具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如前所述，磁力仪能够探测所处位置环境磁场的磁感应强度，提供周围空间环境或目标物体的磁场信息。金刚石NV色心磁力仪基本原理为：在金刚石四面体原子结构内，将位于中心的碳原子用氮原子(N)替代，并去掉与之成键的四个碳原子之一形成空位(Vacancy)，该结构为自然电荷态缺陷NV⁰，同时为稳固成键，从周围环境吸收一个电子，形成一种负电荷态缺陷NV^-，该负电荷态缺陷对各种物理量具有更高的敏感性，故被更广泛研究，负电荷态缺陷NV^-通常简化表示为NV。该金刚石NV缺陷结构在室温下存在三重自旋量子态，它的|0>态与|±1>态之间存在零场分裂能D_gs，基于塞曼效应，它的|+1>态与|-1>态因环境磁场的作用而退兼并，|±1>态间的能级差，也即|+1>态与|-1>态的能级间隔Δ＝2γB_z，γ为NV旋磁比，B_z为环境磁场在NV对称轴的投影大小，即|±1>态间的能级差与环境磁场沿NV对称轴投影呈线性关系，B_z也可用于表示金刚石NV色心区域内磁场幅值。

通过在垂直于NV对称轴平面内对金刚石NV缺陷外加交流微波磁场，可以操作NV量子态间的跃迁。该金刚石NV缺陷的磁敏微波跃迁可以通过光探测磁共振(ODMR)技术探测，其依赖于光泵浦金刚石NV缺陷过程中磁共振跃迁所致的光强减弱变化。ODMR技术，即利用光泵浦将NV缺陷极化至激发态|0>，扫描微波磁场频率至共振频率，使NV量子态从|0>态跃迁至激发态|±1>态，而激发态|±1>态会经过一条无辐射衰减路径自发衰减至亚稳态单重态，并由此单重态几乎等概率跃迁回基态|0>与|±1>，由于该过程非光辐射，因此会导致因泵循环产生的背景光强的减少。

金刚石NV色心磁力仪因其小尺寸与高灵敏度，可以在较高空间分辨率下实现零磁场的探测，故在磁场成像领域有巨大潜力。但一方面，金刚石NV缺陷由于考虑超精细结构与核自旋因素，NV缺陷的磁敏微波跃迁在大约0.08mT以下重叠，在0.08mT以上完全分开，而重叠部分的跃迁由于考虑核自旋态无法正确反映磁场信息，故该因素导致金刚石NV色心磁力仪在80uT以下磁场存在测量盲区，以至金刚石NV色心磁力仪在磁场探测方面存在缺陷；另一方面，考虑金刚石NV色心磁力仪的本底噪声，该噪声主要由所用激光发生装置发出的激光强度噪声、光子散粒噪声、电子底噪与环境噪声组成，其中光子散粒噪声谱近似白噪声谱，磁力仪无法分辨噪声谱附近的磁场幅值，测量结果将被噪声覆盖，导致测量结果偏大，不具备参考性，故金刚石NV色心磁力仪的测量灵敏度很大程度上也受磁力仪本底噪声限制。

有鉴于此，本发明提出通过增设磁通聚集器放大待测磁场，以便解决由于磁敏跃迁的重叠与金刚石NV色心磁力仪的本底噪声共同导致的灵敏度与测量范围受限问题。

本发明实施例提供的一种包含磁通聚集器的金刚石NV色心磁力仪，包括：金刚石NV色心薄片样品和至少一个磁通聚集器；其中，磁通聚集器具有两个平行相对的底面，用于聚集磁通，磁通聚集器的底面与金刚石NV色心薄片样品的底面平行设置，磁通聚集器的底面所聚集的磁通线穿过金刚石NV色心薄片样品。金刚石NV色心薄片样品的底面，即薄片结构中面积最大的面。优选地，为确保聚集磁通的效果，磁通聚集器的底面之一可与金刚石NV色心薄片样品的底面紧贴，或间隔不超过1mm。

本发明中，金刚石NV色心磁力仪包括磁通聚集器与磁传感器(即金刚石NV色心薄片样品)，磁通聚集器的设计应考虑工作过程中引入的磁场噪声应低于金刚石NV色心磁力仪本身的散粒噪声，即，该磁通聚集器的磁场增益应满足将待测磁场放大至可测量范围内与本底噪声以上范围内，并且磁通聚集器所引入的磁场噪声应尽可能低，以免覆盖待测磁场幅值。使用时，磁通聚集器将引起待测磁场幅值的放大，放大倍数与磁通聚集器的几何形状和相对磁导率相关。基于对磁通聚集器的优化设计，可以在保持一定的空间分辨率基础上，探测超出金刚石NV色心磁力仪磁场灵敏度的微弱磁场，实现高灵敏度、宽测量范围的磁力测量。

优选地，为更好地聚集磁通，磁通聚集器可采用一端大一端小的结构，且小的一端更贴近金刚石NV色心薄片样品，即，磁通聚集器的两个底面的面积不等，且面积更小的一端底面靠近金刚石NV色心薄片样品，作为磁通释放端，面积更大的一端相对远离金刚石NV色心薄片样品，作为磁通接收端。

考虑到磁通聚集器的磁场增益应足够大，磁通聚集器优选采用高导磁材料制成，相对磁导率大于1000。更进一步地，磁通聚集器的材料可选用铁氧体或者坡莫合金等高导磁材料。

在一些优选实施方式中，该金刚石NV色心磁力仪包括两个磁通聚集器，两个磁通聚集器同轴相对间隔设置，金刚石NV色心薄片样品设于两个磁通聚集器之间，即两个磁通聚集器分设于金刚石NV色心薄片样品的两个底面的两侧。通过间隔设置两个相对的磁通聚集器，在二者之间的间隔(或称空隙)内设置金刚石NV色心薄片样品，同样能够获得较好的磁场增益效果。该金刚石NV色心磁力仪包括两个相对设置的磁通聚集器时，放大倍数除与单个磁通聚集器的几何形状和材料相对磁导率相关之外，还与磁通聚集器之间的间隔大小相关，间隔越小，磁场放大倍数越大，均匀度越好，必要时，可通过增大两个磁通聚集器之间的间隔来调整磁场增益倍数。

在一些优选实施方式中，单个磁通聚集器的几何形状可为长棒状、圆锥状、三角状、T形棒状或角状。长棒状，即长方体棒，三角状，即具有厚度的三角形，T形棒状就形状而言，可以看作由两个同宽同高仅长度不同的、垂直放置的长棒联合而成，角状可类比圆锥状，区别在于角状在对称轴方向不同轴向长度位置轮廓的曲率半径不同，由圆锥顶端轴向方向向下，轮廓的曲率半径很大，且随轴向方向位置变化不大；而接近底端时，轮廓的曲率半径迅速减小，且随轴向方向位置呈非线性(二次方)关系减小。除长棒状的磁通聚集器之外，圆锥状、三角状、T形棒状或角状的磁通聚集器均具有两个面积不等的底面，即，一端大一端小。当金刚石NV色心磁力仪包括两个磁通聚集器时，优选采用两个几何形状相同的磁通聚集器，且两个磁通聚集器底面对称轴共线，能够获得更好的放大效果。

图1(a)和图1(b)示出了长棒状的磁通聚集器，图1(a)示出了采用一个长棒状磁通聚集器的模型，图1(b)示出了采用两个长棒状磁通聚集器的模型。图1(a)中，单个长棒状磁通聚集器的长、宽、高分别为h3＝5mm、L6＝0.1mm、L5＝0.5mm，图1(b)中，两个长棒状磁通聚集器相对设置，对称轴共线，两个底面相距0.1mm，即间隔(或称空隙)为d＝0.1mm，金刚石NV色心薄片样品竖直放置在两个底面之间。经计算，一对铁氧体长棒状磁通聚集器在间隔中心位置的增益大约为36，一对坡莫合金长棒状磁通聚集器在间隔中心位置的增益大约为37；一个铁氧体长棒状磁通聚集器在底面中心位置的增益大约为8.5，一个坡莫合金长棒状磁通聚集器在底面中心位置的增益大约为8.7。

图2(a)和图2(b)示出了圆锥状的磁通聚集器，图2(a)示出了采用一个圆锥状磁通聚集器的模型，图2(b)示出了采用两个圆锥状磁通聚集器的模型。如图2(b)所示，一对圆锥状磁通聚集器相对放置，小面积底面指向内部，作为磁通释放端，且二者之间留有空隙，金刚石NV色心薄片样品竖直放置在两个圆锥状磁通聚集器的底面之间，如图2(a)所示，采用一个圆锥状磁通聚集器的情况相对更简单，金刚石NV色心薄片样品位置与采用两个圆锥状磁通聚集器的情况下相同。图2(a)中，圆锥状磁通聚集器的长h1＝6mm，一小一大两个底面的直径分别为L1＝0.2mm、L2＝6mm，图2(b)中，两个圆锥状磁通聚集器的间距d＝0.1mm，对称轴共线。经计算，一对铁氧体圆锥状磁通聚集器在间隔中心位置的磁场增益大约为68.05，如图2(c)所示，一对坡莫合金圆锥状磁通聚集器在间隔中心位置的磁场增益大约为68.3；单个铁氧体圆锥状磁通聚集器与单个坡莫合金圆锥状磁通聚集器在磁通释放端中心位置的增益大约为12。由于该形状聚磁能力较强，且磁性材料未饱和，在低磁环境下，铁氧体圆锥状磁通聚集器与坡莫合金圆锥状磁通聚集器增益相近。

图3(a)和图3(b)示出了三角状的磁通聚集器，图3(a)示出了采用一个三角状磁通聚集器的模型，图3(b)示出了采用两个三角状锥状磁通聚集器的模型。如图3(a)所示，三角状磁通聚集器由上底长L3＝0.1mm，下底长L4＝1.5mm，高h2＝5mm的平面三角形向平面法向方向增高t1＝0.5mm获得(上底面为磁通释放端)，如图3(b)所示，一对该磁通聚集器水平放置，上底面对称轴共线，且两个磁通聚集器的上底面之间间隔d＝0.1mm，用于放置金刚石NV色心薄片样品。经计算，一对铁氧体三角状磁通聚集器在间隔中心位置的增益大约为47.9，一对坡莫合金三角状磁通聚集器在间隔中心位置的增益大约为48.3；一个铁氧体三角状磁通聚集器与一个坡莫合金三角状磁通聚集器在上底面中心位置的增益大约为10。

图4(a)和图4(b)示出了T形棒状的磁通聚集器，图4(a)示出了采用一个T形棒状磁通聚集器的模型，图4(b)示出了采用两个T形棒状磁通聚集器的模型。T形棒状磁通聚集器模型就形状而言，可以看作由两个同宽同高而仅长度不同的、垂直放置的长棒状磁通聚集器联合而成，如图4(a)和图1(a)所示，T形棒状磁通聚集器较长棒状磁通聚集器的优点在于，T字形上半部分(即磁通聚集器远离金刚石NV色心薄片样品的一端)作为磁通接收端具有更大的面积，可聚集更多的磁通，相比长棒状磁通聚集器，从同样面积的长方形底面(即磁通释放端)释放，能够获得更好的增益效果。以1uT的背景磁场为例(此处T代表磁感应强度特斯拉)，尺寸为宽L9＝0.1mm、高L10＝0.5mm，T字形横向长度L11＝1.5mm，T字形纵向长度h4＝5mm的一个T形棒状磁通聚集器，在面积较小的底面(即磁通释放端)中心位置的增益大约为12.5，对于铁氧体与坡莫合金材料，磁通聚集器的增益略有差别，但差别很小。如图4(b)所示，一对T形棒状磁通聚集器相对放置，底面相距间隔d＝0.1mm，用于放置金刚石NV色心薄片样品。经计算，一对铁氧体T形棒状磁通聚集器在间隔中心位置的增益大约为42，一对坡莫合金材料T形棒状磁通聚集器在间隔中心位置的增益大约为44。

图5(a)和图5(b)示出了角状的磁通聚集器，图5(a)示出了采用一个角状磁通聚集器的模型，图5(b)示出了采用两个角状磁通聚集器的模型。图5(a)所示的角状磁通聚集器，上底面(即磁通释放端)直径为L7＝0.1mm，下底面(即磁通接收端)直径为L8＝1.5mm，轴向长度为h5＝5mm。该形状的磁通聚集器相比于长棒状磁通聚集器，同样可通过增大磁通接收端表面积聚集更多的磁通，在相同面积的磁通释放端将会得到更大的磁场增益，对于1uT背景磁场，一个坡莫合金角状磁通聚集器在上底面中心位置的磁场增益为17，一个铁氧体角状磁通聚集器在上底面中心位置的磁场增益为16。如图5(b)所示，一对角状磁通聚集器，上底面指向内部，上底面对称轴共线，两个上底面相距间隔d＝0.1mm。经计算，一对坡莫合金角状磁通聚集器在间隔中心处的磁场增益大约为58，一对铁氧体角状磁通聚集器在间隔中心处的磁场增益大约为55。

上述不同几何形状的磁通聚集器在不同材料下有不同增益，显而易见地，基于坡莫合金材料的磁通聚集器的磁场增益较铁氧体材料普遍较大，而相对而言，考虑金刚石NV色心磁力仪的本底噪声，基于坡莫合金材料的磁通聚集器的磁场噪声成为短板，基于铁氧体材料的磁通聚集器反而成为优选方案。就不同实验条件与实验环境，选择磁通聚集器的磁性材料较为灵活，并可依据有限元分析软件评估现有体积、不同材料的磁通聚集器的噪声水平。

本发明还提供了一种评测方式：在两个磁通聚集器之间的间隔中心建立假象激励线圈，该线圈所处位置为磁场噪声源，即磁通聚集器产生磁噪声的评估位置，该线圈假设为具有面积为A，匝数为N，电流为I的磁偶极子。基于有限元分析软件计算磁通聚集器由于处于空隙中心的假想激励线圈而产生的功率损耗P(f)，该功率损耗由两部分组成，一方面为由于材料被磁化、磁畴旋转摩擦产生的磁滞损耗，用P_hyst表示，另一方面为由于交流磁场在材料内部感生的涡流产生的涡流损耗，用P_eddy表示，P(f)＝P_eddy+P_hyst，两种损耗由下述公式计算：

其中，σ为该材料的电导率，μ”为材料相对磁导率μ＝μ'-iμ”的虚部，ω表示角频率，积分在假想电流导致的振幅分别为E和H的振荡电场和磁场的材料体积V上积分。依据涨落损耗定理，磁噪声源在该处产生的磁场噪声可以由磁噪声源的功率损耗估计：

其中δB(f)表示为磁场噪声，k为玻尔兹曼常数，该系统在温度T下处于热平衡状态，A表示面积，N表示匝数，I表示电流。需要注意，上述方程中的功率在线性响应范围内与驱动偶极子成二次方关系，因此该公式的计算结果与假想线圈的尺寸和驱动电流无关。

以上述图2(a)中所示的一个圆锥状磁通聚集器的模型为例，在金刚石NV色心薄片样品中心产生的噪声，在1Hz条件下，圆锥状磁通聚集器的材料选用坡莫合金时，噪声约为选用铁氧体时，噪声约为在100Hz条件下，选用坡莫合金和铁氧体时，噪声分别为和因此可知，对于上述图2(a)中所示的一个圆锥状磁通聚集器，优选地，高频段选用铁氧体的磁通聚集器，可以限制磁通聚集器引入的磁场噪声，低频段在允许的噪声范围内优选坡莫合金的磁通聚集器，可以获得较高的测量灵敏度。

本发明还提供了一种包含磁通聚集器的金刚石NV色心磁力测量系统，包括如上述任一项实施方式所述的、包含磁通聚集器的金刚石NV色心磁力仪。

优选地，该金刚石NV色心磁力测量系统还包括光路子系统和微波子系统；其中，光路子系统用于提供绿色泵浦激光入射至金刚石NV色心薄片样品，以及采集金刚石NV色心薄片样品发出的红色荧光；微波子系统用于在微波辐射区域内为金刚石NV色心薄片样品提供微波磁场。

金刚石NV色心在实验室坐标系下的能级结构包括基态|0>与|±1>，激发态|0>与|±1>，和单重态|e>，|±1>间能级间隔为Δ＝2γB_z，γ为NV旋磁比，B_z为经磁通聚集器放大后的环境磁场关于NV对称轴的投影分量。

在金刚石NV色心薄片样品中选取中心位置区域，使得532nm绿色泵浦激光聚焦，对NV色心的极化状态进行初始化，将NV色心的自旋态布居极化为激发态|0>，此自旋态的NV色心将自发光跃迁至基态，辐射出红色荧光信号。

微波磁场作用于金刚石NV色心薄片样品，当微波磁场频率适当时，微波磁场将NV色心量子态布居转移至激发态|±1>，此量子态布居的NV色心将自发地无辐射衰减至单重态|e>，并由单重态|e>无辐射衰减至基态|0>与|±1>。

进一步地，若金刚石NV色心磁力仪只包括一个磁通聚集器，光路子系统提供的绿色泵浦激光沿垂直金刚石NV色心薄片样品的底面或侧面的方向入射；若金刚石NV色心磁力仪包括两个磁通聚集器，光路子系统提供的绿色泵浦激光沿垂直金刚石NV色心薄片样品的侧面的方向入射。光路子系统采集红色荧光时，可采用与提供绿色泵浦激光相同的路径(但传播方向相反，绿色泵浦激光入射、红色荧光出射)，通过分光器分离绿色泵浦激光与红色荧光，或者也可采用与提供绿色泵浦激光入射路径不相关的路径。

请参阅图6(a)至图6(c)，图6(a)示出了一种针对采用两个磁通聚集器的情况的光路子系统局部设计，金刚石NV色心磁力仪包括两个磁通聚集器，光路子系统提供的绿色泵浦激光(简称绿色激光)沿垂直金刚石NV色心薄片样品(简称金刚石薄片)的侧面的方向入射，采集红色荧光时采用与提供绿色泵浦激光相同的路径，由于金刚石NV色心薄片样品的两个底面两侧均设有磁通聚集器，绿色泵浦激光与红色荧光通过同一路径传播(利用了金刚石NV色心薄片样品的同一侧面)，二者在光路中混合，需要后续利用分光器将红色荧光分离出来，该方式的好处在于节省光路所占空间，减少体积；图6(b)示出了另一种针对采用两个磁通聚集器的情况的光路子系统局部设计，采集红色荧光时采用与提供绿色泵浦激光入射路径不相关的路径，如从金刚石NV色心薄片样品相对的两个侧面分别入射绿色泵浦激光与采集红色荧光，该方式的好处在于红色荧光与绿色泵浦激光完全分离，可提高红色荧光的质量；图6(c)示出了一种针对采用一个磁通聚集器的情况的光路子系统局部设计，当金刚石NV色心磁力仪只包括一个磁通聚集器，可采用与图6(a)或图6(b)相似的方式，利用金刚石NV色心薄片样品同一侧面或相对的两个侧面入射绿色泵浦激光与采集红色荧光，也可如图6(c)所示，利用金刚石NV色心薄片样品的底面，绿色泵浦激光沿垂直金刚石NV色心薄片样品的底面的方向入射，此种情况下考虑到磁通聚集器所占空间，采集红色荧光时，优选采用与提供绿色泵浦激光相同的路径。

优选地，考虑金刚石NV色心薄片样品发出的红色荧光散发在周围空间，为提高红色荧光的光强对比度，可在金刚石NV色心薄片样品中各面加设反射凹面，以将其余面发出的红色荧光聚集在所选的、用于采集红色荧光的面处。

更进一步地，如图7所示，一种金刚石NV色心磁力测量系统中，光路子系统优选包括：激光器1、滤光片2、声光调制器4、分束器5、双色镜7、物镜8以及一个第三凸透镜16，两个第二凸透镜17，两个第一凸透镜3和两个光电探测器6；其中，具体地：

激光器1用于发生波长为532nm的绿色泵浦激光；滤光片2用于过滤激光器1出射绿色泵浦激光中的杂光；

声光调制器4用于对滤光片2出射绿色泵浦激光进行强度控制与调制；两个第一凸透镜3分别设置于声光调制器4两侧，靠近激光器1的第一凸透镜3用于聚焦输入声光调制器4的绿色泵浦激光，另一个第一凸透镜3用于矫直输出声光调制器4的绿色泵浦激光；

分束器5用于采集一部分矫直后的绿色泵浦激光，通过光电探测器6后经过声光调制器4进行PID算法控制；分束器5分束后，剩下的矫直后的绿色泵浦激光入射双色镜7；

双色镜7用于反射绿色泵浦激光与透射红色荧光，也即分光器，它设置在声光调制器4输出侧与用于红色荧光的光电探测器输入端之间的绿光红光的交汇处；

物镜8设于金刚石NV色心薄片样品一侧，用于提供绿色泵浦激光入射至金刚石NV色心薄片样品，以及收集金刚石NV色心薄片样品发出的红色荧光；

一对第二凸透镜17设置在双色镜7与物镜8之间，用于对绿色泵浦激光与红色荧光进行矫直。

该实施方式中，光路子系统采集红色荧光时，采用与提供绿色泵浦激光相同的路径，采集红色荧光时，金刚石NV色心薄片样品发出的红色荧光由物镜8进入光路子系统，经一对第二凸透镜17矫直后，透射双色镜7，再经过第三凸透镜16入射光电探测器，第三凸透镜16用于对红色荧光的聚焦，以便光电探测器接收(光电探测器可配合锁相放大器或光电倍增管收集红色荧光，并转化为电信号)，该接收红色荧光的光电探测器与数据采集卡11信号连接，用于实现红色荧光的信号转换与处理。

微波子系统优选包括微波发生器13、功率放大器14、微波天线15和上位机12；其中，具体地：

上位机12与光路子系统连接(即与数据采集卡11信号连接)，也与微波发生器13连接，微波发生器13与功率放大器14连接，微波发生器13用于输出用户所需特定频率的交流信号，功率放大器14用于将微波发生器13输出的交流信号转变为电流信号驱动后级微波天线15，微波天线15与功率放大器14连接，用于对金刚石NV色心薄片样品施加微波磁场。

进一步地，微波天线15优选有两套连接方案，其一为短路方案，将一根电线连接在(与功率放大器14连接的)同轴电缆的里芯与外芯，构成短路回路，回路包围区域为辐射表面；其二为开路方案，同轴电缆的里芯外接50ohm的射频电阻，其间电线包围区域为辐射表面。使用时，金刚石NV色心薄片样品固定在辐射表面。

如图7所示，金刚石NV色心磁力仪中，磁通聚集器9将环境磁场放大，提高金刚石NV磁力仪的测量灵敏度，金刚石NV色心薄片样品10感应被磁通聚集器9放大后的环境磁场，并在绿色泵浦激光照射下进行跃迁转换，发出与换算磁场幅值相关的红色荧光，由光路子系统采集。

特别地，本发明还提供了一种金刚石NV色心磁力测量方法，采用如上述任一项实施方式所述的、包含磁通聚集器的金刚石NV色心磁力测量系统实现，具体包括如下步骤：

S1、获取磁通聚集器的磁场放大倍数∈；

S2、获取不同微波频率下微波辐射区域内金刚石NV色心薄片样品发出的红色荧光；

优选地，步骤S2包括：利用金刚石NV色心磁力测量系统，入射绿色泵浦激光至金刚石NV色心薄片样品，并采集金刚石NV色心薄片样品发出的红色荧光，转为红色荧光信号并存储；

根据预期的频率谱线分辨率，设置频率扫描步长，在预设频率范围内从低至高依次获取不同微波频率下微波辐射区域红色荧光信号；

S3、绘制微波频率与红色荧光光强的关系图，确定最低光强对应微波频率值，进而确定金刚石NV色心激发态|±1>间的能级间隔；得到两个能够引起背景光强差异的微波频率值f₊与f_-，两者之差即为激发态|±1>的能级间隔Δ；

S4、根据激发态|±1>间的能级间隔Δ＝2γB_z计算金刚石NV色心区域内磁场幅值B_z，其中γ为NV旋磁比；

S5、基于金刚石NV色心区域内磁场幅值B_z与磁场放大倍数∈，计算背景磁场，背景磁场B＝B_z/∈。

如磁通聚集器的磁场放大倍数∈＝160，这意味着灵敏度为 的金刚石NV色心磁仪，现在可以探测的磁场。

本发明还提供了一种磁力仪，包括磁传感器与至少一个磁通聚集器；磁通聚集器具有两个平行相对的底面，用于聚集磁通，磁通聚集器的底面所聚集的磁通线穿过磁传感器，用于放大磁场，并约束至磁传感器，以便探测超出原磁传感器灵敏度的微弱磁场。

优选地，磁通聚集器的两个底面的面积不等，且面积更小的底面靠近磁传感器。

优选地，磁通聚集器采用高导磁材料制成，相对磁导率大于1000。

优选地，该磁力仪包括两个磁通聚集器；两个磁通聚集器同轴相对，分设于磁传感器两个底面的两侧。

优选地，单个磁通聚集器的几何形状为长棒状、圆锥状、三角状、T形棒状或角状。

本发明采用磁通聚集器为测量磁场提供增益，并提供了多种磁通聚集器设计，可有效提高磁力仪的灵敏度与测量范围。

本发明还提供了一种用于磁力仪中的磁通聚集器，用于聚集磁通，并约束至磁力仪中的磁传感器，以放大磁传感器所处的磁场。

优选地，磁通聚集器的两个底面的面积不等，且面积更小的底面靠近磁传感器。

优选地，磁通聚集器采用高导磁材料制成，相对磁导率大于1000。

优选地，两个磁通聚集器同轴相对使用，分设于磁传感器两个底面的两侧。

优选地，单个磁通聚集器的几何形状为长棒状、圆锥状、三角状、T形棒状或角状。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。