一种提高铯光泵磁共振信号测频精度和速度的电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种提高铯光泵磁共振信号测频精度和速度的电路，铯光泵磁敏传感器的输入端连接高频激励电路，磁敏传感器的输出端连接信号调理电路，信号调理电路连接移相电路和滞回比较器，所述移相电路、信号调理电路和铯光泵磁敏传感器构成一反馈回路，信号调理电路输出的调理后的铯光泵磁共振信号经过移相电路移相后使铯光泵磁敏传感器输出连续的铯光泵磁共振信号，滞回比较器和晶振电路的输出端均连接FPGA数字测频模块，控制器读取FPGA数字测频模块的处理结果，并计算铯光泵磁共振信号频率，所述存储单元存储计算结果。本实用新型专利技术测频模块的各个子模块集成于FPGA中，电路容易实现且可靠性强，后期测频方案升级更加方便。

【技术实现步骤摘要】
一种提高铯光泵磁共振信号测频精度和速度的电路
本技术涉及地球弱磁场测量
，特别是涉及一种提高铯光泵磁共振信号测频精度和速度的电路。
技术介绍
光泵磁力仪因分辨率高、无零点漂移、不须严格定向、能在运动条件下进行高精度快速连续测量等优点，成为了航空磁测和水下磁测最重要的测量手段，主要应用在地球物理勘探、军事磁探潜、矿藏探测等方面。铯光泵磁力仪是以铯原子在弱磁场中的塞曼分裂为理论基础，通过光抽运效应和光磁共振技术研制而成的弱磁场测量仪器。铯原子在外磁场的作用下产生塞曼能级分裂，分裂后的原子量相邻子能级间的能量差可用塞曼跃迁频率来表示，即磁共振频率。磁共振频率fx和被测地磁场强度成正比例关系，其比例常数称为铯的旋磁比，等于3.49828Hz/nT。通过测量磁共振频率fx可以得到被测磁场强度H＝fx/3.49828nT。因此其测频精度直接决定了地磁场的测量精度。在10000nT～100000nT的地磁场量程范围，磁共振频率为35KHz～350KHz。由于光泵磁力仪的军事价值高，发达国家对高采样率、高精度的光泵磁力仪是限制出口的，因此研制具有自主知识产权的高灵敏度的光泵磁力仪具有重要的意义。如何进一步提高系统的测频精度和速度是现有光泵磁力仪亟需解决的关键问题。目前，通常采用直接测频法(M法)和直接测周法(T法)结合起来对铯光泵磁共振频率进行测量，或基于FPGA(FieldProgrammableGateArray)的等精度测频法提高铯光泵磁力仪磁共振信号测频精度，或利用锁相测频法进行铯光泵磁共振信号的测量。但，第一种方法存在±1的计数误差，同时其辅助电路的噪声尖峰也可能会导致技术错误；第二种方法由于测量的闸门时间是不连续的，会存在频率测量的盲区，而且它在动态测量及强噪声背景下的稳定性较差；第三种方法存在噪声较大、采样率不够高等问题，影响测频精度。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的实施例提供了一种提高铯光泵磁敏传感器磁共振信号测频精度和速度的电路。本技术的实施例提供一种提高铯光泵磁共振信号测频精度和速度的电路，包括高频激励电路、铯光泵磁敏传感器、信号调理电路、滞回比较器、移相电路、晶振电路、FPGA数字测频模块、控制器和存储单元，所述铯光泵磁敏传感器的输入端连接高频激励电路，所述高频激励电路激励铯光泵磁敏传感器输出铯光泵磁共振信号，所述铯光泵磁敏传感器的输出端连接信号调理电路，所述信号调理电路连接移相电路和滞回比较器，所述信号调理电路调理铯光泵磁敏传感器输出的铯光泵磁共振信号，并将调理后的铯光泵磁共振信号输入滞回比较器，所述移相电路、信号调理电路和铯光泵磁敏传感器构成一反馈回路，所述信号调理电路输出的调理后的铯光泵磁共振信号经过移相电路移相后使铯光泵磁敏传感器输出连续的铯光泵磁共振信号，所述滞回比较器和晶振电路的输出端均连接FPGA数字测频模块，所述晶振电路输出时基信号至FPGA数字测频模块，所述滞回比较器对调理后的铯光泵磁共振信号进行处理后输出待测信号至FPGA数字测频模块，所述FPGA数字测频模块对时基信号和待测信号进行处理，所述控制器读取FPGA数字测频模块的处理结果，并计算铯光泵磁共振信号频率，所述存储单元存储计算结果。进一步，所述FPGA数字测频模块包括控制信号部分、计数部分、锁存部分和数据传送部分，所述控制信号部分、计数部分、锁存部分和数据传送部分相互连接。进一步，所述控制信号部分包括一可编程倍频器、一可编程分频器、一D触发器、若干与门和若干非门，所述可编程倍频器根据实际情况调整倍频比，所述可编程分频器根据实际情况调整分频比。进一步，所述计数部分包括第一计数器、第二计数器和第三计数器。进一步，所述锁存部分包括两个锁存器，所述数据传输部分包括一多路选择器，所述锁存器连接多路选择器。进一步，所述多路选择器优选为48选8多路选择器。进一步，所述控制器为STM32控制器，所述存储单元为SD卡。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：1、本技术利用定闸门测频的原理，采取“无间歇测频”和“剔除频率交界点”的方式，“无间歇测频”的方式采用双计数器分别在正负闸门时间内连续交替计数，消除频率测量盲区，实现无间歇连续测频，极大程度上提高了磁力仪的测频精度和速度；“剔除频率交界点”的方式采用控制器对采集的数据进行分析，找到并剔除动态频率变化交界点，保证了测量精度的稳定性；2、测频模块的各个子模块集成于FPGA数字测频模块中，电路容易实现且可靠性强，后期测频方案升级更加方便；3、此技术能够根据实际情况对相应软件搭接及芯片选择做出调整，降低了改造成本。附图说明图1是本技术一种提高铯光泵磁共振信号测频精度和速度的电路一实施例的结构示意图。图2是图1中FPGA数字测频模块的电路图。图3是本技术一种提高铯光泵磁共振信号测频精度和速度的电路一实施例的工作流程图。图4是图3中定闸门无间歇测频的工作流程图。图5是图3中本技术一种提高铯光泵磁共振信号测频精度和速度的电路一实施例的原理波形图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地描述。请参考图1和图2，本技术的实施例提供了一种提高铯光泵磁共振信号测频精度和速度的电路，包括高频激励电路1、铯光泵磁敏传感器2、信号调理电路3、滞回比较器4、移相电路5、晶振电路6、FPGA数字测频模块7、控制器8和存储单元9。铯光泵磁敏传感器2的输入端连接高频激励电路1，高频激励电路1激励铯光泵磁敏传感器2输出铯光泵磁共振信号，铯光泵磁敏传感器2的输出端连接信号调理电路3。信号调理电路3连接移相电路5和滞回比较器4，信号调理电路3调理铯光泵磁敏传感器2输出的铯光泵磁共振信号，并将调理后的铯光泵磁共振信号输入滞回比较器4，移相电路5、信号调理电路3和铯光泵磁敏传感器2构成一反馈回路，信号调理电路3输出的调理后的铯光泵磁共振信号经过移相电路5移相后使铯光泵磁敏传感器2输出连续的铯光泵磁共振信号。滞回比较器4和晶振电路6的输出端均连接FPGA数字测频模块7，晶振电路6输出时基信号至FPGA数字测频模块7，滞回比较器4对调理后的铯光泵磁共振信号进行处理后输出待测信号至FPGA数字测频模块7。FPGA数字测频模块7对时基信号和待测信号进行处理，在一实施例中，FPGA数字测频模块7包括控制信号部分71、计数部分72、锁存部分73和数据传送部分74，控制信号部分71、计数部分72、锁存部分73和数据传送部分74相互连接。控制信号部分71包括一可编程倍频器711、一可编程分频器712、一D触发器713、若干与门714和若干非门715，可编程倍频器711根据实际情况调整倍频比，可编程分频器712根据实际情况调整分频比。计数部分72包括第一计数器(CNT1)721、第二计数器(CNT2)722和第三计数器(CNT3)723；锁存部分73包括两个锁存器731，数据传输部分74包括一多路选择器741，锁存器731连接多路选择器741，多路选择器741优选为48选8多路选择器。控制器8读取FPGA数字测频模块7的处理结果，在一实施例中，控制器优选为STM32控制器，并计算铯光泵磁共振信号频率，存储单元9存储计算结果，在一实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高铯光泵磁共振信号测频精度和速度的电路，其特征在于，包括高频激励电路、铯光泵磁敏传感器、信号调理电路、滞回比较器、移相电路、晶振电路、FPGA数字测频模块、控制器和存储单元，所述铯光泵磁敏传感器的输入端连接高频激励电路，所述高频激励电路激励铯光泵磁敏传感器输出铯光泵磁共振信号，所述铯光泵磁敏传感器的输出端连接信号调理电路，所述信号调理电路连接移相电路和滞回比较器，所述信号调理电路调理铯光泵磁敏传感器输出的铯光泵磁共振信号，并将调理后的铯光泵磁共振信号输入滞回比较器，所述移相电路、信号调理电路和铯光泵磁敏传感器构成一反馈回路，所述信号调理电路输出的调理后的铯光泵磁共振信号经过移相电路移相后使铯光泵磁敏传感器输出连续的铯光泵磁共振信号，所述滞回比较器和晶振电路的输出端均连接FPGA数字测频模块，所述FPGA数字测频模块包括控制信号部分、计数部分、锁存部分和数据传送部分，所述晶振电路输出时基信号至FPGA数字测频模块，所述滞回比较器对调理后的铯光泵磁共振信号进行处理后输出待测信号至FPGA数字测频模块，所述FPGA数字测频模块对时基信号和待测信号进行处理，所述控制器读取FPGA数字测频模块的处理结果，并计算铯光泵磁共振信号频率，所述存储单元存储计算结果。...

【技术特征摘要】
1.一种提高铯光泵磁共振信号测频精度和速度的电路，其特征在于，包括高频激励电路、铯光泵磁敏传感器、信号调理电路、滞回比较器、移相电路、晶振电路、FPGA数字测频模块、控制器和存储单元，所述铯光泵磁敏传感器的输入端连接高频激励电路，所述高频激励电路激励铯光泵磁敏传感器输出铯光泵磁共振信号，所述铯光泵磁敏传感器的输出端连接信号调理电路，所述信号调理电路连接移相电路和滞回比较器，所述信号调理电路调理铯光泵磁敏传感器输出的铯光泵磁共振信号，并将调理后的铯光泵磁共振信号输入滞回比较器，所述移相电路、信号调理电路和铯光泵磁敏传感器构成一反馈回路，所述信号调理电路输出的调理后的铯光泵磁共振信号经过移相电路移相后使铯光泵磁敏传感器输出连续的铯光泵磁共振信号，所述滞回比较器和晶振电路的输出端均连接FPGA数字测频模块，所述FPGA数字测频模块包括控制信号部分、计数部分、锁存部分和数据传送部分，所述晶振电路输出时基信号至FPGA数字测频模块，所述滞回比较器对调理后的铯光泵磁共振信号进行处理后输出待测信号至FPGA数字测频模块，所述FPGA数字测频模块对时基信号和待测信号进行处理，所述控制器读取FPGA...

【专利技术属性】
技术研发人员：董浩斌，胡舒婷，葛健，罗望，黄跃飞，郭培培，邱香域，李瑞鹏，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：新型
国别省市：湖北,42