[发明专利]一种用于CPT磁力仪的气室工作温度自动标定系统及方法

说明书

一种用于CPT磁力仪的气室工作温度自动标定系统及方法，该系统包括激光生成模块、微波信号源、四分之一波片、原子气室、气室温控模块、数据采集模块以及上位机，该方法在稳定入射光源功率和频率的基础上，确定微波扫描的中心频率和范围，利用数据采集模块测量从原子气室出射激光的光强和气室温度，得到CPT信号峰并计算信号峰的幅宽比。通过上位机控制气室温控模块多次改变气室的温度，得到多个信号幅宽比，并拟合得到信号幅宽比曲线，信号幅宽比曲线的最大值对应的温度即为气室的最优工作温度，从而完成气室工作温度的自动标定。采用本发明的气室最优工作温度自动标定方法，方便了原子气室的测试及工作参数的设置，提高了工作效率和整机性能。

技术领域

本发明涉及一种用于CPT磁力仪的气室工作温度自动标定系统及方法，属于磁场测量领域。

背景技术

磁场测量可用于地球物理研究、油气和矿产勘查、军事国防、医学诊断、地质调查及考古研究等领域。基于相干粒子数捕获(Coherent Population Trapping，CPT)效应的CPT磁力仪利用原子能级在磁场中的塞曼劈裂，通过检测激光与原子作用后的透射光谱来实现对磁场的测量，具有较高的准确性和灵敏度。原子气室是CPT磁力仪中的一个重要组成部分，用于敏感环境磁场，CPT 信号的信噪比受原子密度的影响，而原子密度与原子气室温度直接相关，因此，选择适当的工作温度以获得CPT磁力仪正常工作所需的原子密度是十分重要的。

由于加工工艺的限制，不同的原子气室个体存在差异，物理参数例如气室尺寸、缓冲气体压强、缓冲气体比例等并不相同，原子气室的最优工作温度也不尽相同。目前针对CPT磁力仪系统，在进行磁场测量之前一般采用手动调节测试确定气室最优工作温度的方式，这种方式效率低，需要多次调试参数尝试，并且最终得到的参数也不一定是最优参数。因此，急需一种原子气室最优工作温度的自动调节方法。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种用于CPT磁力仪的气室工作温度自动标定系统及方法，能够实现原子气室最优工作温度的自动标定，提高了工作效率。

本发明采用的技术方案为：

一种用于CPT磁力仪的气室工作温度自动标定系统，包括：激光生成模块、微波信号源、四分之一波片、原子气室、气室温控模块、数据采集模块以及上位机；

上位机控制微波信号源给激光生成模块提供调制信号，令激光生成模块产生激光，通过四分之一波片转换为圆偏振光后送入原子气室，上位机控制气室温控模块对原子气室进行加热，同时，通过数据采集模块采集原子气室的实时温度和光强，得到CPT信号峰曲线，进而确定信号幅宽比；上位机控制气室温控模块多次改变原子气室的温度，得到多个CPT信号峰曲线以及多个信号幅宽比，并根据所有信号幅宽比确定原子气室的最优工作温度，完成用于CPT磁力仪的气室工作温度自动标定。

所述调制信号的扫描范围为[ω_center-ω_band,ω_center+ω_band]，其中，ω_center为微波信号源产生的调制信号的中心频率，ω_band为扫描半边范围，所述CPT信号峰曲线表示激光与原子相互作用后的透射光谱，以光强为纵坐标，以调制信号的频率为横坐标，信号幅宽比是指CPT信号峰曲线的幅度与半高宽的比值。

所述激光生成模块包括激光器、激光器电流源和激光器温控电路，激光器电流源为激光器提供恒定工作电流，激光器温控电路控制激光器的恒定工作温度，所述调制信号提供给激光器，令激光生成模块产生功率恒定、频率与原子跃迁共振的激光。

所述气室温控模块包括加热片、温度传感器和温度控制器，上位机通过温度控制器控制加热片工作，对原子气室进行加热，同时，温度控制器通过温度传感器采集原子气室的温度并通过数据采集模块反馈给上位机。

所述加热片包覆在原子气室外壁上，所述温度传感器设置在加热片中心位置处。