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龙图腾网获悉北京航空航天大学申请的专利基于CPT磁强计的磁场闭环跟踪测量方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN117890834B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-02-24发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202410058574.8，技术领域涉及：G01R33/00；该发明授权基于CPT磁强计的磁场闭环跟踪测量方法是由杜鹏程;杨飞帆;霍宪阳;李进;全伟设计研发完成，并于2024-01-15向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于CPT磁强计的磁场闭环跟踪测量方法在说明书摘要公布了：基于CPT磁强计的磁场闭环跟踪测量方法，使用压控振荡器与PID控制实现对外磁场的跟踪以达到实时的磁场测量，为保证磁场实时跟踪测量的可行性，以传递函数分析了闭环输出信号的稳定性以及定性分析了磁场跟踪测量的有效性。作为相干布局囚禁CPT矢量磁强计的探头部分，将受调制的垂直腔面发射激光器VCSEL所产生的多色光输入气室，得到携带磁场信息的光信号经过光电转换和锁相放大器调制解调后获得多个色散信号，进一步调节VCSEL调制信号的中心频率以及频率扫描范围使获得的光信号只有包含磁场信息的色散信号，且扫描中心与色散信号过零点重合，以此为误差信号输入由VCO和PID控制构成的闭环测量系统，实现磁场的实时测量。

本发明授权基于CPT磁强计的磁场闭环跟踪测量方法在权利要求书中公布了：1.基于CPT磁强计的磁场闭环跟踪测量方法，其特征在于，包括向CPT磁强计系统的激光器输入由调制射频信号与直流信号相混合的混合信号以使所述激光器发射的多色激光在透过原子气室后形成携带磁场信息的光信号，所述光信号经过光电探测放大器转换为CPT信号进入锁相放大器中调制解调后获得多个色散信号，并从所述多个色散信号中选择磁敏感色散信号作为闭环跟踪对象，PI控制器或PID控制器根据所述磁敏感色散信号过零点的频率偏移量形成提供给压控振荡器VCO的输入电压变化量，所述压控振荡器VCO为产生所述调制射频信号的射频信号发生器提供时钟信号，通过所述输入电压变化量确定待测磁场变化量； 包括以下步骤： 1多色激光产生 基于CPT磁强计的原理，需要产生两激光频率满足Rb87原子D1线两超精细能级频率差为6.834GHz，将VCSEL激光器锁定在D1线上，再使用射频信号发生器产生3.417GHz信号，通过T型偏置器将射频信号调制进VCSEL激光器的直流信号中，得到多色激光，其中射频信号发生器的基本时钟信号由外部压控振荡器VCO提供，为闭环控制提供保障； 2调制解调CPT信号获得色散信号 射频信号发生器所产生的信号受到三角波函数和正弦波函数频率调制，三角波函数用以实现频率扫描功能，正弦波函数调制光信号，并将正弦波函数信号作为锁相放大器的参考信号输入，解调得到相应的色散信号；由于色散信号与CPT信号有着一一对应的关系，并且色散信号的过零点与CPT信号的峰值点一致，由此利用色散信号测量磁场；在外部磁场的情况下，由于基态的塞曼多重性，形成多个CPT共振；对于碱金属原子磁量子数mF=±1的塞曼子能级频率差会随着磁场变化，频率偏移发生变化，因此所产生的色散信号称为磁敏感色散信号，而mF=0的塞曼子能级频率差保持不变，始终等于超精细能级频率差，被称为磁不敏感色散信号； 3色散信号选择实现及调制信号调整 闭环测量需要对外界磁场感知，因此选择磁敏感色散信号作为闭环跟踪对象；以3.417GHz作为射频调制中心，其产生的色散信号中心为mF=0的磁不敏感信号；因此调整中心频率，使所获得的色散信号中心位置对应于mF=1或mF=-1磁敏感色散信号的过零点处，具体的选择根据实验中峰值的高低决定，此过程同时调节射频信号的扫描范围以实现更加精密的对准； 4闭环系统控制实现 原子磁强计系统等效为一阶惯性环节，开环系统在频域响应中表现为一阶低通滤波器，其中输入是待测磁场，输出是信号电压，两者成色散线关系；其中开环传递函数Gs为： 1 其中G0为直流增益，由色散曲线在零点处的斜率得到；为截止频率，即磁强计测量带宽，其与Rop+Rrel成正比，其中Rrel为弛豫率，Rop为抽运率，两者的和通过色散曲线两极点之间的距离得到，s是拉普拉斯变换中的复变量； 通过负反馈进一步增大带宽，负反馈超过放大器的特性带宽来改善放大器的线性度，所以将负反馈应用于CPT原子磁强计，以提高输出信号的线性度，扩展磁共振带宽；采用PI控制器或PID控制器进行反馈控制，传递函数表示为： 2 其中，KP，KI和KD分别表示比例、积分和微分系数；使用PI控制器能够提高稳定性并消除系统的稳态误差，反馈回路使磁强计移动过程中所经历的磁场保持为0，扩大动态范围； 根据式1和式2的传递函数，可以得到反馈磁场与输入的闭环传递函数Gcloseds及幅频响应Aclosed为： 3 其中，是中间量，通过将PI控制器传递函数GPIs调到较大值，闭环磁强计的幅频响应接近1，这意味着闭环磁强计的振幅再低频范围内测量磁信号时不会衰减，可以提高系统的带宽并增加稳定性，验证磁场闭环控制系统的可行性； 由于CPT信号的峰值与色散信号的过零点相对应，关闭射频调制信号的频率扫描，将此时锁相放大器的输出作为PI负反馈的设定值；当外界磁场发生改变时，磁敏感色散信号中心发生偏移，此时锁相放大器的输出不再为0；利用PI负反馈控制VCO的输入电压，改变射频调制信号的中心频率，使锁相放大器的输出再回到0，将锁相放大器的输出始终控制在色散信号的过零点；当磁场稳定时则回归到上述的闭环测量状态； 5观测VCO输入电压实现磁场测量 VCO的输入电压将会在很小的范围内改变晶振的基本时钟信号频率；对于方案中所使用的VCO，其输入电压变化量与输出时钟信号频率变化量的关系为： 4 其中，kT为输出时钟信号频率变化量与电压变化量的比例系数，单位为HzV； 当时钟基本时钟信号频率发生变化，由于时钟信号特性，其会改变射频信号发生器的输出频率；具体的，若射频信号输入设定为3.417GHz，当VCO因为输入电压减小导致输出频率减小1Hz时，射频的信号输出将会减小341.7Hz； 通过PID控制将锁相放大器的输出始终控制在色散信号的过零点；观测VCO的输入电压变化，利用式4即可得到磁敏感色散信号过零点频率的偏移量；频率偏移量与磁场的变化量可以表示为： 5 其中是铷87的旋磁比；利用式4和式5得到磁场变化量与VCO的输入电压变化量的关系为： 6 进而实现磁场的实时测量。

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