[发明专利]透射光吸收阵列式原子磁强计气室温度控制装置与方法

权利要求书

1.透射光吸收阵列式原子磁强计气室温度控制装置，其特征在于，包括：

碱金属气室，所述碱金属气室内部充填有碱金属原子、惰性气体和缓冲气体；

光路系统，用于提供极化碱金属原子至SERF态的激光以检测碱金属气室内部温度；

无磁电加热系统，用于改变加热功率从而改变碱金属气室温度；

磁补偿系统，用于补偿磁屏蔽桶内的剩磁，使磁强计工作在近零磁环境；

信号检测处理系统，用于检测和处理透过碱金属气室的光信号，该光信号能表征碱金属气室内部的温度；

闭环控制系统，用于控制碱金属气室内部温度，以出射光电流值作为反馈温度，实现温度的闭环PID控制。

2.根据权利要求1所述的透射光吸收阵列式原子磁强计气室温度控制装置，其特征在于，所述光信号与碱金属气室内部温度的关系式如下：

其中I(z)是出射光强，I(0)是入射光强，Rrel为横向弛豫率，在磁场接近于零时，R_rel逐渐减小并趋向于一个定值，σ(v)是光子吸收截面积，是关于频率的函数，由共振频率v₀附近的原子频率响应决定，σ(v)在谐振频率点为常数，n为碱金属原子密度，T是碱金属气室内部温度，A＝4.402，B＝4453，W是Lamber-W函数，z是纵轴坐标。

3.根据权利要求1所述的透射光吸收阵列式原子磁强计气室温度控制装置，其特征在于，所述光路系统包括沿光路依次布置的激光器、λ/2波片、偏振分光棱镜PBS、和准直器，所述激光器用于发射初始激光，偏振分光棱镜PBS用于将入射激光分为两束，准直器用于入射激光的准直整形，之后进入碱金属气室，所述碱金属气室的出射光进入所述信号检测处理系统中的光电转换器，所述偏振分光棱镜PBS的反射侧通过光纤耦合器连接波长计，所述碱金属气室位于所述磁补偿系统的磁补偿线圈中，所述磁补偿线圈与所述碱金属气室之间设置有所述无磁电加热系统的加热膜。

4.根据权利要求1所述的透射光吸收阵列式原子磁强计气室温度控制装置，其特征在于，所述无磁电加热系统通过高频调制的方法，改变加热膜两端的电压从而改变温度，其间不引入磁场噪声。

5.根据权利要求1所述的透射光吸收阵列式原子磁强计气室温度控制装置，其特征在于，所述光电转换器依次通过跨阻放大器和模数转换器连接可编程电路，所述光电转换器将光信号转化为电信号，通过跨阻放大器将其放大为光电流信号，再通过模数转换器转化为数字信号，所述数字信号经过可编程电路处理后将其传给上位机。

6.透射光吸收阵列式原子磁强计碱金属气室温度控制方法，其特征在于，采用上述透射光吸收阵列式原子磁强计气室温度控制装置。

7.根据权利要求6所述的透射光吸收阵列式原子磁强计气室温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，给定一个入射光强，利用加热膜将碱金属气室温度加热至目标温度，待温度稳定后进行磁补偿，读取此时的出射光电流值，目标温度的范围为工作温度±10℃，在目标温度范围以每间隔1℃的方式获取出射光电流值，所述工作温度为120℃～150℃；

步骤2，对采集得到的出射光电流值，获得不同温度下温度与出射光电流的函数曲线；

步骤3，基于透射光吸收原理，建立碱金属气室温度与透射光电流之间的关系；

所述步骤1中包括：磁强计使用时先给铂电阻施加一定的激励电流，采用铂电阻测温法，通过无磁电加热膜将阵列式原子磁强计碱金属气室加热至工作温度；

待温度稳定后，点击上位机下发磁补偿命令，补偿系统的剩磁，使阵列式磁强计处于近零磁状态；

断开铂电阻两端的激励电流，将透射光电流信号I作为气室内温度的敏感信号，进行温度测量，将参考光电流值与实测光电流值共同传入上位机，并采用PID控制算法，实现基于透射光吸收的阵列式原子磁强计碱金属气室温度控制。