[发明专利]一种获得恒定磁场的电流补偿装置及方法

说明书

本公开的获得恒定磁场的电流补偿装置及方法，包括复现磁场产生组件、抽运‑检测型原子磁力仪4、补偿磁场产生组件和计算机7；复现磁场产生组件包括电流源6、标准线圈2和磁屏蔽筒1，磁屏蔽筒1用于屏蔽地磁场，标准线圈2轴对称地置于所述磁屏蔽筒1内，电流源6向标准线圈2通入电流以产生复现磁场；补偿磁场产生组件包括电流源5和标准线圈3，电流源5向标准线圈3通入电流以产生补偿磁场；抽运‑检测型原子磁力仪4的探头部分置于标准线圈2的几何中心，用于测量标准线圈2轴线上的均匀磁场；计算机7与电流源5相连，用于控制电流源5向标准线圈3通入的电流。本公开能够获得低漂移的恒定复现磁场，能用高分辨率电流源5监测电流源6输出电流随时间的漂移。

技术领域

本公开属于电磁学计量技术领域，具体涉及一种获得恒定磁场的电流补偿装置及方法。

背景技术

电磁计量是现代计量基础之一，如何获得恒定的磁场或恒定的电流、以及如何监测恒流源输出电流的漂移是电磁计量中需要解决的问题。在磁感应强度计量方面，目前国内磁感应强度量子基准装置中利用Overhauser质子磁力仪作为基准磁力仪，引进Cs-3型自激式光泵磁力仪作为稳场磁力仪，可补偿几十纳特的日变地磁场波动(参考文献：磁感应强度基准装置的改进[J]，张伟，计量技术，2011，12：47-49.)。在电流计量方面，由于基于单电子隧道效应的电流(10^-12A量级)无法实用化，国内目前没有建设专用的量子电流基准装置，量子电流一般由量子电压和量子电阻的比值确定。利用原子磁力仪测量载流标准线圈产生的均匀磁场，该磁场值与标准线圈中的量子电流值(由量子电压与量子电阻的比值确定)呈线性关系，可将线圈系数溯源至约瑟夫森效应、量子化霍尔效应和拉莫尔进动效应三种量子自然基准，原理上能实现基于量子自然基准的电流的计量。将载流标准线圈中的电流锁定至碱金属原子磁共振塞曼跃迁对应的拉莫尔进动频率，通过严格控制实验装置的物理环境实现低漂移的恒流源功能，是一种可行的量子电流基准装置的建设方案。如何高精度地测量商用恒流源或量子电流基准装置的输出电流随时间的漂移或波动，是值得关注的问题。

发明内容

本公开提供了一种获得恒定磁场的电流补偿装置及方法，在磁屏蔽筒中用两组电流源和线圈的组合获得恒定复现磁场，用高灵敏度的抽运-检测型原子磁力仪实时测量磁场，计算机实时控制并调整一电流源的输出电流使复现磁场稳定至设定值，即获得了恒定磁场，同时实现一高分辨率电流源对另一电流源输出电流随时间漂移的实时监测。

根据本公开的一方面，本公开提供一种获得恒定磁场的电流补偿装置，所述装置包括：复现磁场产生组件、抽运-检测型原子磁力仪4、补偿磁场产生组件和计算机7；

所述复现磁场产生组件包括电流源6、标准线圈2和磁屏蔽筒1，所述磁屏蔽筒1用于屏蔽地磁场，所述标准线圈2轴对称地置于所述磁屏蔽筒1内，所述电流源6向所述标准线圈2通入电流以产生复现磁场；

所述补偿磁场产生组件包括电流源5和标准线圈3，所述电流源5向所述标准线圈3通入电流以产生补偿磁场；

所述抽运-检测型原子磁力仪4的探头部分置于所述标准线圈2的几何中心，用于测量所述标准线圈2轴线上的均匀磁场；

所述计算机7与电流源5相连，用于控制电流源5向标准线圈3通入的电流。

在一种可能的实现方式中，所述标准线圈2和标准线圈3同轴，所述标准线圈2和标准线圈3的线圈系数被溯源至约瑟夫森效应、量子化霍尔效应和拉莫尔进动效应三种量子自然基准。

在一种可能的实现方式中，所述磁屏蔽筒1为圆柱形，筒内直径为500mm，筒内长度大于或等于700mm。

在一种可能的实现方式中，所述磁屏蔽筒1被替换为磁屏蔽系数小于10^-4的磁屏蔽室。

在一种可能的实现方式中，所述抽运-检测型原子磁力仪4用于测量恒定磁场的大小和噪声。