【技术实现步骤摘要】
一种全光纤导入的serf原子磁强计，用于心脑磁磁场测量，属于量子传感与精密测量领域。
技术介绍
1、serf(spin-exchange relaxation-free)原子磁强计是一种运行在serf态下的新型碱金属原子磁强计，灵敏度高，并且具有非低温操作、高空间分辨率等优点。
2、通过serf原子磁强计测量心脑磁磁场，获取心脏和大脑的极弱磁信号，可以绘制出心脏和大脑的三维磁图，三维磁图可以呈现现有的心电、脑电图无法呈现的信息，如心肌梗死，心肌缺血，心绞痛等心脏疾病都可以通过对心脏和大脑磁场信号的检测提早发现，结合心电，脑电图，可以帮助医生准确定位病灶点，为疾病的治疗和预防提供了新的方法。除此之外，在阿尔茨海默症，癫痫，帕金森等脑部疾病治疗研究领域，以及人类认知、情感等脑科学研究领域，脑磁图的绘制也能为研究提供新的方法手段。
3、serf原子磁强计作为心、脑磁图仪的核心传感器，是一种非侵入式的传感器，serf原子磁强计在人体心脏和头部有限空间内的探头数量直接决定了心脑磁图检测的分辨率。因此，用于医疗领域的心脑磁检测的serf原子磁强计，不仅需要减小外界磁场干扰，还需要尽可能减小探头体积以增加单位空间内的探头数量，实现高精确度、高灵敏度和高分辨率的心脑磁测量。
4、现有的用于心脑磁测量的serf原子磁强计，使用插入式光纤，配合光纤准直器对光纤输出的激光进行准直，光纤准直器的体积较大，serf原子磁强计探头的体积也受限于光纤准直器的体积，而采用的加热碱金属气室的方式为电加热方式，即通过电流的热效应
5、综上所述，现有技术存在如下技术问题：
6、不仅体积大，还易因采用电加热方式引入的高频磁噪声而降低心脑磁测量的灵敏度和准确度的问题。
技术实现思路
1、针对上述研究的问题，本专利技术的目的在于提供一种全光纤导入的serf原子磁强计，解决现有技术不仅体积大，还易因采用电加热方式引入的高频磁噪声而降低心脑磁测量的灵敏度和准确度的问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于全光纤导入的serf原子磁强计，包括激光光源，与激光光源的出射端相连接的保偏光纤，与保偏光纤相连接用于测量工作温度和补偿工作磁场的serf原子磁强计，与serf原子磁强计通过信号线缆相连接的电子测控系统；
4、电子测控系统接收工作温度信号控制激光光源来控制加热温度，电子测控系统控制serf原子磁强计补偿工作磁场；
5、温度控制至预设工作温度并达到稳定和工作磁场补偿后，serf原子磁强计进入serf状态进行磁场测量。
6、进一步，所述serf原子磁强计包括碱金属气室、超透镜、波片、偏振分光棱镜、石墨烯导热膜、温度测量装置、光电探测器和磁补偿装置，波片包括1/4波片和1/2波片，超透镜包括超透镜a和超透镜b，光电探测器包括光电探测器a、光电探测器b和光电探测器c；
7、所述碱金属气室内充有碱金属气体和缓冲气体，在工作状态下，碱金属气体处于serf状态；
8、由激光光源发射的波长为770nm的抽运激光经保偏光纤导入到serf原子磁强计后，先经过超透镜b准直后入射到1/4波片上变为圆偏振光后，从x方向入射至碱金属气室，出射后由光电探测器(a接收；
9、由激光光源发射的波长为795nm的检测激光经保偏光纤导入到serf原子磁强计后，先经过超透镜a准直后入射到1/2波片上变为线偏振光后，从z方向入射至碱金属气室，从碱金属气室出射后经过偏振分光棱镜分为2束后分别由光电探测器b和光电探测器c接收，其中，光电探测器b和光电探测器c共同组成了一个差分装置；
10、由激光光源发射的波长为975nm的加热激光经保偏光纤导入到serf原子磁强计后，先经过超透镜a后从y方向入射至碱金属气室，通过照射石墨烯导热膜对气室进行加热；
11、温度测量装置用于测量碱金属气室的工作温度，温度测量装置将温度测量信号通过信号线缆传至电子测控系统，由电子测控系统控制加热激光进行加热；由电子测控系统控制磁补偿装置补偿工作磁场；
12、电子测控系统接收光电探测器a获取的光电探测信号经信号进行解算，得到碱金属气室内碱金属原子的极化率，使碱金属气室中的碱金属气体处于serf状态；
13、电子测控系统接收光电探测器b和光电探测器c获取的光电探测信号经信号进行解算得到待测的磁场信息。
14、进一步，所述的电子测控系统包括：
15、通过信号转换模块接收温度测量装置发出的工作温度信号的温度控制模块，温度控制模块产生温度控制信号，控制加热激光对碱金属气室进行加热；
16、通过信号转换模块接收磁补偿装置发出的工作磁场补偿信号的磁场控制模块，磁场控制模块产生补偿信号控制磁补偿装置对碱金属气室补偿工作磁场；
17、通过信号转换模块接收光电探测器a发出的光电探测信号并解算出碱金属气室内的碱金属原子的极化率、接收光电探测器b和光电探测器c发出的光电信号解算出待测的磁场信号的光电信号处理模块。
18、进一步，所述碱金属气室外侧面贴附有石墨烯导热膜，石墨烯导热膜在检测激光和抽运激光通过面设置有通光孔。
19、进一步，所述温度测量装置贴附在碱金属气室被加热激光照射面的对侧面外。
20、进一步，所述的磁补偿装置为三维线圈，所述三维线圈置于碱金属气室外围。
21、进一步，所述serf原子磁强计的所有部件都由无磁材料制成。
22、进一步，所述信号线缆为双绞屏蔽线缆。
23、本专利技术同现有技术相比，其有益效果表现在：
24、一、本专利技术综合考虑serf原子磁强计在心脑磁测量领域的使用场景和需求，接收其内温度传感装置测量得到的温度信号，来控制加热激光，使碱金属气室工作在恒定的工作温度，并采用磁场补偿装置补偿工作磁场，以实现补偿屏蔽外界磁场，实现此目的运用超透镜对激光进行准直，相较于传统透镜，超透镜体积更小，聚焦准直能力更好，相较于传统的利用自准焦透镜制作的光纤准直器，超透镜体积大大减小，可直接安装在磁强计内部，更易集成，使整体结构简单，大大缩小了磁强计体积，能够提升心脑磁测量的空间分辨率，即本专利技术采取的方案可以有效降低噪声干扰，减小探头体积，提高心脑磁测量中单位体积内的探头数量，进而提高了serf原子磁强计在心脑磁测量中的极弱磁信号分辨率和测量灵敏度；
25、二、本专利技术采用激光加热的方式，消除了电加热方式由于电流的磁效应而引入的高频磁噪声干扰，并利用优质石墨烯进行导热，使碱金属气室受热均匀，进一步提升了加热效率和保温效果；
26、三、本专利技术中的serf原子磁强计用于对极微弱磁场信号进行探测检测，所有的部件采用无磁材料制成，目的是为了减少干扰，有效对外界磁场进行屏蔽；
27、四、本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于全光纤导入的SERF原子磁强计，其特征在于，包括激光光源(1)，与激光光源(1)的出射端相连接的保偏光纤(4)，与保偏光纤(4)相连接用于测量工作温度和补偿工作磁场的SERF原子磁强计(2)，与SERF原子磁强计(2)通过信号线缆(13)相连接的电子测控系统(3)；
2.根据权利要求1所述的一种全光纤导入的SERF原子磁强计，其特征在于，所述SERF原子磁强计(2)包括碱金属气室(5)、超透镜(6)、波片(7)、偏振分光棱镜(8)、石墨烯导热膜(9)、温度测量装置(10)、光电探测器(11)和磁补偿装置，波片(7)包括1/4波片(701)和1/2波片(702)，超透镜(6)包括超透镜A和超透镜B，光电探测器(11)包括光电探测器A(1101)、光电探测器B(1102)和光电探测器C(1103)；
3.根据权利要求2所述的一种基于全光纤导入的SERF原子磁强计，其特征在于，所述的电子测控系统包括：
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种基于全光纤导入的SERF原子磁强计，其特征在于：所述碱金属气室(5)外侧面贴附有石墨烯导热膜(9)
5.根据权利要求1所述的一种基于全光纤导入的SERF原子磁强计，其特征在于，所述温度测量装置(10)贴附在碱金属气室(5)被加热激光(102)照射面的对侧面外。
6.根据权利要求5所述的一种基于全光纤导入的SERF原子磁强计，其特征在于，所述的磁补偿装置为三维线圈(12)，所述三维线圈(12)置于碱金属气室(5)外围。
7.根据权利要求1所述的一种基于全光纤导入的SERF原子磁强计，其特征在于，所述SERF原子磁强计(2)的所有部件都由无磁材料制成。
8.根据权利要求1所述的一种基于全光纤导入的SERF原子磁强计，其特征在于，所述信号线缆(13)为双绞屏蔽线缆。
...【技术特征摘要】
1.一种基于全光纤导入的serf原子磁强计，其特征在于，包括激光光源(1)，与激光光源(1)的出射端相连接的保偏光纤(4)，与保偏光纤(4)相连接用于测量工作温度和补偿工作磁场的serf原子磁强计(2)，与serf原子磁强计(2)通过信号线缆(13)相连接的电子测控系统(3)；
2.根据权利要求1所述的一种全光纤导入的serf原子磁强计，其特征在于，所述serf原子磁强计(2)包括碱金属气室(5)、超透镜(6)、波片(7)、偏振分光棱镜(8)、石墨烯导热膜(9)、温度测量装置(10)、光电探测器(11)和磁补偿装置，波片(7)包括1/4波片(701)和1/2波片(702)，超透镜(6)包括超透镜a和超透镜b，光电探测器(11)包括光电探测器a(1101)、光电探测器b(1102)和光电探测器c(1103)；
3.根据权利要求2所述的一种基于全光纤导入的serf原子磁强计，其特征在于，所述的电子测控系统包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，李致寰，杨慧昕，刘进容，屈少涛，魏震国，李婉晴，张舒怡，房建成，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。