[发明专利]一种钾光泵磁力仪的光磁共振信号数字化检测系统

摘要

本发明公开了一种钾光泵磁力仪的光磁共振信号数字化检测系统，包括光电探测器、信号预处理模块、数据采集模块、数字控制器模块以及射频驱动模块；该系统首先检测透过气室的光学信号，然后经过放大、滤波、锁相处理后，反馈控制气室外围的射频线圈，跟踪锁定磁共振产生时对应的频率，进而推算外界磁场大小，实现磁场测量。其采用软件算法代替硬件电路，避免了硬件电路带来的干扰误差，稳定性好且易于控制，易于实现高精度、高灵敏度的测量效果，并且也为仪器的小型化、低功耗的要求提供了新的技术途径。

主权项

1.一种钾光泵磁力仪的光磁共振信号数字化检测系统，其特征在于：包括光电探测器、信号预处理模块、数据采集模块、数字控制器模块以及射频驱动模块；/n信号预处理模块由I/V变换、放大及滤波电路组成，信号预处理模块对光电探测器的输出的光电流信号进行I/V变换和放大滤波处理；/n数据采集模块包括全差分放大器OPA1632和24位的ADS1271，全差分放大器OPA1632将信号预处理模块的输出信号由单端输入变为双端输入至ADS1271；/n数字控制器模块在DSP中实现，其包括数字锁相器、数字控制器以及数字调频器，数字锁相器的输入信号为数据采集模块的AD采集信号，数字锁相器的参考信号是数字调频器产生的一对正交信号，输入信号分别与一对正交的参考信号做乘法运算之后得到混频信号，再通过低通滤波器输出同相分量I和正交分量Q，I作为数字控制器的输入信号；/n数字调频器包括相位累加器和波形存储器两部分，在一个时钟周期内，K位频率控制字与N位相位累加器累加一次；相位累加器的N位加法器实现相位的累加，N位相位寄存器存储累加结果，当产生溢出时完成一个周期，即数字调频器的一个频率周期；波形存储器包括一对正交序列查找表，所存储的数据是每一个相位所对应的二进制数字正弦和余弦信号幅值，在每一个时钟周期内相位累加器输出的高M位对波形存储器进行寻址，最后波形存储器输出一对正交序列，用于数字锁相器的参考信号；/n数字控制器包括扫频控制模块、锁频模块和模式选择模块，数字控制器有两个模式A和B，模式A是开环控制，由扫频控制模块生成频率控制字，每隔一定时间步进一次，控制数字调频器输出一定频率范围内的信号，监测系统在此模式下可得到同相分量幅值和正交分量幅值的共振线型，用于研究磁力仪系统参数对仪器性能的影响；模式B是闭环控制，采用数字粒子群算法将同相信号幅值保持在零值以完成频率锁定，此时磁测系统处于光磁共振点，根据磁测公式直接将锁定的频率控制字计算得到磁场值，计算的磁场值经后续处理进行显示、存储；/n射频驱动模块用于进行功率放大以驱动射频线圈，使其产生交变磁场以发生光磁共振作用。/n