[实用新型]氦光泵磁共振信号全数字化检测装置

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种高灵敏度光泵磁测仪器，尤其是氦光泵磁共振信号全数字化检测仪器。

背景技术：

氦光泵磁力仪是利用光泵和磁共振作用研制而成的高灵敏度磁测仪器，通过检测氦光泵磁共振信号完成磁场测量。中国专利“跟踪式氦(He4)光泵磁力仪”(专利号CN1034069A)，阐述了氦光泵磁力仪的探头结构、跟踪环路系统及计数输出系统的组成，其检测装置由电子开关相敏检波、积分电路及压控振荡器等模拟器件组成，磁场值由计数系统输出，该装置具有温度漂移大、抗干扰能力弱、元器件复杂及由计数系统引入测磁误差的缺点。基于模拟技术检测的缺点，国内学者提出基于数字技术的检测方法，发表的文献有，浙江大学硕士学位论文《数字氦光泵磁力仪的设计与实现》，其技术方案是用微处理器代替硬件闭环，由软件实现移相、相加、积分等功能，用可编程波形发生器AD9833代替压控振荡器，该方法使用数字技术代替模拟技术，减少了模拟硬件调试难度，但是所使用的幅值检波算法精度不高，导致测磁精度不高，同时使用AD9833芯片导致检测装置功耗及成本高。

国外学者在学术会议OCEANS '02 MTS/IEEE中2002年发表的《Polatomic advances in magnetic detection》中，采用了数字振荡器和数字共振环路(digital resonance loop)等数字技术来检测磁共振信号，但并未说明技术实施方案；在《Technical Physics》中2006年发表的《Optically pumped quantum MX magnetometers: Digital measurement of the MX resonance frequency in a rapidly varying field》中，阐述了使用数字频率合成器(Digital frequency synthesizer)可以提高信号检测的精度和长期稳定度，但并未说明所采用的技术方案，且相敏检波未集成在数字控制器中，因此该方法是种半数字化检测。

发明内容：

本实用新型的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种氦光泵磁共振信号全数字化检测装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

氦光泵磁共振信号全数字化检测装置，是由程控增益电路101的一路经二次谐波带通滤波电路102经同相放大电路104a与加法电路105连接，程控增益电路101的另一路经基波带通滤波电路103经同相放大电路104b与加法电路105连接，加法电路105与模数转换数据采集电路106连接，模数转换数据采集电路106的一路经二次谐波锁相检测107、迟滞比较器110和数字PID控制器111与数字调频器112连接，模数转换数据采集电路106的一路经基波锁相检测109、数字PID控制器111、SPI接口114和单片机116与显示115连接，SPI接口114与命令编解码器113连接，基波锁相检测109经参考信号发生器108和二次谐波锁相检测107与程控增益电路101连接，恒温晶振117经数字调频器112和射频线圈驱动电路118与探头线圈连接构成。

有益效果：通过双路带通滤波器对信号分别进行滤波放大后再通过加法器合为一路信号，提高信号检测信噪比和动态储备；采用FPGA控制器实现数字相敏检测算法，提高信号检测信噪比并降低装置成本；采用FPGA控制器实现数字调频，提高信号检测稳定度和装置硬件集成度；通过单片FPGA控制器完成对氦光泵磁共振信号全数字化检测，提高装置硬件集成度和稳定度，降低装置成本和功耗。

附图说明：

附图1为氦光泵磁共振信号全数字化检测装置结构框图

附图2为氦光泵磁共振基波和二次谐波信号幅值与外磁场关系曲线图

101.程控增益电路，102二次谐波带通滤波电路，103基波带通滤波电路，104a同相放大电路Ⅰ，104b同相放大电路Ⅱ，105加法电路，106模数转换数据采集电路，107二次谐波锁相检测，108参考信号发生器，109基波锁相检测，110迟滞比较器，111数字PID控制器，112数字调频器，113命令编解码器，114SPI接口，115显示，116单片机，117恒温晶振，118射频线圈驱动电路，201基波信号幅度值曲线，202二次谐波幅度值曲线，203共振区，204共振点。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例作进一步的详细说明：