)報(bào),2010,7(4):460-470”介紹了目前國內(nèi)外量子磁力儀的進(jìn)展情況。我國國土資源航空物探遙感中心研制的航空氦光泵磁力儀(hc-2000)，測(cè)量范圍為35000nt～65000nt，磁場(chǎng)采樣率可在1～15hz內(nèi)自行調(diào)整，靈敏度達(dá)到3.0pt/hz^1/2。杭州瑞聲海洋儀器有限公司推出的rs-hgb4b型航空氦光泵磁力儀，測(cè)量范圍為35000nt～70000nt，采樣率為0.2～10hz，靜態(tài)噪聲≤0.01nt?？傮w來說，國內(nèi)原子磁力儀的研制還處于起步階段，原子磁力儀在靈敏度、測(cè)量范圍、磁場(chǎng)采樣率等指標(biāo)上還有很大的提升空間。

國外的若干磁力儀產(chǎn)品動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍大、磁場(chǎng)采樣率高、靈敏度高，如核工業(yè)航測(cè)遙感中心引進(jìn)加拿大scintrex公司生產(chǎn)的cs-3光泵磁力儀，測(cè)量范圍為15000nt～105000nt，靈敏度為0.6pt/hz^1/2rms，其采樣率可選1hz、10hz、100hz。加拿大gem系統(tǒng)公司生產(chǎn)的gsmp-30型航空鉀磁力儀測(cè)量范圍為20000nt～100000nt，靈敏度為0.7pt/hz^1/2@1hz，磁場(chǎng)采樣率為1、5、10、20hz。美國geometrics公司最新推出了g-824a型航空銫磁力儀，測(cè)量范圍為20000nt～100000nt，靈敏度小于0.2pt/hz^1/2rms，磁場(chǎng)采樣率可達(dá)到1000hz，然而中國進(jìn)口這種磁力儀需要得到美國出口許可，國內(nèi)在軍工領(lǐng)域很難獲得這種磁力儀。

高性能的磁力儀可應(yīng)用于地磁匹配導(dǎo)航、軍事磁異反潛、礦產(chǎn)資源勘探、空間磁場(chǎng)探測(cè)等。本發(fā)明基于非線性磁光旋轉(zhuǎn)原理，結(jié)合時(shí)序控制和跟蹤式鎖頻控制，提供了一種大動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍、高磁場(chǎng)采樣率、高靈敏度的銣原子磁力儀，在磁場(chǎng)測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)若干指標(biāo)方面填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種銣原子磁力儀及其磁場(chǎng)測(cè)量方法，基于非線性磁光旋轉(zhuǎn)原理，結(jié)合時(shí)序控制和跟蹤式鎖頻控制，實(shí)現(xiàn)了大動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍、高磁場(chǎng)采樣率和高靈敏度。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明具體方法如下：

一種銣原子磁力儀，包括銣原子磁力儀物理部分、dsp時(shí)序控制模塊、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算單元；

dsp時(shí)序控制模塊，用于根據(jù)時(shí)序組合控制銣原子磁力儀物理部分中聲光調(diào)制器aom、射頻信號(hào)源的開關(guān)；還根據(jù)時(shí)序組合控制數(shù)據(jù)采集卡的采集觸發(fā)；

計(jì)算單元利用數(shù)據(jù)采集卡接收的銣原子拉莫爾進(jìn)動(dòng)自由弛豫信號(hào)快速傅里葉變換出拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率f，繼而計(jì)算出外磁場(chǎng)值；計(jì)算單元中具有低磁場(chǎng)采樣率模塊和高磁場(chǎng)采樣率模塊，計(jì)算單元根據(jù)待測(cè)磁場(chǎng)的動(dòng)態(tài)范圍，測(cè)量前選擇高磁場(chǎng)采樣率模塊或低磁場(chǎng)采樣率模塊，以及在選擇低磁場(chǎng)采樣率模塊時(shí)設(shè)定是否采用跟蹤式鎖頻工作模式，被選定的高磁場(chǎng)采樣率模塊或低磁場(chǎng)采樣率模塊執(zhí)行自身工作流程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，并輸出外磁場(chǎng)值；

計(jì)算單元通過設(shè)定dsp時(shí)序控制模塊的時(shí)序組合，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)采樣率n的設(shè)定。

優(yōu)選地，所述時(shí)序組合的時(shí)序配合關(guān)系為：aom的開關(guān)周期為t＝1/n，開啟時(shí)間為t1；射頻信號(hào)源在aom關(guān)閉的時(shí)候開啟，開啟時(shí)間為t2；數(shù)據(jù)采集卡在射頻信號(hào)源關(guān)閉的時(shí)候觸發(fā)數(shù)據(jù)采集。

優(yōu)選地，計(jì)算單元采用labview軟件編程實(shí)現(xiàn)，其界面包括低磁場(chǎng)采樣率模塊和高磁場(chǎng)采樣率模塊，其中低磁場(chǎng)采樣率模塊可選擇射頻信號(hào)源輸出頻率是否采用跟蹤式鎖頻。

優(yōu)選地，所述低磁場(chǎng)采樣率模塊，用于控制數(shù)據(jù)采集卡采集一次銣原子磁力儀工作過程中射頻信號(hào)源關(guān)閉后的銣原子拉莫爾進(jìn)動(dòng)自由弛豫信號(hào)，對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，獲得拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率f，根據(jù)該拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率f計(jì)算出一個(gè)磁場(chǎng)值并輸出；

該所述低磁場(chǎng)采樣率模塊還根據(jù)運(yùn)行前預(yù)先設(shè)定的原子磁力儀是否工作于跟蹤式鎖頻模式進(jìn)行射頻信號(hào)源的頻率控制：在選定跟蹤式鎖頻模式時(shí)，低磁場(chǎng)采樣率模塊將計(jì)算獲得的拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率f發(fā)送給射頻信號(hào)源，用于改變射頻信號(hào)源的輸出頻率，然后重新控制數(shù)據(jù)采集卡采集下一次磁力儀工作過程中射頻信號(hào)源關(guān)閉后的銣原子拉莫爾進(jìn)動(dòng)自由弛豫信號(hào)，進(jìn)行循環(huán)處理；該情況下磁場(chǎng)采樣率n設(shè)定小于或等于20hz；當(dāng)不選定跟蹤式鎖頻模式時(shí)，射頻信號(hào)源的輸出頻率為定值，該情況下磁場(chǎng)采樣率n在1hz～100hz范圍內(nèi)可調(diào)，用于測(cè)量大于5000nt的某一恒定磁場(chǎng)附近的磁場(chǎng)波動(dòng)；

高磁場(chǎng)采樣率模塊工作時(shí)，射頻信號(hào)源的輸出頻率為定值；高磁場(chǎng)采樣率模塊用于控制數(shù)據(jù)采集卡采集一秒內(nèi)n次磁力儀工作過程產(chǎn)生的信號(hào)數(shù)據(jù)；在采集數(shù)據(jù)中截取第i次磁力儀工作過程中射頻信號(hào)源關(guān)閉后的銣原子磁矩拉莫爾進(jìn)動(dòng)自由弛豫信號(hào)；對(duì)該自由弛豫信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，獲得拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率f，并進(jìn)一步計(jì)算外磁場(chǎng)值并輸出；令i依次遍歷1～n，直到輸出n個(gè)外磁場(chǎng)值；然后重新控制數(shù)據(jù)采集卡采集一秒內(nèi)n次磁力儀工作過程產(chǎn)生的信號(hào)數(shù)據(jù)，進(jìn)行循環(huán)處理；該情況下磁場(chǎng)采樣率可在100hz～1000hz范圍內(nèi)可調(diào)，用于測(cè)量大于5000nt的某一恒定磁場(chǎng)附近的磁場(chǎng)波動(dòng)。

優(yōu)選地，銣原子磁力儀物理部分包括抽運(yùn)激光器及其穩(wěn)頻系統(tǒng)、aom、λ/4玻片、探測(cè)激光器、偏振片、射頻磁場(chǎng)線圈、銣泡加熱模塊、銣泡、偏振分光棱鏡pbs、兩個(gè)光電探測(cè)器、差分放大電路和射頻信號(hào)源；

外磁場(chǎng)方向與抽運(yùn)光方向平行，抽運(yùn)激光器及其穩(wěn)頻系統(tǒng)產(chǎn)生的抽運(yùn)激光經(jīng)過aom和1/4玻片，形成圓偏振光作用在銣泡上；通過aom的開關(guān)控制，令抽運(yùn)激光作用一段時(shí)間t1后關(guān)閉，開啟射頻信號(hào)源給射頻磁場(chǎng)線圈輸入設(shè)定時(shí)長t2的射頻正弦信號(hào)，驅(qū)動(dòng)銣泡內(nèi)的銣原子磁矩進(jìn)動(dòng)到與外磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)；探測(cè)激光器產(chǎn)生的探測(cè)激光經(jīng)過偏振片，成為線偏振光穿過銣泡，再通過pbs分成兩路，分別通過兩個(gè)光電探測(cè)器，然后進(jìn)入差分放大電路，經(jīng)過差分放大輸出銣原子磁矩繞外磁場(chǎng)的拉莫爾進(jìn)動(dòng)信號(hào)。

優(yōu)選地，銣泡加熱模塊結(jié)構(gòu)件采用無磁性的聚四氟乙烯材料，加熱方式為交流無磁加熱；在銣原子磁力儀工作時(shí)銣泡溫度為100℃。

優(yōu)選地，數(shù)據(jù)采集卡采用美國ni公司的pci-5922數(shù)據(jù)采集卡。

本發(fā)明還提供了一種采用上述銣原子磁力儀的磁場(chǎng)測(cè)量方法，包括如下步驟：

步驟一、分別啟動(dòng)抽運(yùn)激光器及其穩(wěn)頻系統(tǒng)、aom、探測(cè)激光器、銣泡加熱模塊、差分放大電路、計(jì)算單元、dsp時(shí)序控制模塊、射頻信號(hào)源，等待銣泡加熱模塊溫度穩(wěn)定；

步驟二、設(shè)定抽運(yùn)激光器及其穩(wěn)頻系統(tǒng)工作于⁸⁷rb的d1線躍遷頻率上，設(shè)定探測(cè)激光器頻率比⁸⁷rb的d1線躍遷頻率紅外失諧4ghz；

步驟三、待測(cè)磁場(chǎng)的方向與抽運(yùn)光方向平行；將射頻磁場(chǎng)線圈、銣泡加熱模塊、銣泡置于含待測(cè)磁場(chǎng)線圈的磁屏蔽桶內(nèi)，調(diào)節(jié)磁屏蔽桶內(nèi)待測(cè)磁場(chǎng)線圈的輸入電流值可改變待測(cè)磁場(chǎng)大?。?/p>

步驟四、計(jì)算單元通過設(shè)定dsp時(shí)序控制模塊的時(shí)序組合，分別設(shè)定原子磁力儀的工作周期、aom控制的抽運(yùn)光作用時(shí)長、射頻信號(hào)源控制的射頻場(chǎng)作用時(shí)長、以及數(shù)據(jù)采集卡的采集觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)原子磁力儀的磁場(chǎng)采樣率n的設(shè)定；

步驟五、計(jì)算單元根據(jù)外界選定的高磁場(chǎng)采樣率模塊或低磁場(chǎng)采樣率模塊，以及在選擇低磁場(chǎng)采樣率模塊時(shí)設(shè)定的是否采用跟蹤式鎖頻工作模式，執(zhí)行相應(yīng)的工作流程分支實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，并輸出磁場(chǎng)值。

有益效果

本發(fā)明基于非線性磁光旋轉(zhuǎn)原理，結(jié)合時(shí)序控制和跟蹤式鎖頻控制，實(shí)現(xiàn)了大動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍、高磁場(chǎng)采樣率和高靈敏度。具體來說：

(1)目前國內(nèi)光泵磁力儀磁場(chǎng)測(cè)量范圍基本在30000nt～70000nt，本發(fā)明的原子磁力儀磁場(chǎng)測(cè)量范圍可達(dá)到100nt～100000nt，有效拓寬了磁力儀的測(cè)量范圍。

(2)目前國內(nèi)磁力儀的磁場(chǎng)采樣率大多在20hz以下，本發(fā)明的原子磁力儀在測(cè)量5000nt～100000nt范圍內(nèi)磁場(chǎng)時(shí)，磁場(chǎng)采樣率可在1hz～1000hz范圍內(nèi)可調(diào)(注：磁場(chǎng)采樣率大于20hz不能采用跟蹤式鎖頻控制，射頻源輸出頻率為定值，適用于測(cè)量某一恒定磁場(chǎng)附近±1000nt范圍內(nèi)的磁場(chǎng)波動(dòng))，填補(bǔ)了國內(nèi)在磁場(chǎng)測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)高磁場(chǎng)采樣率技術(shù)的空白。

(3)目前國內(nèi)磁力儀的靈敏度在3.0pt/hz^1/2附近，本發(fā)明的原子磁力儀測(cè)量500nt磁場(chǎng)時(shí)，設(shè)定磁場(chǎng)采樣率為10hz，原子磁力儀靈敏度指標(biāo)達(dá)到0.2pt/hz^1/2@1hz(噪聲功率譜密度)。

(4)本發(fā)明是基于非線性磁光旋轉(zhuǎn)原理的雙光束銣原子磁力儀，與目前單光束光泵磁力儀相比，它對(duì)突變外磁場(chǎng)的跟蹤鎖定能力更強(qiáng)。例如跟蹤式光泵磁力儀通過快速改變射頻場(chǎng)頻率尋找磁共振點(diǎn)，使透過銣泡的光強(qiáng)始終保持最弱，即跟蹤式鎖頻。為了獲得高靈敏度，銣光泵磁力儀要求銣泡的線寬必須要小，然而當(dāng)外磁場(chǎng)變化很快時(shí)，跟蹤式光泵磁力儀的輸出可能滯后許多，磁力儀會(huì)失鎖，產(chǎn)生與外磁場(chǎng)無關(guān)的數(shù)據(jù)(論述詳見“董浩斌，張昌達(dá).量子磁力儀再評(píng)說.工程地球物理學(xué)報(bào),2010,7(4):460-470”)。本發(fā)明描述的基于非線性磁光旋轉(zhuǎn)原理的雙光束銣原子磁力儀在外磁場(chǎng)突變10000nt時(shí)可瞬時(shí)跟蹤鎖定。

附圖說明

圖1是本發(fā)明銣原子磁力儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖中：1－抽運(yùn)激光器及其穩(wěn)頻系統(tǒng)，2－聲光調(diào)制器(aom)，3－λ/4玻片，4－探測(cè)激光器，5－偏振片，6－射頻磁場(chǎng)線圈，7－銣泡加熱模塊，8－銣泡，9－偏振分光棱鏡(pbs)，10、11－光電探測(cè)器，12－差分放大電路，13－計(jì)算單元(計(jì)算機(jī))，14－pci-5922數(shù)據(jù)采集卡，15－dsp時(shí)序控制模塊，16－射頻信號(hào)源。

圖2是原子磁力儀動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍、以及對(duì)突變磁場(chǎng)的跟蹤鎖定能力。

圖中：(a)部分表示原子磁力儀測(cè)量范圍為100nt～100000nt。(b)和(c)部分表示原子磁力儀對(duì)10000nt突變磁場(chǎng)的跟蹤鎖定能力。以上三幅圖的測(cè)量都采用了跟蹤式鎖頻模式。

圖3是原子磁力儀工作時(shí)的時(shí)序示意圖及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

圖中：(a)部分表示原子磁力儀時(shí)序示意圖，圖中標(biāo)出了原子磁力儀的工作周期t、抽運(yùn)激光作用時(shí)長為t1、射頻磁場(chǎng)作用時(shí)長為t2；pci-5922采集卡在射頻場(chǎng)作用時(shí)序的下降沿觸發(fā)數(shù)據(jù)采集。(b)部分表示在10000nt磁場(chǎng)環(huán)境下獲得的數(shù)據(jù)，在工作時(shí)序中：t＝10ms，t1＝3ms，t2＝0.1ms，該時(shí)序磁場(chǎng)采樣率為100hz。(c)是(b)中部分?jǐn)?shù)據(jù)的放大。

圖4是設(shè)定射頻磁場(chǎng)作用時(shí)長t2的過程。

圖中：(a)部分是在外磁場(chǎng)10000nt的條件下，先設(shè)定原子磁力儀工作周期為20ms，抽運(yùn)光作用時(shí)長為3ms，射頻場(chǎng)作用時(shí)長為10ms，射頻信號(hào)源16輸出正弦信號(hào)頻率為70khz，之后調(diào)節(jié)射頻信號(hào)源16輸出正弦信號(hào)的振幅，以π/2脈沖時(shí)間確定射頻場(chǎng)作用時(shí)長(圖中調(diào)節(jié)至0.1ms)。(b)部分是設(shè)定原子磁力儀工作周期為20ms，抽運(yùn)光作用時(shí)長為3ms，射頻場(chǎng)作用時(shí)長為0.1ms后得到的銣原子磁矩進(jìn)動(dòng)弛豫信號(hào)。

圖5是獲得100hz(含)以下的低磁場(chǎng)采樣率模塊的labview工作流程圖。當(dāng)流程中選擇頻率跟蹤鎖定時(shí)，labview實(shí)時(shí)控制射頻信號(hào)源16的輸出頻率。

圖6是獲得100hz以上高磁場(chǎng)采樣率模塊的labview工作流程圖。

圖7是原子磁力儀以1000hz磁場(chǎng)采樣率采集及處理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖中：(a)部分表示以圖6的工作流程進(jìn)行一次循環(huán)采集的部分?jǐn)?shù)據(jù)，在20ms時(shí)間內(nèi)原子磁力儀有20個(gè)工作周期，即磁場(chǎng)采樣率為1000hz；(b)部分表示在一次測(cè)量過程中的時(shí)序：抽運(yùn)光作用0.3ms，射頻場(chǎng)作用0.1ms，磁矩繞外磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng)的自由弛豫時(shí)間為0.6ms；(c)部分表示對(duì)100hz正弦交變磁場(chǎng)的測(cè)量結(jié)果，交變磁場(chǎng)范圍為10000nt±100nt。

圖8是原子磁力儀以1000hz磁場(chǎng)采樣率測(cè)量交變磁場(chǎng)的測(cè)試結(jié)果。

圖中：(a)、(b)、(c)部分分別是測(cè)量10000nt±1nt、10000nt±10nt、10000nt±1000nt磁場(chǎng)范圍內(nèi)100hz正弦交變磁場(chǎng)的結(jié)果；(d)為測(cè)量10000nt±100nt磁場(chǎng)范圍內(nèi)500hz方波交變磁場(chǎng)的結(jié)果。

圖9是外磁場(chǎng)為500nt時(shí)原子磁力儀靈敏度的測(cè)試結(jié)果。

圖中：(a)部分是銣原子磁矩繞外磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng)的自由弛豫信號(hào)；(b)是(a)的傅里葉變換，曲線擬合可獲得拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率；(c)部分表示labview數(shù)據(jù)采集和處理軟件以10hz磁場(chǎng)采樣率得到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，環(huán)境磁場(chǎng)約為500.4nt，插圖顯示原子磁力儀的磁場(chǎng)分辨率為0.1pt；(d)部分表示噪聲功率譜密度，顯示原子磁力儀在1hz頻點(diǎn)靈敏度約為0.2pt/hz^1/2。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例。

圖1為本發(fā)明大動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍、高磁場(chǎng)采樣率、高靈敏度的銣原子磁力儀，其包括銣原子磁力儀物理部分、dsp時(shí)序控制模塊15、數(shù)據(jù)采集卡14和計(jì)算單元13。

銣原子磁力儀物理部分具體包括抽運(yùn)激光器及其穩(wěn)頻系統(tǒng)1、聲光調(diào)制器(aom)2、λ/4玻片3、探測(cè)激光器4、偏振片5、射頻磁場(chǎng)線圈6、銣泡加熱模塊7、銣泡8、偏振分光棱鏡(pbs)9、兩個(gè)光電探測(cè)器10和11、差分放大電路12和射頻信號(hào)源16。其中，銣泡8設(shè)置在銣泡加熱模塊7內(nèi)部。射頻磁場(chǎng)線圈6為亥姆霍茲線圈，銣泡加熱模塊7置于亥姆霍茲線圈中心。

原子磁力儀工作的物理過程是：

外磁場(chǎng)方向與抽運(yùn)光方向平行，從抽運(yùn)激光器及其穩(wěn)頻系統(tǒng)1出來的795nm抽運(yùn)激光經(jīng)過聲光調(diào)制器(aom)2和1/4玻片3，形成圓偏振光作用在銣泡8上，將銣原子磁矩抽運(yùn)在外磁場(chǎng)方向；通過aom2的開關(guān)控制，令抽運(yùn)激光作用一段時(shí)間t1后關(guān)閉，開啟射頻信號(hào)源16給射頻磁場(chǎng)線圈6輸入設(shè)定時(shí)長t2的射頻正弦信號(hào)，驅(qū)動(dòng)銣泡8內(nèi)的銣原子磁矩進(jìn)動(dòng)到與外磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)；探測(cè)激光器4產(chǎn)生的探測(cè)激光經(jīng)過偏振片5，成為線偏振光穿過銣泡8，再通過pbs9分成兩路，分別被兩個(gè)光電探測(cè)器10和11接收，經(jīng)過差分放大電路12放大輸出銣原子磁矩的拉莫爾進(jìn)動(dòng)信號(hào)。

dsp時(shí)序控制模塊控制aom、射頻信號(hào)源和數(shù)據(jù)采集卡的工作時(shí)序。計(jì)算單元13利用數(shù)據(jù)采集卡14接收的銣原子磁矩拉莫爾進(jìn)動(dòng)信號(hào)快速傅里葉變換變換出拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率f，繼而計(jì)算出外磁場(chǎng)值。

本發(fā)明的四個(gè)重要區(qū)別在于：

1、加入了dsp時(shí)序控制模塊15的時(shí)序控制，以實(shí)現(xiàn)原子磁力儀的物理工作過程，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了原子磁力儀磁場(chǎng)采樣率可變。

現(xiàn)有技術(shù)中絕大多數(shù)的銣原子磁力儀不需要時(shí)序控制，即不需要對(duì)aom2、射頻信號(hào)源16和數(shù)據(jù)采集卡14進(jìn)行開關(guān)控制，只需要采集數(shù)據(jù)并處理即可。原因在于，這些技術(shù)關(guān)注于磁力儀某一方面的研究內(nèi)容，或者測(cè)量原理的實(shí)現(xiàn)方法與本發(fā)明不同，而本發(fā)明必須要進(jìn)行時(shí)序控制。時(shí)序控制中射頻信號(hào)源關(guān)閉后有一段原子磁矩進(jìn)動(dòng)自由弛豫信號(hào)，這段時(shí)間內(nèi)射頻場(chǎng)和抽運(yùn)光都是關(guān)閉的狀態(tài)，避免了它們對(duì)原子磁矩進(jìn)動(dòng)信號(hào)的影響，計(jì)算單元13截取這段信號(hào)后處理出外磁場(chǎng)值。計(jì)算單元13可設(shè)定dsp時(shí)序控制模塊15的時(shí)序組合，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)采樣率n的設(shè)定，從而實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)采樣率的可變。

2、采用基于非線性磁光旋轉(zhuǎn)原理的抽運(yùn)-檢測(cè)型雙光束測(cè)量方法。

文獻(xiàn)“劉國賓，孫獻(xiàn)平，顧思洪，馮繼文，周欣.高靈敏度原子磁力計(jì)研究進(jìn)展.物理，2012,41:803”中詳述了國外nmor原子磁力儀的進(jìn)展，為了解決nmor磁力儀動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍小的缺點(diǎn)，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(nist)的kitching小組在頻率調(diào)制的單光束nmor原子磁力儀基礎(chǔ)上采用數(shù)字鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率的自動(dòng)跟蹤鎖定，實(shí)現(xiàn)了35nt～35000nt的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍，具體詳見參考文獻(xiàn)“schwindtpdd,hollbergl,kitchingj.self-oscillatingrubidiummagnetometerusingnonlinearmagneto-opticalrotation.reviewofscientificinstruments,2005,76:126103”。與ktiching小組基于頻率調(diào)制的單光束nmor原子磁力儀不同，本發(fā)明采用抽運(yùn)-檢測(cè)型雙光束測(cè)量方法，通過測(cè)量銣原子磁矩在外磁場(chǎng)中的拉莫爾進(jìn)動(dòng)信號(hào)來快速傅里葉變換出拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率。國防科技大學(xué)也研究了基于非線性磁光旋轉(zhuǎn)原理的抽運(yùn)-檢測(cè)型雙光束測(cè)量方法，但與本發(fā)明內(nèi)容中測(cè)量方法、數(shù)據(jù)采集及處理方法不同，具體可參考文獻(xiàn)“丁志超,李瑩穎,汪之國,楊開勇,袁杰.基于法拉第旋轉(zhuǎn)檢測(cè)的銣原子磁力儀研究.中國激光,2015,42:0408003”，以及文獻(xiàn)“汪之國，羅暉，樊振方，謝元平.極化檢測(cè)型銣原子磁力儀的研究.物理學(xué)報(bào),2016,21:210702”。

3、數(shù)據(jù)采集卡14采用高速率的數(shù)據(jù)采集卡，以提高數(shù)據(jù)采樣率。

本發(fā)明原子磁力儀工作時(shí)需測(cè)量原子磁矩繞外磁場(chǎng)的拉莫爾進(jìn)動(dòng)信號(hào)，并由該信號(hào)快速傅里葉變換出拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率。因此，本發(fā)明需要使用快速采樣的數(shù)據(jù)采集卡，在高磁場(chǎng)采樣率下能夠獲得足夠多的數(shù)據(jù)處理出高精度的外磁場(chǎng)值。

4、本發(fā)明針對(duì)大動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍和高磁場(chǎng)采樣率兩方面內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此計(jì)算單元13中包括了低磁場(chǎng)采樣率模塊和高磁場(chǎng)采樣率模塊，其中低磁場(chǎng)采樣率模塊可選擇射頻信號(hào)源16輸出頻率是否采用跟蹤式鎖頻。當(dāng)要實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍時(shí)選擇低磁場(chǎng)采樣率模塊的跟蹤式鎖頻模式運(yùn)行測(cè)量流程，磁場(chǎng)采樣率小于20hz(含)；當(dāng)要測(cè)量大于5000nt的某一恒定磁場(chǎng)附近小動(dòng)態(tài)范圍的磁場(chǎng)波動(dòng)時(shí)，通過設(shè)定dsp時(shí)序組合和數(shù)據(jù)采集及處理的流程循環(huán)方式，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)采樣率在1hz～1000hz范圍內(nèi)可調(diào)。

根據(jù)上述四個(gè)特點(diǎn)，本發(fā)明數(shù)據(jù)采集卡14、dsp時(shí)序控制模塊15和計(jì)算單元13的設(shè)計(jì)方案為：

數(shù)據(jù)采集卡14采用美國ni公司的pci-5922型號(hào)的數(shù)據(jù)采集卡，擁有目前市場(chǎng)上最高的分辨率和最高動(dòng)態(tài)范圍，可在24位500ks/s到16位15ms/s之間的任何一點(diǎn)進(jìn)行采樣。

dsp時(shí)序控制模塊15根據(jù)時(shí)序組合，給aom2、射頻信號(hào)源16和pci-5922數(shù)據(jù)采集卡14輸入電平觸發(fā)信號(hào)，分別控制作用于銣泡8的抽運(yùn)激光開或關(guān)、射頻磁場(chǎng)開或關(guān)以及pci-5922數(shù)據(jù)采集卡14的采集觸發(fā)。該時(shí)序組合的時(shí)序配合關(guān)系為：aom2的開關(guān)周期為t＝1/n，開啟時(shí)間為t1；射頻信號(hào)源16在aom2關(guān)閉的時(shí)候開啟，開啟時(shí)間為t2；數(shù)據(jù)采集卡14在射頻信號(hào)源16關(guān)閉的時(shí)候觸發(fā)數(shù)據(jù)采集，如圖3所示。aom2打開狀態(tài)使銣原子磁矩被極化到與外磁場(chǎng)平行的方向上；射頻信號(hào)源16作用時(shí)間內(nèi)使銣原子磁矩進(jìn)動(dòng)到與外磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)；數(shù)據(jù)采集卡14在射頻信號(hào)源16打開時(shí)觸發(fā)采集，截取射頻信號(hào)源16關(guān)閉后的自由弛豫信號(hào)并處理出磁場(chǎng)值。

計(jì)算單元13設(shè)計(jì)有數(shù)據(jù)采集及處理程序，程序中設(shè)定數(shù)據(jù)采集卡的具體參數(shù)，例如采樣率、信號(hào)截取位置、信號(hào)截取時(shí)長等信息，利用數(shù)據(jù)采集卡14所接收的銣原子磁矩拉莫爾進(jìn)動(dòng)信號(hào)計(jì)算拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率f，繼而計(jì)算外磁場(chǎng)值。在實(shí)際程序設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)高磁場(chǎng)采樣率，設(shè)計(jì)了兩個(gè)不同的處理模塊，分別為低磁場(chǎng)采樣率模塊和高磁場(chǎng)采樣率模塊，計(jì)算單元13根據(jù)待測(cè)磁場(chǎng)的動(dòng)態(tài)范圍，測(cè)量前選擇高磁場(chǎng)采樣率模塊或低磁場(chǎng)采樣率模塊，以及在選擇低磁場(chǎng)采樣率模塊時(shí)設(shè)定是否采用跟蹤式鎖頻工作模式，被選定的高磁場(chǎng)采樣率模塊或低磁場(chǎng)采樣率模塊執(zhí)行自身工作流程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，并輸出外磁場(chǎng)值。具體為：

低磁場(chǎng)采樣率模塊，如圖5所示，用于在原子磁力儀被啟動(dòng)后，控制數(shù)據(jù)采集卡14采集一次磁力儀工作過程中射頻信號(hào)源16關(guān)閉后的銣原子拉莫爾進(jìn)動(dòng)自由弛豫信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，獲得拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率f，根據(jù)該拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率f計(jì)算出一個(gè)磁場(chǎng)值并輸出。原子磁力儀被啟動(dòng)前需設(shè)定原子磁力儀是否工作于跟蹤式鎖頻模式：在選定跟蹤式鎖頻模式時(shí)，低磁場(chǎng)采樣率模塊將計(jì)算獲得的拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率f發(fā)送給射頻信號(hào)源16，用于改變射頻信號(hào)源16的輸出頻率，然后重新控制數(shù)據(jù)采集卡14采集下一次磁力儀工作過程中射頻信號(hào)源16關(guān)閉后的銣原子拉莫爾進(jìn)動(dòng)自由弛豫信號(hào)，進(jìn)行循環(huán)處理，該情況下磁場(chǎng)采樣率設(shè)定小于20hz(含)，用于實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的磁場(chǎng)測(cè)量；當(dāng)不選定跟蹤式鎖頻模式時(shí)，射頻信號(hào)源16的輸出頻率為定值，該情況下磁場(chǎng)采樣率在1hz～100hz范圍內(nèi)可調(diào)，用于測(cè)量大于5000nt的某一恒定磁場(chǎng)附近小動(dòng)態(tài)范圍的磁場(chǎng)波動(dòng)。

高磁場(chǎng)采樣率模塊，如圖6所示，射頻信號(hào)源16的輸出頻率為定值，用于在原子磁力儀被啟動(dòng)后，控制數(shù)據(jù)采集卡14采集一秒內(nèi)n次磁力儀工作過程產(chǎn)生的信號(hào)數(shù)據(jù)；在采集數(shù)據(jù)中截取第i次磁力儀工作過程的銣原子磁矩拉莫爾進(jìn)動(dòng)自由弛豫信號(hào)；對(duì)該自由弛豫信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，獲得拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率f，并進(jìn)一步計(jì)算外磁場(chǎng)值并輸出；令i依次遍歷1～n，直到輸出n個(gè)外磁場(chǎng)值；然后重新控制數(shù)據(jù)采集卡14采集一秒內(nèi)n次磁力儀工作過程產(chǎn)生的信號(hào)數(shù)據(jù)，進(jìn)行循環(huán)處理。該情況下磁場(chǎng)采樣率可在100hz～1000hz范圍內(nèi)可調(diào)，用于測(cè)量大于5000nt的某一恒定磁場(chǎng)附近小動(dòng)態(tài)范圍的磁場(chǎng)波動(dòng)。通過并行的數(shù)據(jù)采集及處理，可實(shí)現(xiàn)高磁場(chǎng)采樣率下外磁場(chǎng)的連續(xù)測(cè)量。

在上述兩個(gè)處理模塊中，當(dāng)射頻信號(hào)源(16)的輸出頻率為定值的情況下，用于測(cè)量大于5000nt的某一恒定磁場(chǎng)附近小動(dòng)態(tài)范圍的磁場(chǎng)波動(dòng)，射頻信號(hào)源(16)的輸出頻率與恒定磁場(chǎng)對(duì)應(yīng)的拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率相匹配。磁場(chǎng)波動(dòng)范圍建議小于±1000nt，此時(shí)磁力儀輸出的磁場(chǎng)值精度較高；如果磁場(chǎng)波動(dòng)范圍較大，當(dāng)射頻信號(hào)源(16)的輸出頻率與磁場(chǎng)對(duì)應(yīng)的拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率相差較大時(shí)，磁力儀輸出的自由弛豫信號(hào)幅度較小，導(dǎo)致磁力儀精度降低，長期測(cè)量可能會(huì)輸出若干個(gè)與外磁場(chǎng)無關(guān)的數(shù)據(jù)。

實(shí)際測(cè)量磁場(chǎng)時(shí)，在100nt～5000nt待測(cè)磁場(chǎng)范圍內(nèi)設(shè)定磁場(chǎng)采樣率小于20hz，這是由于本發(fā)明描述的拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率是由自由弛豫正弦信號(hào)的快速傅里葉變換曲線擬合得到，必須保證采集足夠多個(gè)周期的正弦自由弛豫信號(hào)才能夠精確擬合出拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率。100nt～5000nt對(duì)應(yīng)的拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率范圍是700hz～35000hz，在低磁場(chǎng)下不能設(shè)定過高的磁場(chǎng)采樣率。

上述銣原子磁力儀的測(cè)量和數(shù)據(jù)采集處理方案如下，包括：

步驟一、分別啟動(dòng)抽運(yùn)激光器及其穩(wěn)頻系統(tǒng)1、aom2、探測(cè)激光器4、銣泡加熱模塊7、差分放大電路12、計(jì)算單元13、dsp時(shí)序控制模塊15、射頻信號(hào)源16，等待銣泡加熱模塊7溫度穩(wěn)定。

本步驟中，銣泡加熱模塊7結(jié)構(gòu)件采用無磁性的聚四氟乙烯材料加工，加熱方式為交流無磁加熱，磁力儀工作時(shí)溫度為100℃。

步驟二、設(shè)定抽運(yùn)激光器及其穩(wěn)頻系統(tǒng)1工作于⁸⁷rb的d1線躍遷頻率上，設(shè)定探測(cè)激光器4頻率比⁸⁷rb的d1線躍遷頻率紅外失諧4ghz。

步驟三、待測(cè)磁場(chǎng)的方向與抽運(yùn)光方向平行。將射頻磁場(chǎng)線圈6、銣泡加熱模塊7、銣泡8置于含待測(cè)磁場(chǎng)線圈的磁屏蔽桶內(nèi)，調(diào)節(jié)磁屏蔽桶內(nèi)待測(cè)磁場(chǎng)線圈的輸入電流值可改變待測(cè)磁場(chǎng)大小。

步驟四、計(jì)算單元13設(shè)定dsp時(shí)序控制模塊15的時(shí)序組合，分別設(shè)定原子磁力儀的工作周期、aom2控制的抽運(yùn)光作用時(shí)長、射頻信號(hào)源16控制的射頻場(chǎng)作用時(shí)長、以及pci-5922數(shù)據(jù)采集卡14的采集觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)原子磁力儀磁場(chǎng)采樣率n的設(shè)定。

步驟五、計(jì)算單元13根據(jù)外界選定的高磁場(chǎng)采樣率模塊或低磁場(chǎng)采樣率模塊，以及在選擇低磁場(chǎng)采樣率模塊時(shí)設(shè)定是否采用跟蹤式鎖頻工作模式，執(zhí)行相應(yīng)的流程分支實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，并輸出磁場(chǎng)值。

上述步驟四中，需要設(shè)定射頻信號(hào)源16輸出合適振幅的正弦信號(hào)，以獲得信號(hào)幅度最大的銣原子磁矩進(jìn)動(dòng)自由弛豫信號(hào)。圖3給出原子磁力儀工作時(shí)的時(shí)序示意圖及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。圖4給出設(shè)定射頻磁場(chǎng)作用時(shí)長的過程：磁屏蔽桶內(nèi)產(chǎn)生10000nt的磁場(chǎng)后，先設(shè)定原子磁力儀工作周期為20ms，抽運(yùn)光作用時(shí)長為3ms，射頻場(chǎng)作用時(shí)長為10ms，射頻信號(hào)源16輸出正弦信號(hào)頻率為70khz，調(diào)節(jié)射頻信號(hào)源16輸出正弦信號(hào)的振幅，從labview軟件視窗中觀察，以π/2脈沖時(shí)間確定射頻場(chǎng)作用時(shí)長(我們?cè)?000nt～100000nt測(cè)量范圍調(diào)節(jié)至0.1ms)，此時(shí)射頻信號(hào)源16關(guān)閉后測(cè)量的信號(hào)幅度最大，其物理意義是特定時(shí)長的射頻場(chǎng)使銣原子磁矩進(jìn)動(dòng)到與外磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)。射頻場(chǎng)作用時(shí)間設(shè)定后，在磁力儀量程范圍內(nèi)無需再設(shè)置。

上述步驟四～五中，計(jì)算單元13在測(cè)量流程運(yùn)行前可設(shè)定dsp時(shí)序控制模塊15的時(shí)序組合，配合計(jì)算單元13中l(wèi)abview數(shù)據(jù)采集和處理軟件，實(shí)現(xiàn)原子磁力儀磁場(chǎng)采樣率在1hz～1000hz范圍內(nèi)可調(diào)。磁場(chǎng)采樣率的設(shè)定要保證能夠?qū)崿F(xiàn)銣原子磁矩進(jìn)動(dòng)信號(hào)的采集和處理：磁力儀測(cè)量范圍為5000nt～100000nt時(shí)，磁場(chǎng)采樣率可在1hz～1000hz范圍內(nèi)可調(diào)；當(dāng)磁力儀測(cè)量范圍為100nt～5000nt時(shí)，磁場(chǎng)采樣率可設(shè)定在20hz以下。要注意步驟四中描述的原子磁力儀工作周期和原子磁力儀實(shí)際的磁場(chǎng)采樣率可能沒有關(guān)聯(lián)，原子磁力儀物理部分是連續(xù)工作的，而數(shù)據(jù)采集過程可能無法采集到所有的數(shù)據(jù)，這是由于labview數(shù)據(jù)采集和處理軟件在做數(shù)據(jù)處理的時(shí)候并不能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，因此在設(shè)定磁場(chǎng)采樣率時(shí)要考慮windows處理速度的限制和labview程序運(yùn)行的延時(shí)。如前所述，計(jì)算單元13中設(shè)計(jì)了兩個(gè)不同的處理模塊，分別為低磁場(chǎng)采樣率模塊和高磁場(chǎng)采樣率模塊兩種情況，以及在選擇低磁場(chǎng)采樣率模塊時(shí)設(shè)定是否采用跟蹤式鎖頻工作模式。

上述步驟四～五中，在選擇低磁場(chǎng)采樣率模塊時(shí)設(shè)定跟蹤式鎖頻工作模式，原子磁力儀不但具有較大的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍，而且對(duì)突變磁場(chǎng)具有很好的跟蹤鎖定能力。圖2測(cè)量結(jié)果表明：原子磁力儀動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍為100nt～100000nt；在地磁場(chǎng)附近，當(dāng)外磁場(chǎng)突然改變10000nt時(shí)，原子磁力儀能夠迅速跟蹤鎖定。

上述步驟四～五中，在選擇高磁場(chǎng)采樣率模塊時(shí)，原子磁力儀可測(cè)量恒定磁場(chǎng)附近低頻的微弱交變磁場(chǎng)。圖7和圖8給出了原子磁力儀以1000hz磁場(chǎng)采樣率采集交變磁場(chǎng)的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明原子磁力儀能夠測(cè)量振幅范圍為1nt～1000nt，頻率小于500hz(含)的交變磁場(chǎng)。

上述步驟三中，調(diào)節(jié)磁屏蔽桶內(nèi)磁場(chǎng)約為500nt，在所述步驟四～五中設(shè)定磁場(chǎng)采樣率為10hz，將測(cè)量5分鐘的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)做噪聲功率譜密度分析，如圖9所示。結(jié)果表明原子磁力儀的靈敏度指標(biāo)達(dá)到0.2pt/hz^1/2@1hz，原子磁力儀的磁場(chǎng)分辨率為0.1pt。

本發(fā)明的銣原子磁力儀可以實(shí)現(xiàn)以下測(cè)量功能：1)可精密測(cè)量磁屏蔽筒內(nèi)100nt～100000nt范圍內(nèi)的靜態(tài)磁場(chǎng)。2)在5000nt～100000nt外界磁場(chǎng)范圍內(nèi)，原子磁力儀可實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)采樣率在1hz～1000hz范圍內(nèi)可調(diào)。3)在磁場(chǎng)采樣率為1000hz時(shí)原子磁力儀能夠測(cè)量振幅范圍為1nt～1000nt，頻率小于500hz(含)的交變磁場(chǎng)。4)在地磁場(chǎng)附近，當(dāng)外磁場(chǎng)突然改變10000nt時(shí)，原子磁力儀能夠迅速跟蹤鎖定。5)當(dāng)外磁場(chǎng)為500nt、磁場(chǎng)采樣率為10hz時(shí)，原子磁力儀靈敏度指標(biāo)達(dá)到0.2pt/hz^1/2@1hz(噪聲功率譜密度)。6)原子磁力儀的磁場(chǎng)分辨率達(dá)到0.1pt。

下面的實(shí)施例給出以1000hz磁場(chǎng)采樣率測(cè)量磁屏蔽桶內(nèi)10000nt附近交變磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)過程，具體實(shí)施步驟如下：

(1)分別啟動(dòng)抽運(yùn)激光器及其穩(wěn)頻系統(tǒng)1、aom2、探測(cè)激光器4、銣泡加熱模塊7、差分放大電路12、計(jì)算單元13、dsp時(shí)序控制模塊15、射頻信號(hào)源16，銣泡加熱模塊7選擇以10khz交流無磁加熱方式，等待銣泡加熱模塊7溫度穩(wěn)定。

(2)設(shè)定抽運(yùn)激光器及其穩(wěn)頻系統(tǒng)1工作于⁸⁷rb的d1線躍遷頻率上，設(shè)定探測(cè)激光器4頻率比⁸⁷rb的d1線躍遷頻率紅外失諧4ghz。

(3)本發(fā)明待測(cè)磁場(chǎng)的方向與抽運(yùn)光方向平行。本說明書中將射頻磁場(chǎng)線圈6、銣泡加熱模塊7、銣泡8置于含待測(cè)磁場(chǎng)線圈的磁屏蔽桶內(nèi)，一個(gè)精密電流源和一個(gè)信號(hào)發(fā)生器輸出端并聯(lián)連接于磁屏蔽桶內(nèi)的待測(cè)磁場(chǎng)線圈，用來產(chǎn)生10000nt附近的交變磁場(chǎng)。

(4)計(jì)算機(jī)13設(shè)定dsp時(shí)序控制模塊15的時(shí)序組合，分別設(shè)定原子磁力儀的工作周期為1ms，aom2控制的抽運(yùn)光作用時(shí)長為0.3ms、射頻信號(hào)源16控制的射頻場(chǎng)作用時(shí)長為0.1ms，pci-5922數(shù)據(jù)采集卡14數(shù)據(jù)采集以射頻信號(hào)源16控制時(shí)序的下降沿觸發(fā)，如圖2中(a)部分所示。上述設(shè)定能夠?qū)崿F(xiàn)原子磁力儀磁場(chǎng)采樣率為1000hz。

(5)設(shè)置精密電流源輸出電流值提供10000nt的背景磁場(chǎng)，改變信號(hào)發(fā)生器輸出的幅度及頻率，可在磁屏蔽桶內(nèi)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。用計(jì)算單元13中自主研發(fā)的labview測(cè)量軟件選擇如圖6所示的高磁場(chǎng)采樣率模塊工作，采集信號(hào)并輸出磁場(chǎng)值。圖7和圖8是原子磁力儀以1000hz磁場(chǎng)采樣率測(cè)量交變磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。