[发明专利]高空间分辨率磁场检测装置及方法

说明书

本发明涉及一种高空间分辨率磁场检测装置及方法，步骤为：1）在原子气体室的底层和顶层设置有反射膜；2）偏振非均匀分布矢量光束经过光束偏转扫描器光束传播方向发生改变，从原子气体室侧面入射实现多次反射动态原子蒸气泵浦；3）探测光源出射探测光束从原子气体室侧面入射，有部分探测光透射出顶层发生透射形成探测光束阵列；4)探测光束阵列经过偏振分光镜阵列的分光后，光电探测器将阵列信号传给信息处理分析单元；5）泵浦路线扫描过程中，重复进行步骤4，信息处理分析单元对数据分析空间差异性的光电分布信息，实现高空间分辨率磁场检测。本发明具有方法简单、无需低温制冷系统、灵敏度高、检测信息量大、动态泵浦、空间分辨率高等特点。

技术领域

本发明涉及一种磁场检测装置及方法，特别是一种用于生物医学、地质调查、资源勘查、地震预测、工业领域、导航定位、材料分析、海洋工程、量子传感、脑磁心磁等领域中的高灵敏度磁场检测。

背景技术

测量磁场的仪器称之为磁力仪、磁力计、高斯计，在国际单位制中描述磁场的物理量是磁感应强度，单位是特斯拉，地球科学上常用纳特（nT）来作为测量单位，工程上常用单位则是高斯。磁场检测广泛应用于生物医学、地质调查、资源勘查、地震预测、工业领域、导航定位、材料分析、海洋工程、量子传感、脑磁心磁等领域，随着检测要求的提高，对磁力检测性能需求也越发紧迫。例如在脑磁图(Magnetoencephalography，简称MEG)检测领域，脑磁图检测装置是一种对人体完全无创性、无放射性的脑功能图像探测技术，在脑科学、生命医疗、生物技术、健康检测、疾病诊疗、人机交互、智能控制、行为组织等领域中发挥非常重要的作用，磁场检测得到的脑磁图可以应用到癫痫诊断和致痫灶的手术前定位、神经外科手术前大脑功能区定位、缺血性脑血管病预测和诊断、精神病和心理障碍疾病的诊断、外伤后大脑功能的评估和鉴定、司法鉴定和测谎应用、语言、视觉、听觉、体感诱发等的研究，高性能磁场检测方法具有重要的研究意义和广泛应用价值。

在先技术中，存在磁场检测方法，包括已经商品化的总部在瑞典的跨国公司Elekta公司的生产Elekta Neuromag TRIUX型号脑磁图仪；总部在美国的Tristan公司生产的MagView型号脑磁图仪。在先技术参见美国专利，专利名称为high-reslutionmagenetoencephalography system, components and methods,专利号为US7197352B2，专利授权时间为2007年3月27日。在先技术具有相当的优点，但是存在一些本质不足：1）检测磁场装置所基于的原理为超导量子干涉器件检测磁场，以磁通量量子化和约瑟夫森隧穿效应两种物理现象为检测原理，必需低温制冷系统，通常采用液氮或液氦制冷，系统结构复杂；2）检测装置检测灵敏度受限于检测原理和系统构建复杂度，针对脑磁图检测的灵活性差；3）装置体积大，无法实现小型化，构建成本高，检测磁场空间分辨率有限，影响使用范围。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种高空间分辨率磁场检测装置及方法，该装置及方法具有方法简单、无需低温制冷系统、结构简单、便于实现、灵敏度高、检测信息量大、动态泵浦、空间分辨率高、灵活性好、可实现微型化、功能易于扩充、应用范围广等特点。

本发明的技术方案是：一种高空间分辨率磁场检测装置，包括原子气体室、偏振非均匀分布矢量光束光源、光束偏转扫描器、探测光源、光电探测器、处理分析单元，所述原子气体室的底层和顶层设置反射膜，顶层上方设有光电探测器，光电探测器连接处理分析单元，所述原子气体室一侧外设有偏振非均匀分布矢量光束光源、光束偏转扫描器，探测光源。

所述原子气体室采用长方体透明结构，在原子气体室的底层和顶层设置的反射膜对偏振非均匀分布矢量光束光源出射的偏振非均匀分布矢量光束反射率为97%；原子气体室内测的底层设置的反射膜对探测光源出射探测光束的反射率为97%，原子气体室内测的顶层设置的反射膜对探测光源出射探测光束的反射率值为80%-95%之间；在原子气体室内测的侧壁设置有增透膜。