磁敏傳感器較難

磁敏傳感器較難第一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器光泵式磁敏傳感器SQUID（超導(dǎo)量子干涉器）磁敏傳感器磁通門(mén)式磁敏傳感器感應(yīng)式磁敏傳感器半導(dǎo)體磁敏傳感器

霍爾器件、磁敏二極管、磁敏三極管、磁敏電阻機(jī)械式磁敏傳感器光纖式磁敏傳感器磁敏傳感器的種類(lèi)第二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日

質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器是利用質(zhì)子在外磁場(chǎng)中的旋進(jìn)現(xiàn)象，根據(jù)磁共振原理研制成功的。物理學(xué)已證明物質(zhì)是具有磁性的。對(duì)水分子（H2O）而言，從其分子結(jié)構(gòu)、原子排列和化學(xué)價(jià)的性質(zhì)分析得知：水分子磁矩（即氫質(zhì)子磁矩）在外磁場(chǎng)作用下繞外磁場(chǎng)旋進(jìn)。一、質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器的測(cè)磁原理質(zhì)子磁矩旋進(jìn)T

αM

質(zhì)子的旋進(jìn)頻率γp為質(zhì)子旋磁比；T為外磁場(chǎng)強(qiáng)度f(wàn)=γpT

/2π第一節(jié)

質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器第三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日從經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)觀點(diǎn),此公式的來(lái)源均能得以論證。為方便起見(jiàn)，在此采用經(jīng)典力學(xué)的觀點(diǎn)，分析直角坐標(biāo)系中質(zhì)子磁矩的旋進(jìn)情況。設(shè)質(zhì)子磁矩M在外磁場(chǎng)T作用下有一力矩M×T，于是，它和陀螺一樣，其動(dòng)量矩的變化率等于外加力矩，即：動(dòng)量矩變化率第四頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日磁矩三個(gè)分量設(shè)Tz=T(外磁場(chǎng))；Tx=0；Ty=0對(duì)上式中的第一式微分顯然，為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)方程，其解為同理第五頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日αzxyMzM┴MyMx磁矩M旋進(jìn)規(guī)律變化示意圖從上式可看出，Mz是常數(shù)，磁矩M在z軸上的投影是不變的；磁矩M在x軸上的投影是按余弦規(guī)律變化的；磁矩M在y軸上的投影是按正弦規(guī)律變化的。由圖看出：磁矩M在xy平面上的投影的絕對(duì)值是一個(gè)常數(shù)，并且在xy平面上旋進(jìn)。常數(shù)第六頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日綜合起來(lái)看，質(zhì)子磁矩M在外磁場(chǎng)T的作用下，繞外磁場(chǎng)T旋進(jìn)，它的軌跡描繪出一個(gè)圓錐體，旋進(jìn)的角頻率為ω，稱(chēng)為拉莫爾頻率（Larmorfrequency）。根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)方程，可得到：

即：

將此值代入上式γp=（2.67513±0.00002）S-1T-1可見(jiàn)，頻率f與磁場(chǎng)T成正比，只要能測(cè)出頻率f，即可間接求出外磁場(chǎng)T的大小,從而達(dá)到測(cè)量外磁場(chǎng)的目的。需要指出的是：這里沒(méi)有考慮馳豫時(shí)間,是在假設(shè)α角不變、信號(hào)不衰減的前提下分析測(cè)磁原理的。但是，在實(shí)際工作中是有馳豫時(shí)間的，信號(hào)也是衰減的。第七頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)被測(cè)磁場(chǎng)很弱時(shí)，信號(hào)幅度大大衰減。對(duì)微弱的被測(cè)磁場(chǎng)，用一般的核磁共振檢測(cè)方法是接收不到旋進(jìn)信號(hào)的。為了測(cè)得質(zhì)子磁矩M繞外磁場(chǎng)的旋進(jìn)頻率f信號(hào)，必須采取特殊方法：二、磁場(chǎng)的測(cè)量與旋進(jìn)信號(hào)在核磁共振中，共振信號(hào)的幅度與被測(cè)磁場(chǎng)T3/2成正比。使沿外磁場(chǎng)方向排列的質(zhì)子磁矩,在極化場(chǎng)的激勵(lì)下,建立質(zhì)子宏觀磁矩,并使其方向于外磁場(chǎng)方向垂直或接近垂直通常采用預(yù)極化方法或輔助磁場(chǎng)方法來(lái)建立質(zhì)子宏觀磁矩，以增強(qiáng)信號(hào)幅度。具體作法是:用圓柱形玻璃容器裝滿(mǎn)水樣品或含氫質(zhì)子液體，作為靈敏元件，在容器周?chē)@上極化線圈和測(cè)量線圈或共用一個(gè)線圈，使線圈軸向垂直于外磁場(chǎng)T方向。第八頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日在垂直于外磁場(chǎng)方向加一極化場(chǎng)H（該場(chǎng)強(qiáng)約為外磁場(chǎng)的200倍）。在極化場(chǎng)作用下，容器內(nèi)水中質(zhì)子磁矩沿極化場(chǎng)方向排列，形成宏觀磁矩，如下圖所示。預(yù)極化法示意圖H*MMMHTθ當(dāng)質(zhì)子磁矩在旋進(jìn)過(guò)程中切割線圈，使線圈環(huán)繞面積中的磁通量發(fā)生變化，于是在線圈中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)去掉極化場(chǎng)H，質(zhì)子磁矩則以拉莫爾旋進(jìn)頻率繞外磁場(chǎng)旋進(jìn)。第九頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日M

若測(cè)出感應(yīng)電壓的頻率，就可計(jì)算出外磁場(chǎng)的大小。因?yàn)闃O化場(chǎng)H大于外磁場(chǎng)，故此法可使信噪比增大H/T倍。設(shè)外磁場(chǎng)T的磁感強(qiáng)度為0.5×10-4T，極化場(chǎng)H的磁感強(qiáng)度為100×10-4T，則可使信噪比增大200倍。υω=γTt2t在自由旋進(jìn)的過(guò)程中，磁矩M的橫向分量以t2（橫向弛豫時(shí)間）為時(shí)間常數(shù)并隨時(shí)間逐漸趨近于零；在測(cè)量線圈中所接收的感應(yīng)信號(hào)，也是以t2為時(shí)間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律衰減的。M衰減示意圖感應(yīng)信號(hào)衰減示意圖xy第十頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日核心：500cc左右有機(jī)玻璃容器,在容器外面繞以數(shù)百匝的導(dǎo)線,使線圈軸向與外磁場(chǎng)方向大致垂直,線圈中通以1～3A的電流,而形成約0.01T的極化場(chǎng),使水中質(zhì)子磁矩指向極化場(chǎng)H的方向。質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器蒸餾水→T計(jì)數(shù)器放大器線圈質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器的組成E若迅速撤去極化磁場(chǎng),則M的數(shù)值與方向均來(lái)不及變化,弛豫過(guò)程來(lái)不及影響M的行為,此時(shí),質(zhì)子磁矩在自旋和外磁場(chǎng)T的作用下以角速度ω繞外磁場(chǎng)T旋進(jìn)。在旋進(jìn)的過(guò)程中，周期性切割測(cè)量線圈，產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)。由于弛豫過(guò)程的作用，其信號(hào)幅度Vt的大小隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律衰減，其表示式為：第十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日在實(shí)際工作時(shí),線圈軸向與外磁場(chǎng)的夾角θ不正好保持900,由實(shí)測(cè)得知：總磁矩量值與sin2θ成正比例,所以,自由旋進(jìn)感應(yīng)信號(hào)的電壓幅值和sin2θ成比例。又考慮到旋進(jìn)信號(hào)按指數(shù)規(guī)律衰減的特點(diǎn),其感應(yīng)信號(hào)完整表達(dá)式應(yīng)為M0—磁化強(qiáng)度如果接收線圈有W匝,所包圍的面積為S,充填因子為α,則θ角的大小只影響質(zhì)子旋進(jìn)信號(hào)的振幅大小，而并不影響質(zhì)子旋進(jìn)頻率，故在實(shí)際測(cè)量中，探頭無(wú)需嚴(yán)格定向。θ=900時(shí)，信號(hào)最大。質(zhì)子旋進(jìn)信號(hào)強(qiáng)度t2—橫向馳豫時(shí)間；V0—信號(hào)初始幅度。第十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日由實(shí)驗(yàn)得知,對(duì)于幾百cm3的樣品，線圈為數(shù)百匝的傳感器，在較好的情況下，質(zhì)子感應(yīng)信號(hào)僅為0.5mV左右。感應(yīng)信號(hào)的衰減還和外磁場(chǎng)梯度的大小有關(guān)。理論分析和實(shí)驗(yàn)表明：測(cè)量線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)頻率即為質(zhì)子磁矩的旋進(jìn)頻率，這和公式是一致的。用質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器測(cè)量外磁場(chǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：◆精度高，一般在（0.1~10）nT范圍內(nèi)；◆穩(wěn)定性好（因γp是一常數(shù)，其值只與質(zhì)子本身有關(guān)，它的值與外界溫度、壓力、濕度等因素均無(wú)關(guān)）；◆工作速度快，可直讀外磁場(chǎng)nT值；◆絕對(duì)值測(cè)量其缺點(diǎn)是：極化功率大,只能進(jìn)行快速點(diǎn)測(cè)；受磁場(chǎng)梯度影響較大第十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日1.樣品選擇如果設(shè)計(jì)的傳感器系用于磁測(cè)作業(yè)，因水的縱向弛豫時(shí)間t1和橫向弛豫時(shí)間t2較長(zhǎng)，故適合地面操作。選擇樣品一定要選擇水或含有質(zhì)子的液體，如酒精、煤油、甘油等。幾種溶液的馳豫時(shí)間t1、t2數(shù)值見(jiàn)表。溶液時(shí)間/st1t2水2.33煤油0.71如果有自動(dòng)化程度高的測(cè)頻裝置，則可選用t1、t2時(shí)間短的樣品；如果在空中磁測(cè)，由于飛機(jī)航速快，選擇煤油作樣品則是合適的；如果在低溫地區(qū)工作，除考慮t1、t2外，還應(yīng)考慮選擇冰點(diǎn)低（如甘油）的樣品。三、質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器的設(shè)計(jì)第十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日考慮到無(wú)磁性，價(jià)格便宜，加工方便，選擇有機(jī)玻璃材料制作容器是合適的。2.容器的選擇3.激發(fā)與接收據(jù)前述：極化場(chǎng)方向應(yīng)垂直于被測(cè)磁場(chǎng)，極化場(chǎng)的大小應(yīng)大于被測(cè)磁場(chǎng)200倍，被測(cè)磁場(chǎng)按0.5×10-4T計(jì)算，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)選大于100×10-4T的極化場(chǎng)進(jìn)行激發(fā)較妥。為得到大的感應(yīng)信號(hào)，接收線圈的軸向應(yīng)垂直于被測(cè)磁場(chǎng)。必須采用預(yù)極化方式才能接收到旋進(jìn)的感應(yīng)信號(hào)。由實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)果認(rèn)為；容器的直徑和長(zhǎng)之比應(yīng)為l：1.2（1.3）的圓柱形為宜。接收線圈的種類(lèi):地面?zhèn)鞲衅饔脝尉€圈,空中磁測(cè)用雙線圈,地震臺(tái)站用環(huán)形線圈,海洋磁測(cè)用三軸式線圈。第十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日CZM-2型質(zhì)子磁力儀IGS-2/MP-4質(zhì)子磁力儀四、質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器的應(yīng)用CZM-2型質(zhì)子磁力儀磁化系統(tǒng)選頻放大器壓控倍頻器電子門(mén)計(jì)數(shù)器數(shù)字譯碼顯示數(shù)字打印輸出晶振分頻及程序控制穩(wěn)壓器DC+13V-+18V傳感器打印指令+10V自校測(cè)量第十六頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日IGS-2型質(zhì)子磁力儀的系統(tǒng)擴(kuò)展及外設(shè)配置打印機(jī)曲線記錄儀磁帶記錄儀微型計(jì)算機(jī)調(diào)制解調(diào)器IG2-2控制臺(tái)磁力儀MP-4電磁儀EM甚低頻儀VLF計(jì)算機(jī)第十七頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日應(yīng)用范圍1)礦產(chǎn)勘察，根據(jù)礦石中有用礦物質(zhì)具有磁性或有磁性礦物與之共生的特點(diǎn)，進(jìn)行直接找礦，或根據(jù)礦體在成因或空間上與某些磁性地質(zhì)體構(gòu)造有關(guān)的特點(diǎn)，進(jìn)行間接找礦。這些礦包括鐵礦、鉛鋅礦、銅礦等。2)配合礦區(qū)勘探，研究礦體的埋深、產(chǎn)狀和連續(xù)性，研究礦體的形狀、大小，估計(jì)礦床規(guī)模?石油、天然氣勘察，研究與油氣有關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造及大地構(gòu)造等問(wèn)題3)地震前兆監(jiān)測(cè)，火山觀測(cè)以及其它環(huán)境及災(zāi)害地質(zhì)工作4)配合基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查，進(jìn)行地質(zhì)填圖5)對(duì)鐵桶、鐵罐等鐵制品埋藏物定位6)探測(cè)與磁性相關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造7)鐵制軍火偵測(cè)8)斷層定位9)工程勘察10)管線探測(cè)11)環(huán)境勘探12)考古第十八頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日第十九頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日光泵式磁敏傳感器是高靈敏度光泵磁力儀的核心部件。它是以某些元素的原子在外磁場(chǎng)中產(chǎn)生的塞曼分裂為基礎(chǔ)，并采用光泵和磁共振技術(shù)研制成的。第二節(jié)

光泵式磁敏傳感器磁力儀種類(lèi)：按共振元素的不同,分為氦(He)光泵磁力儀,其中又分He3、He4光泵磁力儀;堿金屬光泵磁力儀,其共振元素有銣(Rb85、Rb87)、銫(Cs133)、鉀(K39)、汞(Hg)等。靈敏度高,一般為0.01nT量級(jí),理論靈敏度高達(dá)10-2~10-4nT響應(yīng)頻率高，可在快速變化中進(jìn)行測(cè)量可測(cè)量磁場(chǎng)的總向量T及其分量，并能進(jìn)行連續(xù)測(cè)量利用光泵傳感器做成的測(cè)磁儀器，是目前實(shí)際生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)應(yīng)用中靈敏度較高的一種磁測(cè)儀器。它同質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀相比有以下特點(diǎn)：第二十頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日（一）塞曼效應(yīng)塞曼效應(yīng)是指在外磁場(chǎng)中原子能級(jí)產(chǎn)生分裂的現(xiàn)象。一、氦（He4）光泵式磁敏傳感器的物理基礎(chǔ)xSSNv2v0v1Ov2v0v1zy塞曼效應(yīng)：正常和反常塞曼效應(yīng)正常塞曼效應(yīng)：在弱磁場(chǎng)中,電子自旋量子數(shù)為零時(shí)(S=0)產(chǎn)生的塞曼效應(yīng)。反常塞曼效應(yīng)：在弱磁場(chǎng)中,電子自旋量子數(shù)不為零(S≠0)時(shí)產(chǎn)生的塞曼效應(yīng)光泵式磁敏傳感器，不管是堿金屬Cs、Rb還是He4、He3光泵傳感器，電子自旋量子數(shù)均不為零（S≠0），并且均是在弱磁場(chǎng)中工作，故屬反常塞曼效應(yīng)。π成分σ成分第二十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)原子在弱磁場(chǎng)H中時(shí)，總的軌道動(dòng)量矩Pl和總的自旋動(dòng)量矩Ps之間的“耦合”，沒(méi)有被拆開(kāi)，這時(shí)，原子的殼層動(dòng)量矩Pj將帶著Pl和Ps一起繞磁場(chǎng)H旋進(jìn)。如圖所示。由圖看出，磁場(chǎng)將使原子獲得的附加能量為：HPsPl0HPjPlPs0弱磁場(chǎng)中Pj、Pl、Ps的旋進(jìn)(j·H)——磁場(chǎng)H和殼層磁矩μj之間的夾角。

（二）反常的塞曼效應(yīng)的能級(jí)分裂第二十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日E1+ΔE1E1E2+ΔE2E1E2vv0原子能級(jí)躍遷示意圖g—E能級(jí)的郎得因子；

f0—拉莫爾旋進(jìn)頻率；

—波爾磁子；

h—普朗克常數(shù)；

m—電子質(zhì)量；c—光速。假設(shè)原子躍遷能級(jí)為E1、E2。在外磁場(chǎng)作用下，這兩個(gè)能級(jí)各自有附加能量ΔE1，ΔE2。原子就在附加能量的能級(jí)上產(chǎn)生躍遷。（如上圖所示）。

對(duì)外層電子只有一個(gè)在起作用，只考慮單電子的內(nèi)量子數(shù)，則可導(dǎo)出

磁場(chǎng)將使原子獲得的附加能量第二十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日氦原子有兩個(gè)電子，兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子，核自旋互相抵消，核磁矩為零。在一般情況下，兩個(gè)電子都處在1s軌道，充滿(mǎn)n=l軌道，l=0，表現(xiàn)不出軌道磁矩；根據(jù)泡利不相容原理，兩個(gè)電子的自旋也必然相反，也顯示不出電子的自旋磁矩；因而氦原子在外磁場(chǎng)中不會(huì)產(chǎn)生塞曼分裂，也就無(wú)法利用He4進(jìn)行光泵磁測(cè)了。為使沒(méi)有磁矩的He4產(chǎn)生磁矩，來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)。將一電子激發(fā)到較高能級(jí)的軌道上,另一電于仍處在1s態(tài)(基態(tài))。處在激發(fā)態(tài)的高能級(jí)上的電子,其自旋狀態(tài)有兩種取向：一種是和處在基態(tài)(1s)的電子的自旋方向相同,所表現(xiàn)的總自旋量子數(shù)S=1/2+1/2=1；另一種是相反，S=1/2-1/2=0。（三）氦（He4）原子能級(jí)的塞曼分裂第二十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)S=0時(shí),由于l1=l2=0,所以J=0,即在磁場(chǎng)作用下,能級(jí)不發(fā)生分裂，表現(xiàn)為單重能級(jí)，稱(chēng)這種情況為仲氦。當(dāng)S=l時(shí),由于l1=l2=0,所以J=1,在外磁場(chǎng)作用下,能級(jí)分裂為2J＋1=3個(gè)能級(jí),能級(jí)表現(xiàn)為三重態(tài),這種情況稱(chēng)正氦。通過(guò)對(duì)塞曼效應(yīng)的分析，可得到以下幾點(diǎn)結(jié)論第二十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日2、磁共振的頻率大小取決于相鄰能級(jí)間的能量差（ΔE），ΔE=hv。1、塞曼分裂后，相鄰能級(jí)之間的能量差極小，要觀察這樣小的分裂情況，只有通過(guò)能級(jí)間受激躍遷的方法，也就是用磁共振的方法進(jìn)行檢測(cè)。這里所指的受激躍遷，受激能量來(lái)自光，也就是通常所說(shuō)的光泵（光抽運(yùn)）方式。3、由于塞曼分裂后，磁子能級(jí)間能量很小，信號(hào)只有微伏量級(jí)，要觀察這樣小的信號(hào)，必須外加一射頻場(chǎng)并用電子接收技術(shù)來(lái)完成。4、在磁共振過(guò)程中，其它量子數(shù)不發(fā)生變化，而只有磁量子數(shù)在選擇定則的范圍內(nèi)變化，光泵式磁敏傳感器就是在這種情況下工作的。第二十六頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日He4原子在穩(wěn)態(tài)下既不具有核磁矩,也不具有殼層磁矩,整個(gè)原子不顯示磁性,在外磁場(chǎng)中不產(chǎn)生塞曼能級(jí)分裂。當(dāng)把He4原子中一電子激發(fā)到亞穩(wěn)態(tài)時(shí),對(duì)正氦s=l的情況,則具有電子自旋磁矩。這時(shí)是單個(gè)電子的自旋磁矩,即原子的總磁矩等于電子的總自旋磁矩,即：μJ=μS。由于電子自旋磁矩μJ是在外磁場(chǎng)作用下,故在外磁場(chǎng)方向上的投影為二、氦（He4）光泵式磁敏傳感器的測(cè)磁原理外磁場(chǎng)(弱磁場(chǎng))作用在磁矩上的附加能量γs——電子的總磁矩比第二十七頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日在亞穩(wěn)態(tài)（23s1）中，J=1，mj=0,±1。對(duì)J=1的亞穩(wěn)態(tài)在外磁場(chǎng)中分裂為三個(gè)能級(jí)，兩相鄰磁子能級(jí)間的能量差為：躍遷過(guò)程中輻射的光子能量恰好等于兩相鄰能級(jí)間的能量差，即：由上式可看出：頻率f與外磁場(chǎng)T成正比關(guān)系，只要測(cè)出頻率f即可求得外磁場(chǎng)T的大小。f——輻射頻率；h——普郎克常數(shù)。He4光泵式磁敏傳感器測(cè)磁原理公式第二十八頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日j=1－11－11j=1D123S122P1D1線作用下He4亞穩(wěn)態(tài)原子的光泵作用示意圖00mj利用光使原子磁矩達(dá)到定向排列的過(guò)程,也稱(chēng)光學(xué)取向。（一）光泵作用實(shí)質(zhì)第二十九頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日過(guò)程：在垂直于外磁場(chǎng)方向(即垂直于光軸)加一交變的磁場(chǎng)——射頻場(chǎng)，使射頻場(chǎng)的頻率f0等于相鄰磁子能級(jí)間的躍遷頻率。根據(jù)受激躍遷原則，射頻場(chǎng)將使富集在mj=+1磁子能級(jí)上的原子，產(chǎn)生受激躍遷。首先向mj=0磁子能級(jí)上躍遷，再逐漸向mj=-1的磁子能級(jí)躍遷，使原子的分布規(guī)律服從玻爾茲曼分布規(guī)律。于是原子磁矩的定向排列被打亂，完成了磁共振的整個(gè)過(guò)程。

（二）磁共振作用用射頻場(chǎng)打亂原子磁矩定向排列的過(guò)程。第三十頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日在原子磁矩取向前，吸收室中大量亞穩(wěn)態(tài)正氦原子吸收由氦燈射來(lái)的D線，原子通過(guò)光泵作用將原子磁矩定向排列到某一能級(jí)上去，這時(shí)透過(guò)吸收室的光線相對(duì)較少，稱(chēng)作光弱(暗)；當(dāng)原子磁矩取向時(shí)刻，吸收室內(nèi)的原子磁矩已排列好，不再吸收D線，而透過(guò)吸收室的光相對(duì)變強(qiáng)，稱(chēng)作光強(qiáng)(亮)。當(dāng)發(fā)生磁共振時(shí)，即原子磁矩取向被打亂，吸收D線產(chǎn)生光泵作用而重新取向，此時(shí)為暗。若能測(cè)量出通過(guò)吸收室樣品光線最暗時(shí)的射頻場(chǎng)頻率，即求得磁共振（吸收）頻率。從吸收室光的強(qiáng)或弱（即從光學(xué)檢測(cè)）的角度出發(fā)，分析光泵作用和磁共振作用的全過(guò)程。第三十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日2345891061放大圖2.2-6He4光泵式磁敏傳感器的組成框圖1—高頻激發(fā)振蕩器；2—氦燈；3—透鏡1；4—偏振片；5—/4；6—吸收室；7—RF振蕩器；8—射頻線圈；9—透鏡2；10—光敏元件7He4光泵式磁敏傳感器系由吸收室、氦燈、兩個(gè)透鏡、偏振片、λ/4、光敏元件等元器件組成。三、光泵式磁敏傳感器的組成及工作原理第三十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日首先將測(cè)磁傳感器置于被測(cè)外磁場(chǎng)中，并使傳感器的軸向與外磁場(chǎng)方向平行，其后將高頻激發(fā)振蕩器打開(kāi)，激發(fā)氦燈使發(fā)出D線；激發(fā)He4吸收室使其處于亞穩(wěn)狀態(tài)。這時(shí)燈發(fā)出的D線經(jīng)過(guò)透鏡將D線變成平行光，再經(jīng)偏振片和λ/4變成圓周極化光，直射至吸收室中的亞穩(wěn)態(tài)正氦上，正氦在外磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生塞曼分裂，塞曼能級(jí)2s態(tài)原子吸收D線，躍遷到2P態(tài)而產(chǎn)生光泵作用。He4光泵式磁敏傳感器的工作原理

第三十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日