[发明专利]一种基于LabVIEW的量子传感器磁场闭环控制监测系统

说明书

本发明涉及一种基于LabVIEW的量子传感器磁场闭环控制监测系统。该系统包括参数设定模块、通信模块、数据处理模块、显示模块及下位机磁场闭环控制硬件电路模块。其中，参数设定模块用于用户输入参数、指令和参数调节；通信模块用于上位机与磁场闭环控制硬件电路系统进行串口通信，发送控制指令或接收数据；数据处理模块用于接收数据的数据转换及相应计算；显示模块用于计算结果的显示及制图；磁场闭环控制硬件电路模块用于根据LabVIEW发送的控制参数对核磁共振陀螺仪的磁场进行控制并反馈解调信号给LabVIEW。本发明实现了核磁共振陀螺磁场闭环精确控制，解放了控制所需仪器，并且对磁场控制关键参数进行监测，大大缩减了开发周期并节约了开发成本。

技术领域

本发明属于测量技术、虚拟仪器技术、量子传感器领域，具体涉及一种基于LabVIEW的量子传感器磁场闭环控制监测系统。

背景技术

随着现代物理的在量子领域的快速发展，尤其是量子操纵领域的重大突破，量子传感器也取得了极大的发展。量子传感器利用量子效应，电磁场、温度、压力等外界环境直接与电子、光子、声子等体系发生相互作用并改变它们的量子状态，通过测量这些变化后的量子态实现对外界环境的高灵敏度测量。量子传感器技术领域主要包括：陀螺仪、磁力测定、重力梯度测量、原子电子技术等。磁场作为量子传感器的敏感源之一，尤其是以磁场控制为主要操纵方式的量子传感器，磁场的操控精度直接决定了测量结果的准确与稳定，基于LabVIEW的量子传感器磁场闭环控制监测系统旨在取代目前主要使用的商用仪器，有力推进量子传感器的小型化、集成化。

LabVIEW是一种基于G语言(Graphical Programing Language图形化编程语言)的虚拟仪器软件开发工具，能够与测量硬件密切结合，开发出一个具有数据采集和控制、数据分析和数据显示等功能的应用系统。

上述基于LabVIEW的磁场闭环控制监测系统主要应用于量子传感器上，直接面对操作用户，通过提供直观友好的操作界面，实现磁场闭环控制，为量子传感器的小型化、集成化奠定了基础。

发明内容

为了解决量子传感器中磁场闭环控制问题，本发明提供一种基于LabVIEW的量子传感器磁场闭环控制监测系统，克服现有磁场控制系统所需外部仪器多、体积大、集成度低、开发性差的不足，能够实现量子传感器磁场闭环精确控制，解放了控制所需仪器，并且对磁场控制关键参数进行监测，拥有友好的人机交互界面。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种基于LabVIEW的量子传感器磁场闭环控制监测系统，包括参数设定模块、通信模块、数据处理模块、显示模块及下位机磁场闭环控制硬件电路模块；所述参数设定模块用于用户输入参数、指令和参数调节；所述通信模块用于上位机与磁场闭环控制硬件电路系统进行串口通信，包括指令与参数发送模块和数据接收模块；所述指令与参数发送模块用于LabVIEW向下位机发送操作参数与控制指令；所述数据接收模块用于接收下位机发送的包含报头、地址位、数据、校验位、报尾的十六进制字符串格式的监控数据；所述数据处理模块用于将下位机发送到LabVIEW的数据进行解包、数据转换及相应计算，得到量子传感器磁场闭环控制量；所述显示模块用于计算结果的显示及制图；所述下位机磁场闭环控制硬件电路模块包括前置放大电路模块、数据采集模块、FPGA核心电路模块、通信接口模块、DA模块及电流源模块，用于根据上位机下发的控制参数对量子传感器的磁场进行控制并反馈解调信号给上位机。

作为优选的，所述的指令与参数发送模块将用户输入的参数、指令转换成十六进制字符串格式，并打包成包含报头、地址位、数据、校验位、报尾的数据包格式，以串口的形式传输至下位机。

作为优选的，所述的数据处理模块将下位机发送到LabVIEW的数据包中解算出数据并转换成32位定点数格式，然后进行相应得计算实现频率控制字FCW到频率f的转换：

能够根据调节参数得到量子传感器的磁场闭环控制量。