一种铯光泵磁力仪的探头

摘要

本发明公开了一种铯光泵磁力仪的探头，包括原子吸收室，具有一充有原子气体的球形外壳，其原理是通过铯光谱灯发射的894nm单色光与原子气体相互作用的光泵效应测量外磁场，原子吸收室上绕有激励线圈；光电池，与原子吸收室的球形外壳相切设置，用于检测泵浦光经过原子吸收室射出的光线；通光窗，至少有三个，均匀绕设在球形外壳上，每一通光窗连接一圆筒形的光通道，构成一路光轴，光通道的开口方向朝向背离设置光电池的球形外壳的一侧，相邻两个光轴的夹角相等；铯光谱灯，发出的光经过组合镜片，变为单色的右旋圆偏振光，通过原子吸收室后，照射到光电池上。本发明提供的光泵磁力仪探头工作区域无死角、体积小、能耗低。

权利要求

1.一种铯光泵磁力仪的探头，其特征在于，包括：

原子吸收室，具有一充有原子气体的球形外壳，用于将入射的光线与原子气体相互作用产生泵浦光向外透射；所述原子吸收室上绕有激励线圈；

光电池，与所述原子吸收室的球形外壳相切设置，用于检测泵浦光经过所述原子吸收室射出的光线；

通光窗，有三个，均匀绕设在所述球形外壳上，每一所述通光窗连接一圆筒形的光通道，构成一路光轴，所述光通道的开口方向朝向背离设置所述光电池的所述球形外壳的一侧，相邻两个光轴的夹角相等；三个所述通光窗构成3个光轴，光轴与垂直于所述光电池的直径的夹角呈30度至60度；

铯光谱灯，与所述通光窗数量相同，每一所述铯光谱灯的出光口与每一所述光通道的开口对应设置，通过高频激励发光；

组合镜片，与所述通光窗数量相同，设于每一所述铯光谱灯与所述光通道之间，所述组合镜片包括滤光片，偏振片及1/4玻片，用于将入射的所述铯光谱灯的光线变为894nm的单色右旋圆偏振光；

所述通光窗、原子吸收室为一体式的封闭结构；

或所述通光窗还能够为在所述原子吸收室上开设的通光孔，所述光通道的开口通过透光结构封闭，且所述光通道与所述原子吸收室为一体式密封结构。

2.根据权利要求1所述的铯光泵磁力仪的探头，其特征在于，所述原子吸收室、通光窗为一体式的封闭结构，所述光通道与所述通光窗的连接端形状与所述通光窗的形状相匹配。

3.根据权利要求1所述的铯光泵磁力仪的探头，其特征在于，所述原子气体为铯原子气体。

4.根据权利要求1所述的铯光泵磁力仪的探头，其特征在于，所述组合镜片是由滤光片，偏振片及1/4玻片通过粘结剂依次粘合而成，所述滤光片靠近所述铯光谱灯的出光口。

说明书

一种铯光泵磁力仪的探头

技术领域

[0001] 本发明涉及磁场检测仪器技术领域，特别是涉及一种铯光泵磁力仪的探头。

背景技术

[0002] 铯光泵磁力仪是光检测磁共振磁力仪的一种，可在地磁场下工作，商用的铯光泵磁力仪都工作在光激发工作模式下。对于单个探头，当外磁场与光泵中的铯吸收室的泵浦光照射方向(即光轴)呈某一角度时，铯光泵探头无信号输出，导致铯光泵磁力仪不工作，不能工作的角度区域称为死区。如图1所示，铯光泵磁力仪有2个死区，若以水平方向为0°，光轴方向则为90°，铯光泵磁力仪的探头的死区范围为0°～5°，80°～90°，分别称为赤道死区和两极死区。使用中应当避免外部磁场与探头轴线夹角落入死区。

[0003] 现有技术中，为了解决铯光泵磁力仪的死区问题，通常有2种方案：一种采用万向节类型的机械机构调整探头的角度，如图2所示，这种方法跟踪性能好，精度高，但是如果要做到自动跟踪，则需要复杂的机械机构和控制电路，体积重量和成本都很高。另一种方案是用3个互成45度的独立探头将每个探头的死区互相错开，以能保证在任何情况下至少有一个探头的光轴和外磁场夹角不在死区内。但是这种方法需要3套独立探头，即3个铯吸收室，3个光电器件等，导致由此探头构成的铯光泵磁力仪的体积、重量及功耗同样很大。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种工作区域无死角、体积小、能耗低的铯光泵磁力仪的探头。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种铯光泵磁力仪的探头，包括：

[0006] 原子吸收室，具有一充有原子气体的球形外壳，用于将入射的光线与原子气体相互作用产生泵浦光向外透射；所述原子吸收室上绕有激励线圈；

[0007] 光电池，与所述原子吸收室的球形外壳相切设置，用于检测泵浦光经过所述原子吸收室射出的光线；

[0008] 通光窗，至少有三个，均匀绕设在所述球形外壳上，每一所述通光窗连接一圆筒形的光通道，形成一路光轴，所述光通道的开口方向朝向背离设置所述光电池的所述球形外壳的一侧，相邻两个光轴夹角相等；

[0009] 铯光谱灯，与所述通光窗数量相同，每一所述铯光谱灯的出光口与一所述通光道的开口对应设置，通过高频激励发光；

[0010] 组合镜片，与所述通光窗数量相同，设于每一所述铯光谱灯与所述通光道之间，所述组合镜片包括滤光片，偏振片及1/4玻片，用于将入射的所述铯光谱灯的光线变为894nm的单色右旋圆偏振光。

[0011] 可选的，所述通光窗为三个，形成3路光轴，所述光轴与垂直于所述光电池的直径的夹角呈30度至60度。

[0012] 可选的，所述原子吸收室、通光窗为一体式的封闭结构，所述光通道与所述通光窗的连接端形状与所述通光窗的形状相匹配。

[0013] 可选的，所述通光窗为在所述原子吸收室上开设的通光孔，所述光通道的开口通过透光结构封闭，且所述光通道与所述原子吸收室为一体式密封结构。

[0014] 可选的，所述原子气体为铯原子气体。

[0015] 可选的，所述组合镜片是由滤光片，偏振片及1/4玻片通过粘结剂依次粘合而成，所述滤光片靠近所述铯光谱灯的出光口。

[0016] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的铯光泵磁力仪的探头包括一个原子吸收室、一个光电池，三个通光窗，和与通光窗数量相同的光通道，采用呈一定角度设置在原子吸收室上的多个通光窗和多个光通道，构成了3路互成角度的光轴，使得每路光轴构成的探头的死角互相错开，以能保证在任何情况下至少有一个探头的光轴和外磁场夹角不在死区内，从而实现了探头工作区域无死角。并且本探头只有一个原子吸收室，一个光电池，相比现有的三个独立探头方案：3个铯吸收室，三个光电器件构成的探头来说，部件少了三分之二，使得体积更小，结构紧凑，能耗也相应降低，同时也降低了生产成本。相比现有的采用万向节机构调整机械角度的方案，本方案无需机械装置控制探头的转动，提高了可靠性，降低了成本。

附图说明

[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0018] 图1为现有技术中铯光泵磁力仪探头的工作区域划分图；

[0019] 图2为现有技术中采用万向节调整角度的结构示意图；

[0020] 图3为本发明提供的铯光泵磁力仪的探头的立体图；

[0021] 图4为本发明提供的铯光泵磁力仪的探头的主视图。

具体实施方式

[0022] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023] 本发明的目的是提供一种工作区域无死角、体积小、能耗低的铯光泵磁力仪的探头。

[0024] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0025] 图3为本发明提供的铯光泵磁力仪的探头的立体图；图4为本发明提供的铯光泵磁力仪的探头的主视图。如图3-4所示，本发明提供的铯光泵磁力仪的探头，包括原子吸收室1、光电池2、通光窗3、光通道4、铯光谱灯5和组合镜片6，

[0026] 原子吸收室1，具有一充有原子气体的球形外壳1，用于将入射的光线与原子气体相互作用产生泵浦光向外透射；原子吸收室1上绕有激励线圈7，激励线圈与铯光泵磁力仪的电子电路相连接，用于产生光磁共振测量外磁场。其原理是通过铯光谱灯发射的894nm单色光与原子气体相互作用的光泵效应测量外磁场。

[0027] 光电池2，与原子吸收室1的球形外壳相切设置，用于检测激光经过原子吸收室1射出的光线。

[0028] 通光窗3，有三个，均匀绕设在球形外壳1上，每一通光窗3连接一圆筒形的光通道4，构成一路光轴，光通道4的开口朝向背离设置光电池2的球形外壳的一侧，相邻两个光通道4的中心轴线的夹角相等，即相邻两路光轴的夹角相等。

[0029] 铯光谱灯5，有三个，每一铯光谱灯5的出光口与一通光道4的开口对应设置，通过高频激励发光，该铯光谱灯发出的光包括铯原子的各个光谱谱线，如波长为894nm、852nm的光谱谱线等。

[0030] 组合镜片6，有三个，分别设于每一铯光谱灯5与通光道4之间，组合镜片6包括滤光片，偏振片及1/4玻片，用于将入射的铯光谱灯的光线变为894nm波长的单色右旋圆偏振光。可选的一种实施方式，组合镜片是由滤光片，偏振片及1/4玻片通过粘结剂依次粘合而成，所述滤光片靠近所述铯光谱灯的出光口。保证了入射到原子吸收室内的光是检测所需的光线，避免杂光混入，提高测量精度。

[0031] 作为一种可选的实施方式，如图3和4所示，通光窗3可以为三个，光通道4也为三个，光通道4的中心轴线与垂直于光电池2的直径的夹角呈30度至60度。这样构成了3路互成角度的光轴，使得每路光轴构成的探头的死角互相错开，以能保证在任何情况下至少有一个探头的光轴和外磁场夹角不在死区内，从而实现了探头工作区域无死角。

[0032] 作为一种可选的实施方式，所述原子吸收室1、通光窗3为一体式的封闭结构，光通道4与通光窗3的连接端形状与通光窗3的形状相匹配，现有的原子吸收室本身是一个封闭透光的结构，当然，本发明中原子吸收室1也应当是一个封闭透光的结构，那么在设置通光窗3和光通道4，需要考虑如何保证改进后的原子吸收室也是封闭结构，本实施方式中，原子吸收室1与通光窗3为一体式的封闭结构，即仅通过光通道4限定光线的传播方向，即可实现探头的无死角工作。

[0033] 保证改进后的原子吸收室也是封闭结构的另一种可选的实施方式是通光窗3为在原子吸收室1上开设的通光孔，光通道4的开口通过透光结构封闭，且光通道4与原子吸收室1为一体式密封结构。即在光通道4内也充有原子气体，由光通道4限定光线的传播方向，以实现探头的无死角工作。

[0034] 在上述实施例中，所述原子气体为铯原子气体。

[0035] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

[0036] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。