激光氦光泵磁梯度測(cè)量傳感技術(shù)研究
發(fā)布時(shí)間：2021-01-07 23:53
激光光泵磁測(cè)的基礎(chǔ)物理原理是原子的塞曼分裂和磁共振效應(yīng)。原子在極化和退極化過程中會(huì)吸收激光光能,產(chǎn)生磁共振信號(hào)。通過對(duì)磁共振信號(hào)中共振點(diǎn)的檢測(cè),可以獲得磁場(chǎng)值。激光光泵的工作物質(zhì)主要包括堿金屬（銣,銫,鉀等）和氦兩類。與堿金屬相比,氦原子在磁測(cè)過程中不需要加熱和保溫,功耗相對(duì)更低。隨著實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的不斷豐富,各種環(huán)境因素,比如磁日變以及磁暴活動(dòng)等,會(huì)讓被測(cè)磁場(chǎng)信息湮沒在磁場(chǎng)噪聲中,難以被獲取。在一些背景磁場(chǎng)很強(qiáng)的區(qū)域進(jìn)行磁探測(cè)工作時(shí),對(duì)異常的解釋推斷工作往往還會(huì)遭受背景場(chǎng)強(qiáng)與被測(cè)磁異常比值太大的困擾,僅僅依靠單一的磁場(chǎng)標(biāo)量值無法準(zhǔn)確獲取所需信息。因此,磁梯度的測(cè)量工作尤為重要。為了高質(zhì)量完成磁梯度測(cè)量工作,本論文針對(duì)激光氦光泵磁梯度測(cè)量傳感技術(shù)進(jìn)行了研究,主要工作內(nèi)容如下:（1）激光氦光泵磁測(cè)原理研究及磁梯度系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。對(duì)激光氦光泵磁測(cè)原理進(jìn)行了分析,推導(dǎo)了激光氦光泵磁測(cè)原理公式,確定了共振頻率的檢測(cè)是磁場(chǎng)準(zhǔn)確測(cè)量的關(guān)鍵。研究了獲取磁共振信號(hào)的射頻掃描法,并根據(jù)光磁學(xué)布洛赫方程以及描述原子對(duì)光吸收的Beer-Lambert定律,建立了磁共振信號(hào)的模型,共振曲線形態(tài)符合洛倫茲線型特性。...
【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：127 頁
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
奧地利空間研究中心的CPT磁力儀
(a)JESSY STAR磁測(cè)系統(tǒng)(b)Air Bird磁測(cè)系統(tǒng)
堿金屬光泵磁力儀的研發(fā)開始于20世紀(jì)60年代,最早使用的工作物質(zhì)是銣。在60年代末期,為了對(duì)地球磁場(chǎng)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),美國(guó)先后發(fā)射了POGO-2、POGO-4和POGO6三顆磁測(cè)衛(wèi)星,這些衛(wèi)星全部搭載了當(dāng)時(shí)最為先進(jìn)的銣光泵磁力儀,磁測(cè)精度可以達(dá)到6nT[97,98]。之后,由于銫原子的塞曼頻移比銣原子小,銫原子逐漸進(jìn)入了研究人員的視野。到了1979年,為了進(jìn)一步完善POGO系列衛(wèi)星的測(cè)量結(jié)果,美國(guó)航天局和地質(zhì)調(diào)查局又聯(lián)合發(fā)射了新型磁測(cè)衛(wèi)星MagSat,MagSat搭載的是銫光泵磁力儀,既用于總場(chǎng)測(cè)量,又用于校正三分量數(shù)據(jù),磁力儀磁測(cè)精度優(yōu)于6nT[99-100]。時(shí)至今日,銫光泵磁力儀已經(jīng)成為了商用最為成功的磁測(cè)儀器之一,其中最具代表性的就是加拿大SCINTRE公司生產(chǎn)的CS-3銫光泵磁力儀。該儀器磁測(cè)范圍達(dá)到15000nT---105000nT,特別適合于磁力大幅度變化的測(cè)量,測(cè)量絕對(duì)精度優(yōu)于2.5nT,最高分辨率為0.6pT/ Hz1/2[101]。圖 1.9（a）所示是CS-3銫光泵磁力儀。從80 年代中期開始,塞曼頻移更小的鉀原子開始進(jìn)入光泵磁力儀大家庭。由于鉀原子譜線間距比銣和銫都大,且無重疊現(xiàn)象,所以鉀光泵磁力儀的理論精度比銣光泵磁力儀和銫光泵磁力儀都要高,理論上可以優(yōu)于0.1nT[66]。加拿大GEM公司研制的GSMP-35系列鉀光泵磁力儀磁測(cè)范圍同樣很大,可以達(dá)到20000nT---120000nT,其測(cè)量絕對(duì)精度達(dá)到±0.1nT,最高分辨率為3.5pT/ Hz1/2[102],目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于全球各地的地面和航空磁勘探,取得不錯(cuò)的效果。圖 1.9（b）所示是GSMP-35鉀光泵磁力儀。在國(guó)內(nèi),北京地質(zhì)儀器廠與北京大學(xué)合作,與1976年研制了銫光泵磁力儀CSZ-1。浙江大學(xué)2007年開始研制銣光泵磁力儀,經(jīng)過陸續(xù)的改進(jìn),2016年報(bào)道的激光銣光泵磁力儀靈敏度可達(dá)1pT/ Hz1/2[103]。浙江大學(xué)同時(shí)也進(jìn)行銫光泵磁力儀的研究,2013年報(bào)道的激光銫光泵磁力儀測(cè)磁靈敏度為1.8pT/ Hz1/2[104]。北京大學(xué)2013年研制成功的激光銫光泵磁力儀,測(cè)磁靈敏度為2.5pT/ Hz1/2[105]。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]地球電場(chǎng)與地球磁場(chǎng)對(duì)大氣中帶電粒子的作用及其對(duì)氣候的影響[J]. 鄒潤(rùn)莉. 地球物理學(xué)進(jìn)展. 2019(03)
[2]地磁總場(chǎng)測(cè)量陣列對(duì)磁性目標(biāo)定位的方法[J]. 張曉峻,康曦元,樊黎明,鄭權(quán),陳鑫,康崇. 地球物理學(xué)報(bào). 2019(05)
[3]2035年中國(guó)能源與礦產(chǎn)資源需求展望[J]. 文博杰,陳毓川,王高尚,代濤. 中國(guó)工程科學(xué). 2019(01)
[4]2018年中國(guó)礦產(chǎn)資源形勢(shì)回顧與展望[J]. 郭娟,崔榮國(guó),閆衛(wèi)東,林博磊,劉增潔,周起忠. 中國(guó)礦業(yè). 2019(01)
[5]自然資源部公布2017年中國(guó)主要礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量報(bào)告[J]. 中國(guó)地質(zhì). 2018(06)
[6]原子磁力儀的空間應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 寇軍,康海霞,楊然,桑建芝,王學(xué)鋒. 導(dǎo)航與控制. 2018(06)
[7]2017年吉林寧江M 4.9地震前電磁變化[J]. 劉長(zhǎng)生,高峰,張思萌,馬艷麗,王建豐,石偉,劉愛華,戰(zhàn)玉明. 地震地磁觀測(cè)與研究. 2018(05)
[8]無人直升機(jī)航磁測(cè)量系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用[J]. 張富明,溫建亮,趙興輝,方萬來. 地球物理學(xué)進(jìn)展. 2019(04)
[9]一種Mx構(gòu)型氦光泵磁力儀的磁共振理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J]. 盧遠(yuǎn)添,石永麒,張樂,朱萬華,張曉娟. 導(dǎo)航與控制. 2018(05)
[10]QS-GTC60型鋼軌探傷車探傷系統(tǒng)對(duì)中技術(shù)研究[J]. 秦輝,徐嘯. 軌道交通裝備與技術(shù). 2018(05)
博士論文
[1]氦原子23S-23P躍遷精密光譜研究[D]. 鄭昕.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[2]高溫超導(dǎo)全張量磁梯度測(cè)量技術(shù)研究[D]. 申茂冬.吉林大學(xué) 2017
[3]基于相干布居囚禁原理的磁場(chǎng)精密測(cè)量研究[D]. 梁尚清.浙江大學(xué) 2017
[4]時(shí)間差型磁通門傳感器理論建模與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 楊波.南京理工大學(xué) 2015
[5]氦光泵磁測(cè)技術(shù)研究[D]. 張振宇.吉林大學(xué) 2012
[6]高溫超導(dǎo)磁梯度儀關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 趙靜.吉林大學(xué) 2011
碩士論文
[1]地面高精度磁法在賈家堡子鐵礦的探測(cè)應(yīng)用研究[D]. 徐濤.吉林大學(xué) 2018
[2]磁諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 申大得.廣東工業(yè)大學(xué) 2018
[3]基于旋翼無人機(jī)的光泵水平磁梯度測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 竇子優(yōu).吉林大學(xué) 2018
[4]我國(guó)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量估算方法初探[D]. 梁紅姣.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 2018
[5]航磁總場(chǎng)梯度測(cè)量?jī)x器與校正方法研究[D]. 李林.吉林大學(xué) 2018
[6]航空磁梯度張量?jī)x運(yùn)動(dòng)噪聲仿真及其輕便型采集系統(tǒng)研究[D]. 康盼.吉林大學(xué) 2017
[7]可調(diào)諧激光器模塊研制[D]. 劉森.江南大學(xué) 2016
[8]隨機(jī)梯度下降和對(duì)偶坐標(biāo)下降算法的研究與應(yīng)用[D]. 鄧衛(wèi)釗.燕山大學(xué) 2016
[9]銣原子激光光泵磁力儀的研究[D]. 張豪敏.浙江大學(xué) 2016
[10]基于Co基非晶帶和DSP信號(hào)處理的數(shù)字磁通門傳感器研究[D]. 孫磊.江蘇大學(xué) 2015
本文編號(hào)：2963489
【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：127 頁
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
奧地利空間研究中心的CPT磁力儀
(a)JESSY STAR磁測(cè)系統(tǒng)(b)Air Bird磁測(cè)系統(tǒng)
堿金屬光泵磁力儀的研發(fā)開始于20世紀(jì)60年代,最早使用的工作物質(zhì)是銣。在60年代末期,為了對(duì)地球磁場(chǎng)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),美國(guó)先后發(fā)射了POGO-2、POGO-4和POGO6三顆磁測(cè)衛(wèi)星,這些衛(wèi)星全部搭載了當(dāng)時(shí)最為先進(jìn)的銣光泵磁力儀,磁測(cè)精度可以達(dá)到6nT[97,98]。之后,由于銫原子的塞曼頻移比銣原子小,銫原子逐漸進(jìn)入了研究人員的視野。到了1979年,為了進(jìn)一步完善POGO系列衛(wèi)星的測(cè)量結(jié)果,美國(guó)航天局和地質(zhì)調(diào)查局又聯(lián)合發(fā)射了新型磁測(cè)衛(wèi)星MagSat,MagSat搭載的是銫光泵磁力儀,既用于總場(chǎng)測(cè)量,又用于校正三分量數(shù)據(jù),磁力儀磁測(cè)精度優(yōu)于6nT[99-100]。時(shí)至今日,銫光泵磁力儀已經(jīng)成為了商用最為成功的磁測(cè)儀器之一,其中最具代表性的就是加拿大SCINTRE公司生產(chǎn)的CS-3銫光泵磁力儀。該儀器磁測(cè)范圍達(dá)到15000nT---105000nT,特別適合于磁力大幅度變化的測(cè)量,測(cè)量絕對(duì)精度優(yōu)于2.5nT,最高分辨率為0.6pT/ Hz1/2[101]。圖 1.9（a）所示是CS-3銫光泵磁力儀。從80 年代中期開始,塞曼頻移更小的鉀原子開始進(jìn)入光泵磁力儀大家庭。由于鉀原子譜線間距比銣和銫都大,且無重疊現(xiàn)象,所以鉀光泵磁力儀的理論精度比銣光泵磁力儀和銫光泵磁力儀都要高,理論上可以優(yōu)于0.1nT[66]。加拿大GEM公司研制的GSMP-35系列鉀光泵磁力儀磁測(cè)范圍同樣很大,可以達(dá)到20000nT---120000nT,其測(cè)量絕對(duì)精度達(dá)到±0.1nT,最高分辨率為3.5pT/ Hz1/2[102],目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于全球各地的地面和航空磁勘探,取得不錯(cuò)的效果。圖 1.9（b）所示是GSMP-35鉀光泵磁力儀。在國(guó)內(nèi),北京地質(zhì)儀器廠與北京大學(xué)合作,與1976年研制了銫光泵磁力儀CSZ-1。浙江大學(xué)2007年開始研制銣光泵磁力儀,經(jīng)過陸續(xù)的改進(jìn),2016年報(bào)道的激光銣光泵磁力儀靈敏度可達(dá)1pT/ Hz1/2[103]。浙江大學(xué)同時(shí)也進(jìn)行銫光泵磁力儀的研究,2013年報(bào)道的激光銫光泵磁力儀測(cè)磁靈敏度為1.8pT/ Hz1/2[104]。北京大學(xué)2013年研制成功的激光銫光泵磁力儀,測(cè)磁靈敏度為2.5pT/ Hz1/2[105]。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]地球電場(chǎng)與地球磁場(chǎng)對(duì)大氣中帶電粒子的作用及其對(duì)氣候的影響[J]. 鄒潤(rùn)莉. 地球物理學(xué)進(jìn)展. 2019(03)
[2]地磁總場(chǎng)測(cè)量陣列對(duì)磁性目標(biāo)定位的方法[J]. 張曉峻,康曦元,樊黎明,鄭權(quán),陳鑫,康崇. 地球物理學(xué)報(bào). 2019(05)
[3]2035年中國(guó)能源與礦產(chǎn)資源需求展望[J]. 文博杰,陳毓川,王高尚,代濤. 中國(guó)工程科學(xué). 2019(01)
[4]2018年中國(guó)礦產(chǎn)資源形勢(shì)回顧與展望[J]. 郭娟,崔榮國(guó),閆衛(wèi)東,林博磊,劉增潔,周起忠. 中國(guó)礦業(yè). 2019(01)
[5]自然資源部公布2017年中國(guó)主要礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量報(bào)告[J]. 中國(guó)地質(zhì). 2018(06)
[6]原子磁力儀的空間應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 寇軍,康海霞,楊然,桑建芝,王學(xué)鋒. 導(dǎo)航與控制. 2018(06)
[7]2017年吉林寧江M 4.9地震前電磁變化[J]. 劉長(zhǎng)生,高峰,張思萌,馬艷麗,王建豐,石偉,劉愛華,戰(zhàn)玉明. 地震地磁觀測(cè)與研究. 2018(05)
[8]無人直升機(jī)航磁測(cè)量系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用[J]. 張富明,溫建亮,趙興輝,方萬來. 地球物理學(xué)進(jìn)展. 2019(04)
[9]一種Mx構(gòu)型氦光泵磁力儀的磁共振理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J]. 盧遠(yuǎn)添,石永麒,張樂,朱萬華,張曉娟. 導(dǎo)航與控制. 2018(05)
[10]QS-GTC60型鋼軌探傷車探傷系統(tǒng)對(duì)中技術(shù)研究[J]. 秦輝,徐嘯. 軌道交通裝備與技術(shù). 2018(05)
博士論文
[1]氦原子23S-23P躍遷精密光譜研究[D]. 鄭昕.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[2]高溫超導(dǎo)全張量磁梯度測(cè)量技術(shù)研究[D]. 申茂冬.吉林大學(xué) 2017
[3]基于相干布居囚禁原理的磁場(chǎng)精密測(cè)量研究[D]. 梁尚清.浙江大學(xué) 2017
[4]時(shí)間差型磁通門傳感器理論建模與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 楊波.南京理工大學(xué) 2015
[5]氦光泵磁測(cè)技術(shù)研究[D]. 張振宇.吉林大學(xué) 2012
[6]高溫超導(dǎo)磁梯度儀關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 趙靜.吉林大學(xué) 2011
碩士論文
[1]地面高精度磁法在賈家堡子鐵礦的探測(cè)應(yīng)用研究[D]. 徐濤.吉林大學(xué) 2018
[2]磁諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 申大得.廣東工業(yè)大學(xué) 2018
[3]基于旋翼無人機(jī)的光泵水平磁梯度測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 竇子優(yōu).吉林大學(xué) 2018
[4]我國(guó)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量估算方法初探[D]. 梁紅姣.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 2018
[5]航磁總場(chǎng)梯度測(cè)量?jī)x器與校正方法研究[D]. 李林.吉林大學(xué) 2018
[6]航空磁梯度張量?jī)x運(yùn)動(dòng)噪聲仿真及其輕便型采集系統(tǒng)研究[D]. 康盼.吉林大學(xué) 2017
[7]可調(diào)諧激光器模塊研制[D]. 劉森.江南大學(xué) 2016
[8]隨機(jī)梯度下降和對(duì)偶坐標(biāo)下降算法的研究與應(yīng)用[D]. 鄧衛(wèi)釗.燕山大學(xué) 2016
[9]銣原子激光光泵磁力儀的研究[D]. 張豪敏.浙江大學(xué) 2016
[10]基于Co基非晶帶和DSP信號(hào)處理的數(shù)字磁通門傳感器研究[D]. 孫磊.江蘇大學(xué) 2015
本文編號(hào)：2963489
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