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计量学报  2025, Vol. 46 Issue (1): 80-86    DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2025.01.13
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近零场高精度矢量原子磁力仪测试标定方法
吴爽1,2,3, 薛洪波1,2, 伏吉庆4, 宋伟1,2, 陶然1,2, 闵泽文1,2,3, 张伟4, 王劲东1,2, 李晖1,2, 李磊1,2
1.中国科学院国家空间科学中心 空间天气学国家重点实验室, 北京 100190
2.中国科学院国家空间科学中心 太阳;活动与空间天气重点实验室, 北京 100190
3.中国科学院大学, 北京 100049
4.中国计量科学研究院, 北京 100029
Test and Calibration Method for High Accuracy Vector Atomic Magnetometer in Near Zero⁃field
WU Shuang1,2,3, XUE Hongbo1,2, FU Jiqing4, SONG Wei1,2, TAO Ran1,2, MIN Zewen1,2,3, ZHANG Wei4, WANG Jindong1,2, LI Hui1,2, LI Lei1,2
1.State Key Laboratory of Space Weather, National Space Science Center, Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190, China
2.Key Laboratory of Solar Activity and Space Weather, National Space Science;Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
3.University of Chinese Academy of;Science, Beijing 100049, China
4.National Institute of Metrology, Beijing 100029, China
全文: PDF (1328 KB)   HTML (1 KB) 
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 面向深空磁场探测应用的矢量原子磁力仪,不仅需要在弱场下具备较高的灵敏度,还需要具有长期准确测量能力。故需要对矢量原子磁力仪在近零场下的灵敏度和线性度,尤其是准确度方面的性能指标进行地面测试标定。由于目前国家标准计量机构暂时没有可对微弱磁场强度下的磁力仪进行直接测试标定的装置,故提出了一种近零场下间接的测试标定装置和方法。在磁屏蔽筒内利用经过计量标定的CPT原子磁力仪对磁场发生线圈进行标定,通过标定过的线圈产生微弱人工磁场,结合零点旋转测试标定方法,实现对磁力仪准确度的测试标定。完成了近零场高精度原子磁力仪传感器的测试标定和不确定度分析,在±5 nT量程范围内线性度为0.03%,零点合成不确定度为12.90 pT,测量值合成不确定度为15.80 pT。
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吴爽
薛洪波
伏吉庆
宋伟
陶然
闵泽文
张伟
王劲东
李晖
李磊
关键词 磁学计量矢量原子磁力仪近零场测试标定线性度不确定度    
Abstract:Vector atomic magnetometers for deep space magnetic field detection applications not only need to have high sensitivity in weak fields, but also need to have long-term accurate measurement capabilities. Therefore, it is necessary to test and calibrate the sensitivity and linearity of the vector atomic magnetometer in the near zero field, especially the performance of accuracy. At present, there is no device that can directly test and calibrate the magnetometer under weak magnetic field in the national standards and metrology institution. An indirect test and calibration device and method under near zero field is proposed. In the magnetic shielding cylinder, the magnetic field generating coil is calibrated by the calibrated CPT atomic magnetometer. The calibrated coil generates a weak artificial magnetic field. Combined with the zero-point rotation test calibration method, the accuracy of the magnetometer is calibrated. The test calibration and uncertainty analysis of the near zero-field high precision atomic magnetometer sensor are completed. The linearity within the ±5 nT range is 0.03%, the zero-point uncertainty is 12.90 pT, and the accuracy is 15.80 pT.
Key wordsmagnetic metrology    vector atomic magnetometer    near zero-field    test and calibration    linearity    uncertainty analysis
收稿日期: 2024-04-24      发布日期: 2025-01-14
PACS:  TB972  
基金资助:民用航天预先研究资助项目(D030202); 中国科学院青年创新促进会(2018181)
通讯作者: 伏吉庆(1987-),山西太原人,中国计量科学研究院副研究员,从事磁学计量测量、磁力仪及磁场控制研究。 Email:fujq@nim.ac.cn      E-mail: fujq@nim.ac.cn
作者简介: 吴爽(1999-),河南商丘人,中国科学院国家空间科学中心硕士研究生,研究方向为矢量原子磁力仪。Email:wushuang21@mails.ucas.ac.cn;薛洪波(1982-),吉林东丰人,中国科学院国家空间科学中心研究员,从事量子精密测量、原子磁力仪及其航空航天应用研究。 Email:hbxue@nssc.ac.cn;
引用本文:   
吴爽, 薛洪波, 伏吉庆, 宋伟, 陶然, 闵泽文, 张伟, 王劲东, 李晖, 李磊. 近零场高精度矢量原子磁力仪测试标定方法[J]. 计量学报, 2025, 46(1): 80-86.
WU Shuang, XUE Hongbo, FU Jiqing, SONG Wei, TAO Ran, MIN Zewen, ZHANG Wei, WANG Jindong, LI Hui, LI Lei. Test and Calibration Method for High Accuracy Vector Atomic Magnetometer in Near Zero⁃field. Acta Metrologica Sinica, 2025, 46(1): 80-86.
链接本文:  
http://jlxb.china-csm.org:81/Jwk_jlxb/CN/10.3969/j.issn.1000-1158.2025.01.13     或     http://jlxb.china-csm.org:81/Jwk_jlxb/CN/Y2025/V46/I1/80
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