[发明专利]高精度磁场驱动程控系统

说明书

本发明涉及一种高精度磁场驱动程控系统，主要包括电压‑电流(V‑I)转换电路、数/模分离式电源模块、高精度DAC控制模块、FPGA数字控制装置和LabVIEW上位机。其中FPGA数字控制装置包括串口通信接口模块、交流信号生成控制器和直流信号生成控制器，LabVIEW上位机用于磁场驱动的电流信号控制字的生成与显示。本发明通过引入交直流分离的电压‑电流转换电路方案和FPGA数字控制装置，实现了对三轴线圈的磁场交直流混叠输出高精度稳定控制，避免了电压源方案的磁场控制精度不足的问题，提高了磁场交直流混叠输出的精度和稳定性；以LabVIEW为软件平台，利于友好的人机交互，同时具有结构简单、操作便捷的特点，便于其它实验研究进行移植开发，缩减开发周期节约研发成本。

技术领域

本发明涉及一种高精度磁场驱动程控系统，用于需要对磁场进行精确稳定控制的领域，如量子传感领域、航空航天领域和医工交叉领域等，其特别适用作为核磁共振陀螺仪中磁场闭环控制的驱动系统。

背景技术

核磁共振陀螺仪是利用激光与核磁共振气室中的碱金属原子和惰性气体原子的相互作用使核子以拉莫尔频率进动，保持在共振状态，进而检测载体的角速度信息。但在核磁共振气室中，需要对外界磁场进行极大的抑制屏蔽才能维持核子的共振状态，通过屏蔽筒抑制屏蔽大部分外界磁场，但仍存在剩余磁场需要被抵消。

核磁共振陀螺仪中，采用磁场闭环控制技术对三轴线圈进行高精度磁场控制，实现原子磁强计的功能对核磁共振气室中的剩磁进行测量，再通过线圈施加静态磁场，从而实现对剩余磁场进行精确抵消补偿。高精度磁场驱动控制器是实现磁场闭环控制技术的前提基础。

目前常用的磁场驱动控制器大多采用电压源方案作为控制器的核心电路，利用电压源线性度好和易程控输出的特点；但通过电压源需要在输出端和线圈之间串联一个很大的采样电阻，将电压输出转变为相应电流输出进而控制线圈产生磁场。该方案缺点在于输出的电流不再与输入控制信号呈线性关系，导致无法进行高精度的磁场输出控制。此外，传统的电流源电路存在不易控制、交流直流混叠输出不稳定的缺点，不易实现高精度的磁场驱动控制。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有磁场驱动控制器中采用电压源方案输出电流出现的非线性导致磁场控制精度不足的问题，以及传统电流源电路存在的不易控制和交流直流混叠输出不稳定的缺点，提供了一种易操控、高精度、高稳定性的用于磁场驱动控制的程控电流源系统。本发明提出的一种高精度磁场驱动程控系统，采用交流与直流分离设计和电压转电流压控电流源方案能实现对磁场的高精度驱动控制，采用FPGA数字控制装置和LabVIEW上位机的结合作为数字程控模块，使得磁场驱动控制精准输出、易于控制。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：