[实用新型]一种Mx型铯光泵磁力仪的数字化信号检测系统

说明书

一种Mx型铯光泵磁力仪的数字化信号检测系统，由数控振荡器产生数字驱动信号，经过数模转换器转化为模拟信号后驱动磁敏传感器，数控振荡器输出信号给数字锁相放大器；模数转换器将接收的电信号转换为数字信号经数字锁相放大器后输出幅值和相位信号，通过串口模块和串口通信线上传到计算机，相位信号还作为控制信号进入数字控制器；数字控制器根据计算机的控制选择检测模式来控制数控振荡器的输出信号频率，同时也上传到计算机中；数控振荡器还接收计算机输出的相位控制字，数字锁相放大器，数控振荡器、数字控制器和串口模块的时钟信号由外部的有源晶振通过分频器分频得到各种所需的时钟。本实用新型功能丰富，调试难度低，测量精度高，集成度高。

技术领域

本实用新型涉及一种光泵磁力仪的数字化信号检测系统。特别是涉及一种Mx型铯光泵磁力仪的数字化信号检测系统。

背景技术

光泵磁力仪是一种以工作原子在磁场中的赛曼效应为基础，利用光泵浦和磁共振相结合的技术制成的磁场测量仪器，它具有高灵敏度、高精度、响应快、无零点漂移等优点。光泵磁力仪按工作物质分为氦光泵磁力仪和碱金属(包括钾、铷、铯)光泵磁力仪；按磁敏传感探头结构形式分为Mz型和Mx型。氦光泵磁力仪通常采用Mz型结构制成跟踪式磁测系统，通过测量透过氦吸收室的光线光强最弱时，即发生光磁共振时射频信号的频率，再根据该频率与被测磁场间的线性关系来计算磁场值。铯光泵磁力仪通常采用Mx型，磁敏传感探头中光束方向和外磁场方向有一个夹角，平行于光束方向的射频磁场将铯原子对光的吸收系数以射频信号频率进行调制，透过铯吸收气室的光信号包含与射频信号同频的交变分量，且与射频信号存在一个相移，范围是0～180°，射频信号频率等于共振频率时，系统发生光磁共振效应，光信号相对射频信号的相移是90°，此时测量射频信号的频率即可得到待测磁场值。

Mx型铯光泵磁力仪最简单的一种磁测方法是自激振荡式，这种检测方法由移相放大电路和频率测量电路实现，电路结构简单、响应快，但是温度漂移大、抗干扰能力弱，测频电路会引入测频误差，而且无法检测共振信号谱线。Mx型铯光泵磁力仪的另一种磁测方法为锁相模式，常见的是由相敏检波器和积分电路组成的锁相放大器提取共振信号的相位信息，将相位通过反馈控制回路控制压控振荡器输出的射频驱动信号和参考信号频率，这种信号检测系统电路复杂，调试难度高，输出频率范围有限，磁力仪磁测范围较窄，同样需要高精度测频电路，也会引入测频误差。另外，采用市售的锁相放大器成熟产品能够准确测量出共振信号的幅值和相位，但是成本高、体积大，不利于磁力仪的集成化和小型化。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种基于可编程逻辑门阵列(FPGA)将信号检测系统集成在单片FPGA芯片上，功能丰富，调试难度低，测量精度高，集成度高的Mx型铯光泵磁力仪的数字化信号检测系统。

本实用新型所采用的技术方案是：一种Mx型铯光泵磁力仪的数字化信号检测系统，包括磁敏传感器，还设置有模数转换器、数模转换器、FPGA芯片、有源晶振和计算机，所述FPGA芯片包括有数字锁相放大器，数控振荡器、数字控制器、串口模块和分频器，其中，所述的数控振荡器产生数字驱动信号，经过数模转换器转化为模拟信号后驱动磁敏传感器中的射频线圈产生射频磁场，同时数控振荡器输出正交参考信号提供给数字锁相放大器；模数转换器将磁敏传感器输出的待测电压信号转换为待测数字信号输出给数字锁相放大器；数字锁相放大器对待测数字信号做相敏检波计算，输出幅值和相位信号，通过串口模块和串口通信线上传到计算机，数字锁相放大器输出的相位信号作为控制信号进入数字控制器；数字控制器根据计算机发送来的模式控制信号选择检测模式，数字控制器输出的频率控制字控制数控振荡器的输出信号频率，数字控制器输出的频率控制字也通过串口模块上传到计算机中；所述数控振荡器还接收计算机输出的相位控制字，FPGA芯片中数字锁相放大器，数控振荡器、数字控制器和串口模块的时钟信号由外部的有源晶振通过分频器分频得到各种所需的时钟。

本实用新型的一种Mx型铯光泵磁力仪的数字化信号检测系统，功能丰富，调试难度低，测量精度高，集成度高。本实用新型具有如下优点：