● 摘要
近些年来，随着量子物理学的快速发展，为高精度和微型化磁场测量领域带来了新的方法和技术手段。无自旋交换弛豫（SERF）态的实现，使得原子磁强计有可能超越超导量子磁强计成为了灵敏度最高的磁场探测设备。高温与磁屏蔽是达到SERF态必须满足的两类条件，而其中高效的磁屏蔽从技术角度更具挑战性。国内外大量的研究工作集中于利用高导磁材料被动屏蔽外界磁场。这种方法灵敏度高，但却无法对环境磁场进行直接测量。本论文围绕利用原子磁强计实现非屏蔽环境下的磁场主动补偿与测量开展了相关研究，具体研究工作如下：
（1）利用原子自旋在磁场中的变化规律，提出了地磁场下粗补偿与精补偿相结合的原子磁强计磁补偿方法，并针对两种方法设计了具体的实施方案。
（2）设计并实现了原子磁强计磁补偿线圈与电流源系统，在获得线圈大范围均匀区的同时，降低了尺寸公差对均匀性的影响；通过对电流源稳定性的分析，并加入补偿环节，提高了驱动感性负载时的动态性能。
（3）建立了控制系统的闭环模型，设计了控制器并进行了闭环仿真。实现了以DSP与FPGA为核心的控制系统的软硬件设计，制作与调试，包括数据收发传输，锁相放大和PID控制等，利用一套硬件系统可以同时完成对于地磁的粗补偿与精补偿。
（4）对原子磁强计磁补偿实验系统进行了集成并设计了实验方案。完成了对地磁场粗补偿实验，并评估了补偿效果。之后进行了精补偿实验，得到了地磁场的精确值，并估测了带宽。实验证明了系统稳定工作于闭环状态，即粗补偿与精补偿相结合方法的可行性。