本發明涉及光泵磁力儀的技術指標測量裝置，尤其涉及一種光泵磁力儀梯度容限測量裝置。

背景技術：

光泵磁力儀是基于工作物質原子在外磁場中發生的塞曼能級分裂，結合光泵作用和磁共振現象研制成功的磁力儀，已被廣泛地應用于地面物探、航空物探、航空反潛、鐵磁性物質探測等領域。

光泵磁力儀的磁共振信號大小受外磁場梯度的影響，外磁場梯度越大共振信號越小，會導致磁力儀性能下降甚至工作不正常。梯度容限是反應光泵磁力儀對外磁場梯度承受能力的技術指標，是在大梯度礦區(如鐵礦)開展磁法作業必須考慮的指標。部分磁力儀廠家的技術手冊會提及梯度容限，但均未說明梯度容限的測試方法。

國內相關單位(計量院香山弱磁實驗室、710所磁學一級計量站等)均沒有針對梯度容限的專用測試方法和裝置。劍橋大學Dmitry Budker的著作《Optical Magnetometry》中提及了光泵磁力儀梯度容限的定義，但未講述具體測試方法及裝置。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種光泵磁力儀梯度容限測量裝置，其可以完成光泵磁力儀的梯度容限技術指標的測量，具有操作簡單、自動化程度高等優點，填補了國內在該領域的空白。

本發明的目的是通過如下技術方案來完成的。這種光泵磁力儀梯度容限測量裝置，主要包括水平底座、梯度發生線圈、水平連接桿、氣泡水平儀、連接桿水平調節裝置、光泵探頭安裝夾具、激光測距儀、精密電流源和測控模塊；測控模塊根據探頭位置、探頭尺寸、線圈匝數、線圈半徑這些預設參數計算產生特定磁梯度所需輸出的電流大小，并通過USB接口控制精密電流源輸出特定電流給梯度發生線圈；梯度發生線圈安裝在水平底座上并通過氣泡水平儀A調節位置，梯度發生線圈在周圍空間產生磁梯度；水平連接桿上設有光泵探頭安裝夾具，并通過氣泡水平儀A、氣泡水平儀和連接桿水平調節裝置調節水平連接桿與梯度發生線圈軸線平行；待測光泵探頭與待測磁力儀主機相連并安裝在光泵探頭安裝夾具中，通過激光測距儀測量梯度發生線圈中心到待測光泵探頭的距離。

所述測控模塊根據輸入參數包含線圈匝數N、線圈半徑R、探頭所在區域C(OA、r、OB)、設定梯度值dT₀，輸出參數包含輸出電流I、區域C內實際梯度范圍dT₀、dT₁，最終保證區域C內的實際磁梯度最小值大于等于dT₀。

本發明的有益效果為：可以完成光泵磁力儀的梯度容限技術指標的測量，具有操作簡單、自動化程度高等優點，填補了國內在該領域的空白。

附圖說明

圖1為光泵磁力儀梯度容限測量裝置結構框圖；

圖2為梯度容限測量實施步驟；

圖3為磁梯度計算模型；

圖4為測控軟件輸入輸出參數關系圖。

圖中，1表示水平底座，2表示梯度發生線圈、3表示水平連接桿、4表示氣泡水平儀A、5表示連接桿水平調節裝置、6表示光泵探頭安裝夾具、7表示激光測距儀、8表示精密電流源、9表示測控模塊、10表示氣泡水平儀B、11表示待測光泵探頭、12表示待測磁力儀主機。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明做詳細的介紹：

本發明所述的這種光泵磁力儀梯度容限測量裝置，主要包括水平底座1、梯度發生線圈2、水平連接桿3、氣泡水平儀4、連接桿水平調節裝置5、光泵探頭安裝夾具6、激光測距儀7、精密電流源8和測控模塊9；測控模塊9根據探頭位置、探頭尺寸、線圈匝數、線圈半徑這些預設參數計算產生特定磁梯度所需輸出的電流大小，并通過USB接口控制精密電流源8輸出特定電流給梯度發生線圈2；梯度發生線圈2安裝在水平底座1上并通過氣泡水平儀A4調節位置，梯度發生線圈2在周圍空間產生磁梯度；水平連接桿3上設有光泵探頭安裝夾具6，并通過氣泡水平儀A4、氣泡水平儀B和連接桿水平調節裝置5調節水平連接桿3與梯度發生線圈2軸線平行；待測光泵探頭11與待測磁力儀主機12相連并安裝在光泵探頭安裝夾具6(光泵探頭安裝夾具6可以通過探頭位置調節裝置來調節)中，通過激光測距儀7測量梯度發生線圈2中心到待測光泵探頭11的距離。測控模塊9根據輸入參數包含線圈匝數N、線圈半徑R、探頭所在區域C(OA、r、OB)、設定梯度值dT₀，輸出參數包含輸出電流I、區域C內實際梯度范圍dT₀、dT₁，最終保證區域C內的實際磁梯度最小值大于等于dT₀。

圖1中，待測光泵探頭11和待測磁力儀主機12為待測光泵磁力儀。水平底座1完成梯度發生線圈2的水平固定，連桿水平調節裝置5、氣泡水平儀保證水平連接桿3處于水平面與線圈軸線平行，光泵探頭安裝夾具6完成待測光泵探頭11的安裝，激光測距儀7完成線圈中心至待測光泵探頭11的距離測量，測控模塊9根據探頭位置、探頭尺寸、線圈匝數、線圈半徑等預設參數計算產生設定磁梯度所需輸出的電流大小，并通過USB接口控制精密電流源8輸出特定電流，保證待測光泵探頭11所在區域的磁場梯度最小值大于設定磁梯度。

圖2為梯度容限測量實施步驟。其中，測量準備完成相關儀器的連接；底座水平調節可以保證線圈的軸線為在水平面上；連接桿水平調節保證連接桿處于水平面，與線圈的軸線平行；將探頭固定在夾具上后，調整激光測距儀的光點至探頭，記錄下線圈中央至探頭的距離。測控模塊9可根據線圈匝數N、線圈半徑R、探頭所在區域(OA、r、OB)等預設參數計算產生特定磁梯度所需輸出的電流大小，并通過USB接口控制精密電流源8輸出特定電流I；在產生給定磁場梯度后，檢查磁力儀的工作狀態，如果工作正常則增加梯度后再次觀察磁力儀的工作狀態，若工作不正常則上一次的設定磁場梯度值即為待測磁力儀的梯度容限。

圖3為磁梯度計算模型。以線圈的中央O為坐標原點，軸線方向為Z，鉛垂方向為X，水平方向為Y，當線圈匝數為N、線圈半徑R、供電電流為I時，由畢奧-薩伐爾定律可以計算出空間任意點(x,y,z)的磁場矢量為，

其中，μ₀為真空中的磁導率，θ為圍繞線圈一周的積分自變量。

總場B沿Z方向的梯度在探頭所在區域產生的梯度最小值為

圖4為測控軟件輸入輸出參數關系圖。測控軟件的輸入參數包含線圈匝數N、線圈半徑R、探頭所在區域C(OA、r、OB)、設定梯度值dT₀，輸出參數包含輸出電流I、區域C內實際梯度范圍dT₀～dT₁，最終保證區域C內的實際梯度最小值大于等于dT₀。

可以理解的是，對本領域技術人員來說，對本發明的技術方案及發明構思加以等同替換或改變都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。