[发明专利]一种用于铯光泵磁共振信号频率测量的系统和方法

权利要求书

1.一种用于铯光泵磁共振信号频率测量的系统，其特征在于，包括射频振荡器、光学系统、吸收室、光电探测器、信号调理电路、移相电路和测频单元FPGA；

射频振荡器用于激励铯灯中的铯蒸汽，产生光泵作用所需的D1线，使已取向的铯原子发生磁共振跃迁，即一取向的原子在赛曼次能级间跃迁；

光学系统中，凸透镜用于把铯灯发出的任意方向的光变成平行的光线，干涉滤光片用于过滤掉不需要的D2线，否则会极大的降低信号，偏振片用于选择纵向光或者横向光一种方向的光透过，1/4波片会使相互垂直的光产生四分之一波长的光程差，且产生的出射光为圆偏振光；

吸收室在恒温槽中，恒温槽的温度维持在一定的数值，使吸收室内的铯单质保持在气体状态；

信号调理系统用于对光电探测器检测到的光信号进行转换，将光电流信号转为电压信号，并对电信号进行放大、整形，变为可用于测频单元计数的方波信号；

测频单元FPGA用于对铯光泵磁力仪磁共振信号进行频率测量。

2.根据权利要求1所述的一种用于铯光泵磁共振信号频率测量的系统，其特征在于，可外接控制器与测频单元FPGA连接。

3.一种用于铯光泵磁共振信号频率测量的方法，基于一种用于铯光泵磁共振信号频率测量的系统实现，其特征在于，包括：

S1、获取铯光泵磁力仪磁共振信号，并利用电流-电压转换电路、多级放大电路、迟滞比较器电路将磁共振光电流信号转换为可用于测频单元频率计数的待测信号；

S2、将所述待测信号与时钟信号送入测频单元FPGA内，利用所设计的连续无间歇多平均测频方法对时钟信号和待测信号进行处理；

S3、控制器与测频单元FPGA建立通讯，读取测频单元FPGA的计数值并进行计算，得到磁共振信号的频率以及相对应的磁场值，此外，控制器经过计算后将预设小闸门n值传输至测频单元FPGA的计数器组。

4.根据权利要求3所述的一种用于铯光泵磁共振信号频率测量的方法，其特征在于，步骤S1中射频振荡器激励光源产生光束，经偏振片、1/4波片产生波长为894nm的D1光和852nm的D2光，去照射恒温的吸收室，使吸收室中处于亚稳态的铯原子进行光学取向，当外磁场激励感应时，铯原子总角动量与外磁场相互作用，在超精细结构下铯原子能级发生塞曼分裂，此时，在在垂直于高频激励电路产生的磁场方向加一个射频磁场，所述射频磁场的频率等于铯原子能级跃迁的频率时，可获取铯光泵磁共振信号。

5.根据权利要求4所述的一种用于铯光泵磁共振信号频率测量的方法，其特征在于，步骤S1中铯光泵磁共振信号经过光电流-电压转换电路后，经过多级放大电路和滤波电路调理，最后经过过零比较器进行整形得到待测信号。

6.根据权利要求3所述的一种用于铯光泵磁共振信号频率测量的方法，其特征在于，步骤S2具体包括：

S21、将时钟信号经过测频单元内部倍频模块倍频至200MHz，得到用于计数的标准信号，同时，将时钟信号经过测频单元内部分频单元分频得到连续闸门信号，分频频率的选取由采样率决定，连续闸门信号与待测信号同步后形成实际闸门信号；

S22、利用双计数器组分别对高电平实际闸门和低电平实际闸门内的待测信号和标准信号进行计数，在单个闸门内利用多平均的方法，设置若干个小闸门错位计数，用于降低由于信噪比不高带来的触发误差对于铯光泵磁力仪磁测精度的影响。