下载文档原格式
铯光泵磁力仪工作原理
铯光泵磁力仪是一种基于核磁共振现象应用于物质分析的仪器。
它的工作原理是利用核自旋与外磁场相互作用的特性，将样品中的核
自旋通过射频脉冲加以激发，使得核自旋从基态跃迁到激发态。
在激
发态时，如果再施加一个相干的射频场，就可以引起核自旋之间的相
互作用，产生共振吸收信号。
通过测量这个信号的强度和频率，就可
以得到样品中各种核自旋的参数信息。
铯光泵磁力仪的主要组成部分包括超导磁体、射频发生器、探头
和信号处理系统等。
其中，超导磁体产生高强度的静态磁场，射频发
生器产生射频脉冲和相干场，探头用于感应信号，信号处理系统用于
分析处理信号。
在测量过程中，样品被置于探头中的感应线圈中，以与静态磁场
垂直的方向施加高强度的射频场。
此时样品中的核自旋就在静态磁场
的作用下进入稳定的布居状态。
当施加一个相干的射频场时，样品中
的核自旋将从基态跃迁到激发态，此时感应线圈中感应出的信号强度
将会变化。
这个变化被称为共振吸收信号，可以用来确定样品中各种
核自旋的参数信息。
除了上述的共振吸收信号外，铯光泵磁力仪还可以检测到其他类
型的信号，如自由感应信号和自旋回波信号等。
这些信号可以通过不
同的测量方法来解析出样品中核自旋的时序特征，从而得到更为准确
的参数信息。
总而言之，铯光泵磁力仪是一种基于核磁共振现象应用于物质分
析的仪器。
它利用核自旋与外磁场相互作用的特性，通过测量共振吸
收信号等信号类型，得到样品中各种核自旋的参数信息。
在生物医学、材料科学、化学等领域具有广泛的应用前景。
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------磁力仪用途的介绍磁力仪用途的介绍磁力仪就是通过磁敏传感器测量磁场并记录的一种磁法勘测设备。
磁敏传感器是对磁场敏感的元器件，具有把磁学物理量转换为电信号的功能。
它在地学领域中主要是用来测量地磁参量，供地球物理研究和找矿勘探使用。
目前，常用与地学领域中的磁敏传感器主要有质子旋进式磁敏传感器，光泵式磁敏传感器， SQUID（超导量子干涉器）磁敏传感器，磁通门式磁敏传感器，感应式磁敏传感器，半导体磁敏传感器，机械式磁敏传感器等。
应用不同的磁敏传感器所制造出来的磁力仪也分很多种，目前市场上应用比较广的主要有这么 3 种：1. 三分量磁力仪：它是应用磁通门式磁敏传感器研制的，这种磁力仪能够检测 3 个磁场分量和总磁场值，它既可以完成地面的磁法测量，也可以采集矿井下的磁法数据，测量结果精确，但其测量速度较慢，工作效率不高，一般应用在一些复杂的磁场勘探中，如磁偏角，磁倾角的测量，野外找矿一般较少用到。
2. 质子磁力仪：质子旋进式磁敏传感器是利用质子在地磁场中的旋进现象，根1/ 6据磁共振原理研制成功的，用这种传感器制作的测磁仪器，在国内外均得到广泛应用。
由于其轻巧耐用，操作简单方便，工作效率高，测量精度高，稳定性好。
在野外探矿所表现出的优越的性能，所以各种功能的质子磁力仪应运而生，质子梯度磁力仪，高精度质子磁力仪，甚低频磁力仪，步行磁力仪等应用到找矿的各个领域，是地质工作者最好的找矿帮手。
3. 光泵磁力仪：应用光泵式磁敏传感器研制的磁力仪叫做光泵磁力仪，目前光泵磁力仪是最先进的磁法探测设备，已经应用到陆地，航空，海洋等各个领域，其测量精度极高，稳定性极强，是磁法科研的最佳工具。
铯光泵磁力仪安全操作及保养规程前言铯光泵磁力仪是一种用于测量和检测磁场的仪器。
它的工作原理是基于铯原子的吸收谱线来确定磁场的强度。
然而，由于其内部结构比较复杂，使用时必须小心谨慎，否则可能会导致故障或危险事件。
此文档旨在介绍铯光泵磁力仪的操作规程和保养措施，以确保其正常运行并避免危险事件的发生。
操作规程1.准备工作在使用铯光泵磁力仪之前，必须确保它所在的环境符合以下标准：1.磁场干扰极小；2.荷电粒子辐射低；3.有足够的空气流通。
同时还需要做好以下准备工作：1.检查设备的各个部件，确认没有松动，无虚焊和损坏现象；2.仔细检查所有连接器的插头并确认已插牢；3.确认设备的电源线已正确连接。
2.开机操作1.确认设备已正确接通电源，并按下电源开关；2.等待设备启动成功（一般在几秒钟内），确认屏幕正常显示；3.进行零场校准，具体步骤如下：a.零场校准前，要求磁场干扰极小；b.用短路铁短接探测线；c.在软件栏中点击“零场校准”，等待程序运行结束；d.零场校准后，可以在“磁场测量”中查看当前磁场值。
4.进行磁场扫描：a.确认测量区域无任何磁场干扰；b.进入“磁场扫描”模式；c.设定扫描范围;d.点击“扫描”按钮，等待程序完成。
3. 关机操作1.卸下所有连接器的插头，防止在拔下时拔坏；2.按下电源开关，使设备断电；3.关闭设备的电源开关，断开电源线。
保养规程铯光泵磁力仪的日常保养是确保其长久稳定运行的关键。
以下为日常保养规程：1.避免使用时撞击和震动；2.切勿将磁力仪在强磁场下工作或移位；3.定期清洁表面灰尘；4.定期清理磁控模块，长期不清理会导致磁场起伏；5.切勿随意拆卸磁力仪各个部件；6.日常操作完毕后，应尽量将设备关机或搁置干燥、通风、无磁场、荷电粒子低的安全地方；注意事项铯光泵磁力仪是一种高精度、高灵敏度的仪器，使用时应遵循以下注意事项：1.确认使用环境符合要求；2.切勿将磁力仪与强电场和强磁场放在一起工作；3.操作过程中要注意防静电、防污染；4.长时间不使用，室内湿度高时，磁力仪会呈现吸收信号过强、频率重合的现象，这是因为光盘被湿气浸润所致，可把磁力仪放在通风、干燥处，使湿气挥发即可；5.切勿触摸芯片和元器件，以免导致对仪器的损害。
磁力仪简介北京地质仪器厂吴天彪磁学测量仪器，从测量的参数、测量的范围和用途来看，均极为广泛和复杂，本文仅限于介绍用于地磁学研究、磁法矿产资源勘探、环境地球物理学等方面的弱磁场（≤1×10-4 特斯拉）磁感应强度的测量仪器，通称为“磁力仪”。
1 磁力仪的分类及应用目前，常用于弱磁场、特别是地球磁场测量的磁力仪，无论是地磁台站的观测或野外地面磁测、航空、航天、海洋和井中磁测，从磁传感器的工作原理上看，大致可分为三大类[1]，即：（1）基于电磁感应原理的磁通门磁力仪。
（2）基于核磁共振（NMR）原理的质子磁力仪、基于电子自旋共振（ESR）的光泵磁力仪和基于NMR与ESR的欧佛豪森（Overhauser）质子磁力仪（OVM）的共振磁力仪。
（3）基于超导量子干涉原理的超导磁力仪。
根据传感器的特点，所有共振磁力仪只能测定地磁场的总场的磁感应强度，称为标量磁力仪，而磁通门磁力仪和超导磁力仪的读数，既反映磁场的强度也反映磁场的方向，称为矢量磁力仪。
从使用广泛性来看，工作量最大的地面磁测，主力仪器是传统的直流激发的质子磁力仪、其次是光泵磁力仪和欧佛豪森质子磁力仪，在一些强磁区，也使用测量垂直分量的磁通门磁力仪。
航空磁测的主力是光泵磁力仪，目前多用4台仪器组成三维梯度系统，用三分量磁通门仪器作姿态改正。
光泵磁力仪也用于装在飞机上探测潜艇。
高温超导磁力仪用于时域电磁法的磁分量观测，低端灵敏度大大优于传统的感应式磁传感器。
在岩石和矿物的磁性测量及古地磁研究中超导磁力仪也得到广发的应用。
磁通门磁梯度仪和光泵梯度仪多用于探测地下未爆物（UXO）、地下管线、考古等。
在航天领域，地面地磁台站中，三分量的磁通门磁力仪和质子磁力仪得到广泛应用。
磁力仪测定的物理量是磁感应强度，其SI制计量单位是“特斯拉”（Tesla）。
1 Tesla = 103 mT =106 µT = 109 nT = 1012 pT= 1015 f T最常用的单位是nT （纳特）CGSM制的计量单位是“高斯”（Gs），1 T= 10,000 Gs从全球地磁图[2]（图1）可以看出：赤道附近地磁场的磁感应强度约为20,000~30,000nT两极附近地磁场的磁感应强度约为600,000~80,000nT图1 全球地磁图2 磁力仪的主要技术指标以观测地磁场为主要目的的磁力仪，各种不同原理的仪器的主要技术指标，不尽相同，但大多数应有测量范围、灵敏度、分辨力、采样率、绝对精度、梯度容限、工作温度范围等。
磁力仪的传感器原理与阐述一绪论从原理上说，凡是与重力、磁力有关的物理现象都可以用于设计制造重力仪与磁力仪，并用它们来测定重力值和磁力值。
但是重磁勘探要求能测量重力场和磁场的微弱变化，在重力测量中要求能测量出重力全值10-7～10-9量级变化，在磁力测量中，要求能测量出0.1～1nT的磁场变化，它相当于平均地磁场值的1/50万～1/5万。
因此要求重力仪与磁力仪要有高灵敏度、高精度等良好的性能。
磁力仪它是根据永久磁铁与地磁场之间相互力矩作用原理，或利用感应线圈以及辅助机械装置制作的，如机械式磁力仪、感应式航空磁力仪按照磁力仪的发展历史，以及应用的物理原理，可分为：第一代等。
第二代磁力仪它是根据核磁共振特征，利用高磁导率软磁合金，以及复杂的电子线路制作的，如质子磁力仪、光泵磁力仪及磁通门磁力仪等。
第三代磁力仪它是根据低温量子效应原理制作的，如超导磁力仪。
磁力仪按其内部结构及工作原理，大体上可分为：①机械式磁力仪。
如悬丝式磁秤、刃口式磁秤等；②电子式磁力仪。
如质子磁力仪、光泵磁力仪、磁通门磁力仪等。
磁力仪按其测量的地磁场参数及其量值，可分为：①相对测量仪器，如悬丝式垂直磁力仪等，它是测量地磁场垂直分量的相对差值；②绝对测量仪器，如质子磁力仪等，它是测量地磁场总强度的绝对值；不过亦可测量梯度值。
若从磁力仪使用的领域来看，它们可分为：地面磁力仪、航空磁力仪、海洋磁力仪以及井中磁力仪质子磁力仪CSX 1-70型袖二磁力仪所对应的物探方法磁法工作方法（地面磁法）一、工作设计二、野外施工三、观测结果计算四、标本磁性测量五、报告编写工作设计（标准，预算，工作比例尺，误差计算）1、资料收集，编写设计两个规范和一个预算标准《地面高精度磁测技术规程》（DZ/T0071-93）中华人民共和国地质矿产行业标准，原地质矿产部批准新疆1∶5万地面高精度磁测工作细则（试行）2006.2新疆维吾尔自治区1∶5万区域地质矿产调查项目管理办公室地质调查项目预算标准（2010年试用）中国地质调查局2、测区位置、比例尺和测网3、磁测精度：均方误差和平均相对误差1、方法技术(测网和剖面)（1）目的：为了探测地球物理场的特征，需要在勘测区内布置测点，而为了工作上和数据处理及解释上的方便，物探测点的布置一般是按一定的线距和点距进行的，这叫物探测网。
第二章，磁法勘探仪器方法简介2.1 磁法勘探磁异常，进而研究地质构造和矿产资源（或其他探测对象）的分布规律的一种地球物理勘探方法。
测量地磁异常以确定含磁性矿物的地质体及其他探测对象存在的空间位置和几何形状﹐从而对工作地区的地质构造﹑有用矿产分布及其他情况作出推断。
磁性岩体及矿体产生的磁场叠加在地球磁场之上﹐引起地磁场的畸变。
这种畸变一般称为地磁异常。
磁法勘探利用地下体不同矿体，岩体等物质的磁性不同，进而得出磁异常。
2.2 磁法勘探仪器（1），第一代磁力仪。
它是应用永久磁铁与地磁场之间相互力矩作用原理，或利用感应线圈以及辅助机械装置。
如机械式磁力仪、感应式航空磁力仪等。
（2），第二代磁力仪。
它是应用核磁共振特性，利用高磁导率软磁合金，以及专门的电子线路。
如质子磁力仪，光泵磁力仪，及磁通门磁力仪等。
（3），第三代磁力仪。
它是利用低温量子效应，如超导磁力2.2.1 机械式磁力仪器工作原理磁系主要是一根圆柱形磁棒，它悬吊在铬、镍、钛合金恒弹性扁平丝的中央，丝的一端固定于扭鼓，另一端固定于弹簧，压于压丝台上。
工作时磁系旋转轴（悬丝）应是水平的，磁棒摆动面严格垂直于磁子午面。
打开仪器开关后，磁棒绕轴摆动，它受到地磁场垂直强度力、重力、及悬丝扭力三个力矩的作用，当力矩相对平衡时，磁棒会停止摆动。
如右图所示，则平衡方程为：m Zcos(θ)=P d cos(β-θ)+2τθZ ——地磁场垂直分量；m ——磁棒的磁矩；P ——磁系受到的重力；θ——磁棒偏转角；d ——磁系重心到支点的距离；β——d 与磁轴的夹角；τ——悬丝的扭力系数。
上式经变换整理，并考虑到仪器设计中偏转角范围很小，不超过2°，可视θ=tan θ，则得τθ2tan +-=Ph Pa mZ a=d cos β（重心到支点沿磁轴方向距离）；h= d sin β: （重心到支点垂直磁轴方向距离）；在仪器的结构上，利用光系将偏转角θ放大并反映为活动标线在标尺上的偏离格数。
磁力仪简介北京地质仪器厂吴天彪磁学测量仪器，从测量的参数、测量的范围和用途来看，均极为广泛和复杂，本文仅限于介绍用于地磁学研究、磁法矿产资源勘探、环境地球物理学等方面的弱磁场（≤1×10-4 特斯拉）磁感应强度的测量仪器，通称为“磁力仪”。
1 磁力仪的分类及应用目前，常用于弱磁场、特别是地球磁场测量的磁力仪，无论是地磁台站的观测或野外地面磁测、航空、航天、海洋和井中磁测，从磁传感器的工作原理上看，大致可分为三大类[1]，即：（1）基于电磁感应原理的磁通门磁力仪。
（2）基于核磁共振（NMR）原理的质子磁力仪、基于电子自旋共振（ESR）的光泵磁力仪和基于NMR与ESR的欧佛豪森（Overhauser）质子磁力仪（OVM）的共振磁力仪。
（3）基于超导量子干涉原理的超导磁力仪。
根据传感器的特点，所有共振磁力仪只能测定地磁场的总场的磁感应强度，称为标量磁力仪，而磁通门磁力仪和超导磁力仪的读数，既反映磁场的强度也反映磁场的方向，称为矢量磁力仪。
从使用广泛性来看，工作量最大的地面磁测，主力仪器是传统的直流激发的质子磁力仪、其次是光泵磁力仪和欧佛豪森质子磁力仪，在一些强磁区，也使用测量垂直分量的磁通门磁力仪。
航空磁测的主力是光泵磁力仪，目前多用4台仪器组成三维梯度系统，用三分量磁通门仪器作姿态改正。
光泵磁力仪也用于装在飞机上探测潜艇。
高温超导磁力仪用于时域电磁法的磁分量观测，低端灵敏度大大优于传统的感应式磁传感器。
在岩石和矿物的磁性测量及古地磁研究中超导磁力仪也得到广发的应用。
磁通门磁梯度仪和光泵梯度仪多用于探测地下未爆物（UXO）、地下管线、考古等。
在航天领域，地面地磁台站中，三分量的磁通门磁力仪和质子磁力仪得到广泛应用。
磁力仪测定的物理量是磁感应强度，其SI制计量单位是“特斯拉”（Tesla）。
1 Tesla = 103 mT =106 µT = 109 nT = 1012 pT= 1015 f T最常用的单位是nT （纳特）CGSM制的计量单位是“高斯”（Gs），1 T= 10,000 Gs从全球地磁图[2]（图1）可以看出：赤道附近地磁场的磁感应强度约为20,000~30,000nT两极附近地磁场的磁感应强度约为600,000~80,000nT图1 全球地磁图2 磁力仪的主要技术指标以观测地磁场为主要目的的磁力仪，各种不同原理的仪器的主要技术指标，不尽相同，但大多数应有测量范围、灵敏度、分辨力、采样率、绝对精度、梯度容限、工作温度范围等。
光泵原子磁力仪原理答案：光泵原子磁力仪的原理基于铯原子的超精细结构能级在外部磁场的作用下出现的塞曼分裂现象。
当外部磁场B存在时，铯原子能级会分裂，分裂的大小与磁感应强度成比例。
通过精确测定塞曼子能级间的频率，可以计算出外部磁场的大小。
具体实现过程中，无极铯光谱灯发出的光经过圆极化后，通过充有合适缓冲气体的铯气室，实现铯原子的光抽运，即原子全部聚集在某一个塞曼子能级上。
平衡后，铯原子不再吸收光子，光电二极管接收到的是稳定的光强值。
之后，调节铯气室周围的射频线圈中的射频场频率，当射频场RF频率为fL恰好等于塞曼子能级之间的跃迁频率时，引起铯原子在塞曼子能级间的跃迁，铯原子将继续吸收光子，导致光电二极管接收到的光强变小，即获得了塞曼跃迁谱线。
利用锁频装置（包括扫频式和自激式），可以实现系统的闭环锁定，利用频率计测量拉莫尔频率fL，再通过关系式γB=fL 即可求出磁场值。
光泵原子磁力仪是一种高灵敏度的磁场探测量子技术，利用光与原子相互作用实现对磁场的高灵敏度测量。
它利用特定的光束照射某些元素（如铷或氦的样品），在加热或放电激发的条件下，相当大一部分原子磁矩将相对于外磁场作一定方向的有序排列，即原子吸收光的能量由低能级提到高能级。
这种技术的基础是光泵作用和磁共振技术，由于采用磁共振的元素不同，光泵磁力仪分为氦磁力仪和碱金属磁力仪；按采用的电路不同可分为自激式磁力仪和跟踪式磁力仪。
延伸：一、光泵磁力仪的原理及应用光泵磁力仪是一种精确测量磁场的仪器，其原理是利用光泵浦技术将样品中的原子或分子激发到高能级，再通过探测技术来测量磁场的强度和方向。
它广泛应用于物理学、化学、材料科学等领域中的磁场研究和应用中。
二、为什么不能进行单分量的测量光泵磁力仪测量的磁场是由多个分量组成的，因此不能进行单分量的测量。
这是因为，磁场分量中的自由度并不是独立的，如果只测量其中一个分量，就无法得出整个磁场的准确信息。
三、多分量磁场测量方法针对光泵磁力仪不能进行单分量测量的问题，科学家们提出了多分量磁场测量方法。
