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超高灵敏极弱磁场与惯性测量科学装置与零磁科学展望 被引量：6
1
作者 房建成 魏凯 +2 位作者 江雷 向岷 陆吉玺 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期298-324,共27页
超高灵敏极弱磁场与惯性量子精密测量技术已被广泛应用于人体脑磁和心磁等生物磁信号成像领域,以及暗物质和第五力探测、固有电偶极矩测量和基本对称性破缺验证等前沿基础物理探索,为认识物质世界提供了强有力的工具;同时在磁异常探测... 超高灵敏极弱磁场与惯性量子精密测量技术已被广泛应用于人体脑磁和心磁等生物磁信号成像领域,以及暗物质和第五力探测、固有电偶极矩测量和基本对称性破缺验证等前沿基础物理探索,为认识物质世界提供了强有力的工具;同时在磁异常探测和高精度惯性导航系统等国家安全领域有着迫切应用需求。继续冲击超高灵敏度测量纪录和打造极弱磁场环境,是进一步探索基础物理研究边界、拓展生物磁成像应用和服务国家战略需求的关键。首先,对超高灵敏极弱磁场与惯性测量科学装置和基础应用进行概要介绍,涉及工作原理、系统组成和设计分析方法。然后,对无自旋交换弛豫原子磁强计和零磁空间进行概要分析,为指标性能进一步提升提供思路。最后,虽然强磁场环境下物性研究已经取得丰硕成果,但是极弱磁场环境中的基础科学研究十分匮乏,提出零磁科学基础研究设想,基于超高灵敏极弱磁场与惯性测量科学装置的技术基础,利用极弱磁场环境、超高灵敏磁测量和精密磁场操控方法,开展零磁医学、零磁生物学、零磁化学和零磁材料学的基础科学研究,有望构建零磁科学系统理论。 展开更多
关键词 极弱磁场与惯性测量 磁屏蔽空间 生物磁信号成像 超标准模型探索 零磁科学
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微机械陀螺中永磁薄膜表面磁场分布仿真
2
作者 施江焕 马丹跃 +4 位作者 吴琼 吴梓坚 黄腓力 陈杭武 吕沛 《中国测试》 CAS 北大核心 2024年第4期16-23,共8页
基于隧道磁电阻效应的微机械陀螺中,磁场的产生和分布是决定器件性能的重要因素。该文以NdFeB永磁薄膜为磁场源,利用基于有限元法的Comsol Multiphysics软件对NdFeB永磁薄膜表面磁场进行系统分析,研究不同薄膜厚度下的薄膜表面磁场分布... 基于隧道磁电阻效应的微机械陀螺中,磁场的产生和分布是决定器件性能的重要因素。该文以NdFeB永磁薄膜为磁场源,利用基于有限元法的Comsol Multiphysics软件对NdFeB永磁薄膜表面磁场进行系统分析,研究不同薄膜厚度下的薄膜表面磁场分布的均匀性及隧道磁阻敏感轴方向磁场分量的变化率。研究发现,随着薄膜厚度的增加,薄膜表面磁场和磁场变化率也在变大,薄膜厚度为20μm时,薄膜所产生的磁场变化率可达0.43 mT/μm。考虑到薄膜阵列化可以有效抑制薄膜过厚所导致的薄膜与基底附着力变弱的问题,该文通过改变设计参数,研究NdFeB永磁厚膜一维阵列的表面磁场分布。发现阵列单元的厚度和宽度增加时,阵列的磁场强度和磁场变化率也会变大,而间距增加会导致薄膜阵列的表面磁场和磁场变化率降低。 展开更多
关键词 表面磁场分布 薄膜阵列 磁场变化率
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SERF原子磁强计自适应参数标定方法研究 被引量：2
3
作者 郑梦羚 宋欣达 +2 位作者 周斌权 索宇辰 齐胜杰 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1-9,共9页
由于串扰、AC-Stark效应等因素的影响,导致SERF原子磁强计的空间位置(三维坐标以及灵敏轴指向)以及增益系数发生偏差,直接影响磁源定位的精度。针对以上问题,提出了一种自适应的SERF原子磁强计参数标定方法。基于磁偶极子模型设计了标... 由于串扰、AC-Stark效应等因素的影响,导致SERF原子磁强计的空间位置(三维坐标以及灵敏轴指向)以及增益系数发生偏差,直接影响磁源定位的精度。针对以上问题,提出了一种自适应的SERF原子磁强计参数标定方法。基于磁偶极子模型设计了标定装置,装置由24个精密加工的圆线圈组成,用来施加标定磁源。提出了一种改进的自适应精英遗传算法,以同时标定磁强计的相关参数。实验结果表明,算法拟合得到的实际磁场曲线和理论磁场曲线之间的平均相关系数为99.55%,x轴坐标值漂移最明显,平均绝对偏差为2.63 mm,灵敏轴的平均绝对偏差为8.21°,这意味着在磁源定位前,需要对传感器参数进行准确测量。提出的标定方法对于提高磁源定位精度具有一定的参考意义。 展开更多
关键词 SERF原子磁强计 自适应精英遗传算法 磁偶极子 标定
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SERF原子自旋惯性测量耦合系综响应模型研究
4
作者 徐子童 魏凯 +2 位作者 翟跃阳 全伟 房建成 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第19期3-10,共8页
无自旋交换弛豫(SERF)原子自旋惯性测量装置在前沿基础物理探索以及惯性导航领域具有广泛应用前景。建立了SERF原子自旋惯性测量装置的耦合系综动力学响应模型,通过仿真和实验量化分析了耦合系综动力学响应的影响因素,厘清了偏置磁场、... 无自旋交换弛豫(SERF)原子自旋惯性测量装置在前沿基础物理探索以及惯性导航领域具有广泛应用前景。建立了SERF原子自旋惯性测量装置的耦合系综动力学响应模型,通过仿真和实验量化分析了耦合系综动力学响应的影响因素,厘清了偏置磁场、耦合自旋系综极化率和弛豫率等因素对准静态响应信号的影响。发现在强耦合点与自补偿点处,动态响应速度存在75倍的显著差异。进一步分析了偏置磁场、极化率和弛豫率对不同原子组合的惯性测量装置响应系数的影响。发现在自补偿点处存在最优极化率,使惯性测量装置的角速度响应系数最高,此最优点与原子种类和电子自旋弛豫率相关,可以通过降低电子自旋弛豫率将角速度响应系数提升近1倍。明确了通过优化电子自旋极化率和抑制电子自旋弛豫率可以进一步提升SERF原子自旋惯性测量灵敏度和动态性能,有望拓展其在惯性导航和基础物理探索中的应用。 展开更多
关键词 测量 无自旋交换弛豫 惯性测量装置 原子自旋耦合系综 动力学响应模型 自补偿
原文传递
SERF原子自旋陀螺仪中的碱金属气室无磁加热高精度温度控制
5
作者 刘进容 李伟 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3288-3296,共9页
碱金属气室的温度波动与磁噪声是制约无自旋交换弛豫原子自旋陀螺仪灵敏度提升的关键因素。针对这两个问题,采用激光加热方式对气室进行无磁加热,从根本上消除磁噪声,在气室加热面及相邻上下两面装载石墨烯薄膜,进行光热转换、热传导以... 碱金属气室的温度波动与磁噪声是制约无自旋交换弛豫原子自旋陀螺仪灵敏度提升的关键因素。针对这两个问题,采用激光加热方式对气室进行无磁加热,从根本上消除磁噪声,在气室加热面及相邻上下两面装载石墨烯薄膜,进行光热转换、热传导以及避免杂散光干扰;采用线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)与热管理技术相结合的方式,提高碱金属气室的控温精度与稳定度。设计基于温控系统的线性自抗扰控制器;从热传导、热对流、热辐射三方面出发设计热结构,优选石墨烯薄膜;搭建碱金属气室温控系统实验平台。研究结果表明,采用LADRC与热管理技术的碱金属气室温控系统的控温精度为±0.003℃,控温稳定度为6 mK。所得研究结果为后续原子自旋陀螺仪灵敏度的提升奠定了基础。 展开更多
关键词 SERF原子自旋陀螺仪 碱金属气室 无磁加热 线性自抗扰控制 热管理技术
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