[發明專利]一種量子傳感器閉環控制系統及相位誤差補償控制方法

有效

• 申請號: 201711016700.X
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN109709496B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 秦杰;湯恩瓊;萬雙愛;郭宇豪;薛帥;劉建豐
• 申請（專利權）人: 北京自動化控制設備研究所
• 主分類號: G01R33/00
• 分類號: G01R33/00;G01R33/02
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 汝小龍

本發明屬于量子傳感技術領域，具體涉及一種量子傳感器閉環控制系統及相位誤差補償控制方法，該系統包括控制器，數字直接頻率合成器DDS，量子傳感器，低通濾波器LPF，模擬/數字轉換器A/D和相位解算模塊；數字直接頻率合成器DDS輸出的兩路正弦信號，一路信號通過低通濾波器LPF和模擬/數字轉換器A/D環節，另一路信號先通過量子傳感器，然后再通過低通濾波器LPF和模擬/數字轉換器A/D環節后，先通過相位解算模塊對兩路正弦信號產生的相位誤差進行動態補償后再反饋給控制器，對磁共振量子傳感器進行閉環控制。本發明降低控制系統相位誤差對量子傳感器磁場測量精度的影響，提高量子傳感器的測量精度，本發明特別適用于對測量精度要求較高的磁異常探測領域。

技術領域

本發明屬于量子傳感技術領域，具體涉及一種量子傳感器閉環控制系統及相位誤差補償控制方法。

背景技術

量子傳感器利用量子自旋效應實現對磁場的測量，是一種具有超高靈敏度的磁場測試裝置，在地質勘探、生物醫療及深遠海磁異常探測等領域有廣泛的應用前景。

基于磁共振效應的量子傳感器通過測量量子自旋頻率實現對磁場的精確測量，可達到更高的測量準確度。采用基于相關運算原理的相位閉環控制系統可以實現對量子自旋頻率的穩定控制，并使量子自旋始終處于共振狀態，以達到準確測量磁場強度的目的。

發明內容

針對上述現有技術，本發明的目的在于提出一種量子傳感器閉環控制系統及相位誤差補償控制方法，實時補償相位誤差引入的控制偏差，使量子自旋頻率更加接近磁共振頻率，有效提高量子傳感器在其測量帶寬范圍內的測量精度。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案。

本發明一種磁共振量子傳感器閉環控制系統，該系統包括控制器，數字直接頻率合成器DDS，量子傳感器，低通濾波器LPF和模擬/數字轉換器A/D；

數字直接頻率合成器DDS輸出的兩路正弦信號，一路信號通過低通濾波器LPF和模擬/數字轉換器A/D環節反饋給控制器，另一路信號先通過量子傳感器，然后再通過低通濾波器LPF和模擬/數字轉換器A/D環節反饋給控制器，當控制器接收到的兩路正弦信號的相位差與控制器相位參考輸入存在偏差時，控制器會對數字直接頻率合成器DDS輸出正弦信號的頻率進行調節，并將調節后數字直接頻率合成器DDS輸出的正弦信號作為激勵信號輸入量子傳感器。

進一步，所述控制器相位參考輸入為90°。

進一步，該系統還包括相位解算模塊；數字直接頻率合成器DDS輸出的兩路正弦信號，一路信號通過低通濾波器LPF和模擬/數字轉換器A/D環節，另一路信號先通過量子傳感器，然后再通過低通濾波器LPF和模擬/數字轉換器A/D環節后，先通過相位解算模塊對兩路正弦信號產生的相位誤差進行動態補償后再反饋給控制器，對磁共振量子傳感器進行閉環控制。

進一步，所述相位解算模塊根據兩路輸入信號，實時解算量子傳感器輸出正弦信號的幅值，然后解算當前磁場環境下，磁共振量子傳感器閉環控制系統存在的相位誤差補償值，以解算得到的相位誤差補償值補償磁共振控制系統的相位誤差。

進一步，量子傳感器輸出正弦信號幅值的計算公式為：

式中：A_o為量子傳感器輸出正弦信號的幅值，T為磁共振量子傳感器閉環控制系統的控制周期，V_o(t)為量子傳感器電壓輸出，t為時間變量；

進一步，所述相位誤差補償值解算包括：

(1)設變量A_max0和的初值為0，在第一個控制周期內執行如下算法：

A_max0＝A_o (4)