[发明专利]一种自动磁场补偿的装置与方法

说明书

本发明公开了一种用于自动磁场补偿的装置，包括用来测量外界环境中磁场值的第一磁阻芯片、第二磁阻芯片、第三磁阻芯片和第四磁阻芯片，还包括固定单元和支撑单元，还包括用来匀场的三维亥姆霍兹线圈、三维一阶梯度线圈和二阶梯度线圈单元，还包括采集单元、反馈单元和旋转单元。还公开了一种自动补偿磁场的方法。本发明磁场补偿范围大，结构简单，操作方便。适用基于低磁场环境信号探测的物理领域研究和原子磁力计应用，具有重要意义。

技术领域

本发明属于磁场匀场领域，更具体涉及一种自动磁场补偿的装置，还涉及一种自动磁场补偿的方法，适用于低磁场环境的相关科学研究。

背景技术

磁场是客观存在的，例如，地球表面的磁场大约为0.5高斯，地理位置和环境的不同，它的大小与方向会发生改变。

现在很多的科学研究需要在低磁场或者近零磁场环境中进行，比如SERF(spin-exchange-relaxation-free)原子磁力计，当它的探头处于10nT环境下才能有效工作，因此，它需要使用多层坡莫合金等材料来屏蔽外界环境中的磁场。

坡莫合金制作的屏蔽筒，在体积、重量、结构上，限制了原子磁力计的应用范围。例如卫星或者飞行器对于水下异磁的探测、地磁场的探测、深空中磁场的探测等，这就需要一种主动屏蔽外界无用磁场、获取外界有用磁信号的装置。

近几年已经发展了一些自动补偿磁场与测量磁场的方法。例如，S.J.Seltzer等人在“Unshielded three-axis vector operation of a spin-exchange-relaxation-freeatomic magnetometer”[Appl.Phys.Lett.85(20),4804(2004).]中提出可以通过磁场调制的方式来补偿磁场，使得中心区域达到近零场。Jiancheng Fang等人在“In situ triaxialmagnetic field compensation for the spin-exchange-relaxation-free atomicmagnetometer”[Rev.Sci.Instrum.83,103104(2012).]中提出了可以通过扫场，最后探测光强的方式来补偿磁场。

尽管目前磁场补偿方式能够解决应用方面的一些问题。但是它们还是具有一定的局限性。例如，通过调制的方式补偿磁场，这要求该磁力计探头工作环境的磁场小于10nT。因此，发展新的技术与方法仍然是亟待解决的问题，本发明将针对此问题，提供自动补偿磁场的装置与方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供了一种自动磁场补偿的装置，还提出了一种自动磁场补偿的方法。解决了磁场补偿范围小的问题，还解决原子磁力计小型化的问题。

为了实现上述目的，本发明装置采用以下技术方案：

一种自动磁场补偿的装置，包括旋转台，还包括设置在旋转台上的三维亥姆霍兹线圈和三维一阶梯度线圈，旋转台上横向设置有筒状的有机玻璃管，有机玻璃管上绕设有Z2梯度线圈，有机玻璃管内通过支撑杆固定有支撑台，支撑台上设置有位于矩形面的四个顶角的第一磁阻芯片、第二磁阻芯片、第三磁阻芯片和第四磁阻芯片，矩形面与水平面的夹角为45度，三维亥姆霍兹线圈包括X轴亥姆霍兹线圈、Y轴亥姆霍兹线圈和Z轴亥姆霍兹线圈，三维一阶梯度线圈包括X轴一阶梯度线圈、Y轴一阶梯度线圈、Z轴一阶梯度线圈，Z2梯度线圈的中心轴线、有机玻璃管中心轴线、Z轴亥姆霍兹线圈的中心轴线、Z轴一阶梯度线圈的中心轴线重合，Z2梯度线圈中心点、三维亥姆霍兹线圈中心点、三维一阶梯度线圈中心点、有机玻璃管中心点、矩形面中心点重合。