[发明专利]高精度磁场驱动程控系统

摘要

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。

主权项

1.高精度磁场驱动程控系统，其特征在于：由数字程控模块(2)、压控电流源(9)两大部分组成，其中数字程控模块(2)包括LabVIEW上位机(1)、FPGA数字控制装置(3)；在FPGA数字控制装置(3)中，主要包括交流信号控制器(4)、通信接口模块(18)、直流信号控制器(17)；压控电流源(9)主要包括数/模分离式电源模块(5)、高精度DAC控制模块(7)、电压‑电流转换电路(13)，其中高精度DAC控制模块(7)包括交流DAC模块(6)、交流两级放大模块(8)、正/负直流DAC模块(16)、正直流扩流模块(14)、负直流扩流模块(15)；数/模分离式电源模块(5)用于给高精度DAC控制模块(7)和电压‑电流转换电路(13)提供驱动电源；电压‑电流转换电路(13)包括交流电压‑电流转换模块(10)、直流电压‑电流转换模块(12)；LabVIEW上位机(1)将生成的用于磁场驱动的电流信号控制字通过串口通信传递到FPGA数字控制装置(3)，其中通信接口模块(18)用于接收电流信号控制字，并将用于磁场驱动的交流电流信号控制字传递给交流信号控制器(4)，将用于磁场驱动的直流电流信号控制字传递给直流信号控制器(17)；交流信号控制器(4)根据交流电流信号控制字生成数字交流信号，直流信号控制器(17)根据直流电流信号控制字生成数字直流信号；FPGA数字控制装置(3)通过SPI总线将数字交流信号与数字直流信号分别传递到高精度DAC控制模块(7)的交流DAC模块(6)和正/负直流DAC模块(16)，进而转换成模拟电压信号，交流电压信号通过交流两级放大模块(8)提高信号输出信噪比；正/负直流电压信号分别经过正直流扩流模块(14)和负直流扩流模块(15)进行扩流，提高直流输出带负载能力，然后将正负直流叠加在一起输出，这有助于提高零点稳定性； 最后，在电压‑电流转换电路(13)中，交流电压信号经过交流电压‑电流转换模块(10)转换成对应关系的交流电流输出；直流电压信号经过直流电压‑电流转换模块(12)转换成相应的直流电流输出，交直流混叠输出后，直接作用于三轴线圈(11)，即可控制对应关系的磁场输出。