[发明专利]一种用于三轴矢量原子磁强计中三维线圈的原位标定方法

说明书

一种用于三轴矢量原子磁强计中三维线圈的原位标定方法，可以实现三轴原子磁强计中三维线圈的原位标定，校正三维线圈的线圈常数误差、非正交误差以及零偏磁场误差，有助于提高三轴矢量原子磁强计中三维线圈的标定精度，降低三轴矢量原子磁强计的磁场耦合与系统误差，对发展新一代超高灵敏度三轴磁场测量及其应用有着重要的意义，未来可服务于量子导航、计量测试、深空/深地磁探测、生物极弱磁探测等领域。

技术领域

本发明涉及量子精密测量技术领域，具体涉及一种用于三轴矢量原子磁强计中三维线圈的原位标定方法，有助于提高三轴矢量原子磁强计中三维线圈的标定精度，降低三轴矢量原子磁强计的磁场耦合与系统误差，对发展新一代超高灵敏度三轴磁场测量及其应用有着重要的意义，未来可服务于量子导航、计量测试、深空/深地磁探测、生物极弱磁探测等领域。

背景技术

矢量原子磁强计可显著提高磁场测量极限，例如其中基于无自旋交换弛豫原理的原子磁强计已成为目前测量灵敏度最高的磁强计(理论灵敏度可达aT/Hz^1/2量级)。矢量原子磁强计中三轴矢量原子磁强计能够同时提供磁场三轴矢量的方向与幅度信息，可应用于量子导航、计量测试、深空/深地磁探测、生物极弱磁探测等领域，已成为新一代磁强计的发展方向。三轴矢量磁强计中三维线圈用于磁场补偿与调制、标定磁强计技术指标，三维线圈的标定误差与精度直接影响三轴矢量原子磁强计的工作性能。然而由于生产及安装工艺的限制，实际应用的三维线圈存在非正交误差、线圈系数误差与零偏磁场误差参数，导致三轴矢量原子磁强计产生磁场耦合与系统误差，因此需要实现三轴矢量原子磁强计中三维线圈的高精度标定。

现有适用于三轴原子磁强计中三维线圈的标定方法，对误差来源考虑不充分，单一考虑线圈常数误差或非正交误差，同时采用最小二乘法原理求解标定误差较大、精度较差。针对线圈常数标定，主要利用商用磁通门磁强计置于线圈中心，进行非原位测量，标定精度低，且该方法不适用于小型磁强计的小型三维线圈。而对于小型三维线圈，往往直接采用线圈仿真设计值作为线圈常数，误差较大。针对线圈非正交角标定，现有研究主要实现了非正交角度的测量，并未实现补偿进行误差校正。因此，开展三轴矢量原子磁强计中三维线圈的原位标定方法研究十分必要，这将促进超高灵敏矢量原子磁强计的探索，为未来三轴矢量原子磁强计的应用奠定重要基础。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种用于三轴矢量原子磁强计中三维线圈的原位标定方法，有助于降低三轴矢量原子磁强计的磁场耦合与系统误差，对发展新一代超高灵敏度三轴磁场测量及其应用有着重要的意义和价值，未来将服务于各个领域特别是量子导航、计量测试、深空/深地磁探测、生物极弱磁探测等方面。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于三轴矢量原子磁强计中三维线圈的原位标定方法，其特征在于，包括：利用三轴矢量原子磁强计中三维线圈产生N组不同的标定磁场，N≥4的整数，分别利用三轴矢量原子磁强计敏感核心高灵敏测量三维线圈产生的标定磁场的三轴矢量分量，利用粒子群算法对三轴矢量原子磁强计测量结果进行数据最优化求解得到12个三维线圈误差参数，实现三维线圈非正交误差、线圈系数误差、零偏磁场误差参数的测量与校正，完成三维线圈的标定。

包括以下步骤：

步骤1，对三轴矢量原子磁强计中磁屏蔽装置消磁，并使磁屏蔽装置中心处剩磁补偿至小于100pT；

步骤2，使三轴矢量原子磁强计正常工作，将三轴矢量原子磁强计敏感核心的y测量方向与三维线圈的Y轴线圈产生的均匀磁场方向对准；

步骤3，利用信号发生器产生三路控制电流，分别驱动三维线圈中X、Y、Z三个方向的单轴均匀场线圈，共同产生一组标定磁场B^coil；

步骤4，利用三轴矢量原子磁强计敏感核心高灵敏度测量三维线圈产生的标定磁场B^coil，将测量结果B传输至计算机，返回步骤3，重复N次，N为正整数；