基于Cs原子磁力仪的高灵敏度磁场方向测量方法.docx

2017年第36卷第8期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)11

DOI:10.13873/J.1000—9787(2017)08—0011—03

基于Cs原子磁力仪的高灵敏度磁场方向测量方法*

陈林，黄海超，董海峰

（北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191)

摘要：介绍了自旋调制标量原子磁强计矢量化测试方法，从主磁场幅值和横向磁场的测试灵敏度得到该方法的磁场方向测量灵敏度为0.75μrad/Hz1/2。从磁场方向测量的角度与其他标量原子磁强计矢量化测量方法进行了对比，表明：该方法更简洁，并且能直接给出主磁场方向与磁力线的偏离信号，在地震地磁监测和磁力线寻的制导等领域中具有独特的应用价值。

关键词：磁场方向；原子磁强计；自旋调制；高灵敏度

中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000—9787(2017)08—0011—03

AmeasurementmethodofmagneticfielddirectionofhighsensitivitybasedonCsatomicmagnetometer*

CHENLin,HUANGHai-chao,DONGHai-feng

(SchoolofInstrumentationScienceandOpto-electronicsEngineering,BeiHangUniversity,Beijing100191,China)

Abstract:Ameasurementmethodofvectorizationforspinmodulatedscalarmagnetometerisintroduced.Measurementsensitivityofthemagneticfielddirectioninthiswayis0.75μrad/Hz1/2,withtheresultsoftheexperimentinmainmagneticfieldamplitudeandthesensitivityofthetransversemagneticfield.Comparedwithothermeasurementmethodsofvectorizationforscalarmagnetometerinthedirectionofmagneticfield,thismethodismoreconcise.Inaddition,itcanshowthemainmagneticfielddirectionandthedeviationsignalofmagneticlinesofforcedirectly,whichhasanuniqueapplicationvalueingeomagneticmonitoringofearthquakeandhomingguidanceofmagneticlinesofforceandotherfield.

Keywords:magneticfielddirection;atomicmagnetometer;spinmodulation;highsensitivity

0引言

磁场方向是地磁测量中的重要参数之一[1]。基于原子自旋进动的磁力仪，包括质子磁力仪、碱金属磁力仪等[2],具有高于磁通门磁强计的磁场灵敏度[3]。通常，原子磁力仪只能进行总场测量，是一种标量磁强计。在原子标量磁力仪矢量化方面，一个基本的思路是外加磁场，通过分析外加磁场引起的总磁场变化获得磁场的三轴分量，或者直接获得磁场的方向信息[4]。这种方法最初的缺点是如果在总场的垂直方向施加磁场时，总场的变化是比垂直磁场的微小变化更低阶的小量，因此，限制了测量的灵敏度。之后，出现多种改进方法，核心是使施加的外磁场不与总磁场垂直，克服了上述的问题[5]。2014年，PattonB在《物理评论快报》（《Physica