[實用新型]一種提高銫光泵磁共振信號測頻精度和速度的電路

有效

• 申請號: 201720218158.5
• 申請日: 2017-03-08
• 公開（公告）號: CN206710575U
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 董浩斌;胡舒婷;葛健;羅望;黃躍飛;郭培培;邱香域;李瑞鵬
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司42238
• 代理人: 曹雄

技術領域

本實用新型涉及地球弱磁場測量技術領域，特別是涉及一種提高銫光泵磁共振信號測頻精度和速度的電路。

背景技術

光泵磁力儀因分辨率高、無零點漂移、不須嚴格定向、能在運動條件下進行高精度快速連續測量等優點，成為了航空磁測和水下磁測最重要的測量手段，主要應用在地球物理勘探、軍事磁探潛、礦藏探測等方面。

銫光泵磁力儀是以銫原子在弱磁場中的塞曼分裂為理論基礎，通過光抽運效應和光磁共振技術研制而成的弱磁場測量儀器。銫原子在外磁場的作用下產生塞曼能級分裂，分裂后的原子量相鄰子能級間的能量差可用塞曼躍遷頻率來表示，即磁共振頻率。磁共振頻率f_x和被測地磁場強度成正比例關系，其比例常數稱為銫的旋磁比，等于3.49828Hz/nT。通過測量磁共振頻率f_x可以得到被測磁場強度H＝f_x/3.49828nT。因此其測頻精度直接決定了地磁場的測量精度。在10000nT～100000nT的地磁場量程范圍，磁共振頻率為35KHz～350KHz。

由于光泵磁力儀的軍事價值高，發達國家對高采樣率、高精度的光泵磁力儀是限制出口的，因此研制具有自主知識產權的高靈敏度的光泵磁力儀具有重要的意義。如何進一步提高系統的測頻精度和速度是現有光泵磁力儀亟需解決的關鍵問題。

目前，通常采用直接測頻法(M法)和直接測周法(T法)結合起來對銫光泵磁共振頻率進行測量，或基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的等精度測頻法提高銫光泵磁力儀磁共振信號測頻精度，或利用鎖相測頻法進行銫光泵磁共振信號的測量。

但，第一種方法存在±1的計數誤差，同時其輔助電路的噪聲尖峰也可能會導致技術錯誤；第二種方法由于測量的閘門時間是不連續的，會存在頻率測量的盲區，而且它在動態測量及強噪聲背景下的穩定性較差；第三種方法存在噪聲較大、采樣率不夠高等問題，影響測頻精度。

發明內容

有鑒于此，本實用新型的實施例提供了一種提高銫光泵磁敏傳感器磁共振信號測頻精度和速度的電路。

本實用新型的實施例提供一種提高銫光泵磁共振信號測頻精度和速度的電路，包括高頻激勵電路、銫光泵磁敏傳感器、信號調理電路、滯回比較器、移相電路、晶振電路、FPGA數字測頻模塊、控制器和存儲單元，所述銫光泵磁敏傳感器的輸入端連接高頻激勵電路，所述高頻激勵電路激勵銫光泵磁敏傳感器輸出銫光泵磁共振信號，所述銫光泵磁敏傳感器的輸出端連接信號調理電路，所述信號調理電路連接移相電路和滯回比較器，所述信號調理電路調理銫光泵磁敏傳感器輸出的銫光泵磁共振信號，并將調理后的銫光泵磁共振信號輸入滯回比較器，所述移相電路、信號調理電路和銫光泵磁敏傳感器構成一反饋回路，所述信號調理電路輸出的調理后的銫光泵磁共振信號經過移相電路移相后使銫光泵磁敏傳感器輸出連續的銫光泵磁共振信號，所述滯回比較器和晶振電路的輸出端均連接FPGA數字測頻模塊，所述晶振電路輸出時基信號至FPGA數字測頻模塊，所述滯回比較器對調理后的銫光泵磁共振信號進行處理后輸出待測信號至FPGA數字測頻模塊，所述FPGA數字測頻模塊對時基信號和待測信號進行處理，所述控制器讀取FPGA數字測頻模塊的處理結果，并計算銫光泵磁共振信號頻率，所述存儲單元存儲計算結果。

進一步，所述FPGA數字測頻模塊包括控制信號部分、計數部分、鎖存部分和數據傳送部分，所述控制信號部分、計數部分、鎖存部分和數據傳送部分相互連接。

進一步，所述控制信號部分包括一可編程倍頻器、一可編程分頻器、一D觸發器、若干與門和若干非門，所述可編程倍頻器根據實際情況調整倍頻比，所述可編程分頻器根據實際情況調整分頻比。

進一步，所述計數部分包括第一計數器、第二計數器和第三計數器。

進一步，所述鎖存部分包括兩個鎖存器，所述數據傳輸部分包括一多路選擇器，所述鎖存器連接多路選擇器。

進一步，所述多路選擇器優選為48選8多路選擇器。

進一步，所述控制器為STM32控制器，所述存儲單元為SD卡。

與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：

1、本實用新型利用定閘門測頻的原理，采取“無間歇測頻”和“剔除頻率交界點”的方式，“無間歇測頻”的方式采用雙計數器分別在正負閘門時間內連續交替計數，消除頻率測量盲區，實現無間歇連續測頻，極大程度上提高了磁力儀的測頻精度和速度；“剔除頻率交界點”的方式采用控制器對采集的數據進行分析，找到并剔除動態頻率變化交界點，保證了測量精度的穩定性；