[发明专利]一种新型碱金属光泵磁力仪

说明书

本发明公开了一种新型碱金属光泵磁力仪，涉及磁法测量领域。本发明创造性的设计出单波长反射腔，从而实现泵浦光波长自锁、单轴双向泵浦。本光泵磁力仪探头具备较强的光泵效应，其磁共振信号高于传统结构磁力仪探头，同时磁力仪灵敏度更高。同时本结构简化了光泵磁力仪泵灯与原子吸收室结构，实现泵源与原子吸收室一体化。在不降低磁力仪性能的前提下，简化了光泵探头结构及附属电路，有助于光泵探头小型化。本发明具有技术难度低、生产成本低廉的优势，可满足光泵探头小型化的现实要求，具有实用性。

技术领域

本发明涉及磁法测量的领域，具体涉及一种新型碱金属光泵磁力仪。

背景技术

在地质构造中,由于地壳中不同岩层介质具有密度、弹性、导电性、磁性、放射性以及导热性等方面差异，因而造成局部地球物理场发生变化。通过测量这些物理场的分布和变化特征,对其进行地质构造分析,进而推断地质性状。地球物理勘探的主要任务是对局部地壳导电、放射性、磁性、重力等参数进行测量，为地质分析提供参考信息，便于今后矿产勘探及开采。为实现地质磁性参数收集，地球物理勘探人员通过操作各类磁法勘探设备开展磁法勘探以收集地壳磁性参数。

在地球地壳中，存留着大量铁铬镍等顺磁材料。在地球强磁场作用下，顺磁材料磁化后具有较强磁性。因具有良好的结构强度、材料特性以及丰富的储藏，铁铬镍顺磁材料而被人们广泛应用于日常生产生活领域及军事用途。未爆炸物UXO、地面、水下不明物体因具有大量磁性体而引起周围地球磁场变化。它们的磁特性常被作为一种探测目标。磁探测设备是主要的探测与定位装备。

光泵磁力仪是一种高灵敏磁探测设备，其工作原理是磁场中特定原子在光泵作用下发生磁共振，通过去取向作用的跟踪环路或者拉莫尔磁共振频率自激环路实现对外磁场的进行跟踪测量。因光泵磁力仪灵敏度高，而成为军民用高精度、高性能磁法勘探及磁异常探测的主要装备。本新型碱金属光泵磁力仪采用的是自激式磁力仪。只有自激跟踪环路中拉莫尔信号幅度足够大、相位满足自激条件时，光泵探头产生拉莫尔信号的自激振荡。通过对拉莫尔频率进行测量，可计算出外磁场值。为实现光泵效应，传统光泵磁力仪中泵灯和原子吸收室采用分离结构。独立的泵灯对原子吸收室内的原子产生光泵效应，原子吸收室内的原子发生磁共振。该方式中泵浦效应为单向泵浦，碱金属原子的泵浦几率有限。为保证足够的泵浦光强，技术人员将对泵灯施加较高功率的高频激励。同时，由于泵灯光谱较宽，泵浦光外光波将引入光噪声。如果采用激光器作为泵源，其结构更为复杂，配套电路众多，激光泵磁力仪的技术难度较高、生产成本高昂。此外，为了保证碱金属泵灯和碱金属原子吸收室内的金属蒸汽浓度，通常设计人员采用两套电路分别对灯、室实现加热、保温。因此，传统光泵探头结构较为繁琐、尺寸较大、电路复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种新型碱金属光泵磁力仪，具有泵浦光波长自锁、单轴双向泵浦、结构简单、技术难度较小、生产成本较低的优势。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种新型碱金属光泵磁力仪，包括探头、磁力仪主机和磁传感器，所述探头通过电缆与磁力仪主机电连接；探头包括探头外罩，探头外罩的内腔置入磁传感器，磁传感器外周环绕设置线圈，线圈通过电缆与磁力仪主机电连接，用于对磁传感器施加拉莫尔信号射频场；磁传感器为两端封闭的管状结构，磁传感器内填充有碱金属，磁传感器的外壁上均匀缠绕有加热丝，用于加热碱金属至气态，加热丝与电缆电连接实现供电；电极的一端连接电缆，电极的另一端插入磁传感器内，用于高频激励碱金属蒸汽，使碱金属蒸汽发光；磁传感器内安装有偏振片，用于将碱金属光转换为泵浦光；磁传感器的两端均安装有反射镜，从而在磁传感器内腔形成双向反射通道，泵浦光沿双向反射通道反复泵浦碱金属蒸汽原子，以发生光泵效应；光电探测器固定在磁传感器靠近磁力仪主机的一端，用于检测含有拉莫频率的光信号，并将其转为电信号，通过电缆传输至磁力仪主机，实现对外磁场的测量。

作为进一步的技术方案，所述磁传感器的外壁与探头外罩的内壁之间填充有保温层。