基于磁场调制的原子磁强计和弱磁测量系统技术方案

本申请提供了一种基于磁场调制的原子磁强计和弱磁测量系统，原子磁强计包括：光线发生装置，用于发射探测光线；气室，用于接收所述探测光线并形成携带磁场信息的待测光线；光线检测装置，用于接收所述待测光线并转换为待测电信号；调制线圈，用于朝所述气室发射调制磁场；可编程电路，具有第一信号输出端和第一信号输入端，所述第一信号输出端产生用于控制所述调制线圈内电流的调制信号，所述第一信号输入端与所述光线检测装置电连接并接收所述待测电信号。本申请提供的基于磁场调制的原子磁强计，可减少电器数量，降低成本。降低成本。降低成本。

【技术实现步骤摘要】
基于磁场调制的原子磁强计和弱磁测量系统


[0001]本申请涉及弱磁检测
，特别是涉及基于磁场调制的原子磁强计和弱磁测量系统。

技术介绍

[0002]高精度极弱磁场测量被广泛于生物医疗、基础物理、前沿科学等
，而基于磁场调制的原子磁强计是进行磁场测量的有效手段之一，随着磁强计不断地发展和研究水平的不断提高，在基础科学研究、地质勘探、航空测磁和心脑磁测量等领域都发挥着不可或缺的作用。
[0003]以脑磁测量为例，被测对象会进行某些动作以达到对心脑的某一方面进行测量的目的。人类大脑所产生的磁场信号强度在fT量级，通过基于磁场调制的原子磁强计探头阵列可以测量人脑某个区域的活动，进而为医生的脑疾病研究、脑功能诊断乃至脑认知领域提供更全面的实验依据。
[0004]原子磁强计的工作原理为，探测光线通过气室时，探测光线的偏振或强度等参数会受到环境磁场的影响，通过检测探测光线的参数变化即可计算环境中的磁场强度，例如脑磁强度。脑磁是一种微弱的磁场信号，通过调制解调技术可以提高对微弱信号的检测灵敏度。
[0005]磁场调制技术提高原子磁强计灵敏度的有效手段。传统的原子磁强计通过信号发生器向气室发射调制磁场，使待测电信号中同时携带脑磁信息和调制磁场信息，再利用锁相放大器对待测电信号解调，提取含脑磁信息的边带。该过程需要两台电子设备的参与，如果采用磁场补偿技术，还需要另一台信号发生器，设备较复杂。
[0006]在对人体心脑磁测量空间分辨率较高的场合，常需要将多个原子磁强计的探头组合成探头阵列使用。传统的商用锁相放大仪器通常仅能支持4～8通道信号的锁相放大，而探头阵列化所需的探头将有20个以上，这将导致测磁系统过于复杂、费用过高，限制了原子磁强计的阵列化应用。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本申请提供了一种基于磁场调制的原子磁强计，可降低设备成本。
[0008]本申请提供的基于磁场调制的原子磁强计包括：
[0009]光线发生装置，用于发射探测光线；
[0010]气室，用于接收所述探测光线并形成携带磁场信息的待测光线；
[0011]光线检测装置，用于接收所述待测光线并转换为待测电信号；
[0012]可编程电路，具有第一信号输出端和第一信号输入端，所述第一信号输出端用于输出正弦数字信号；
[0013]数模转换电路，连接于所述第一信号输出端，用于将所述正弦数字信号转换为正
弦模拟信号；
[0014]调制线圈，用于朝所述气室发射受控于所述正弦模拟信号的正弦调制磁场；
[0015]模数转换电路，连接在所述光线检测装置和所述第一信号输入端之间，用于将所述待测电信号转换为待测数字信号并输入所述第一信号输入端，所述可编程电路还用于解调所述待测数字信号以获得预期信号。
[0016]以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
[0017]可选的，所述光线发生装置包括沿光路依次布置的：
[0018]激光器，用于发射初始激光；
[0019]反光件，用于将所述初始激光朝所述气室方向反射；
[0020]起偏器，用于将所述初始激光转换为线偏振光；
[0021]四分之一波片，用于将所述线偏振光转换为圆偏振光，所述圆偏振光作为所述探测光线进入所述气室内。
[0022]可选的，所述光线检测装置包括光电探测器和信号放大电路，所述光电探测器用于接收所述待测光线并转换为初始电信号，所述信号放大电路连接于所述光电探测器并用于将所述初始电信号放大并转换为所述待测电信号。
[0023]可选的，所述光电探测器为光敏二极管，所述信号放大电路为跨阻放大器，所述初始电信号为电流信号，所述待测电信号为电压信号。
[0024]可选的，所述跨阻放大器包括：
[0025]运算放大器，同相输入端接地，反相输入端连接所述光敏二极管的阴极，输出端用于输出所述待测电信号，所述光敏二极管的阳极接地；
[0026]反馈电阻，连接在所述运算放大器的输出端与反相输入端之间；
[0027]反馈电容，并联于所述反馈电阻的两端。
[0028]可选的，所述可编程电路为现场可编程门阵列。
[0029]可选的，所述可编程电路连接有用于提供时钟信号的恒温晶体振荡器。
[0030]可选的，还包括探头壳体，所述光线发生装置、所述气室、所述光线检测装置、所述调制线圈以及所述可编程电路位于所述探头壳体内。
[0031]可选的，还包括探头壳体，所述光线发生装置、所述气室、所述光线检测装置以及所述调制线圈位于所述探头壳体内，所述可编程电路位于所述探头壳体外，所述探头壳体设置多个，各探头壳体内的用电设备分别与所述可编程电路通信连接。
[0032]本申请还提供一种弱磁测量系统，包括所述的原子磁强计以及上位机，所述上位机与所述可编程电路通信连接，用于控制所述正弦数字信号的生成、参与解调以及根据所述预期信号得到待测的弱磁信息。
[0033]本申请提供的基于磁场调制的原子磁强计和弱磁测量系统，结构较简单，成本较低。
附图说明
[0034]图1为本申请原子磁强计一实施例的结构示意图；
[0035]图2为图1中光线发生装置的结构示意图；
[0036]图3为图1中光线检测装置的结构示意图；
[0037]图4为本申请弱磁测量系统一实施例的结构示意图；
[0038]图5为本申请原子磁强计的控制方法一实施例的流程图；
[0039]图6为图5中步骤S100的具体流程图；
[0040]图7为图6中不同频率锯齿波的波形图；
[0041]图8a和图8b为图6中CORDIC算法的示意图；
[0042]图9为根据图7中的锯齿波产生的正弦调制信号的波形图；
[0043]图10为频率、幅值、直流偏置均不同的正弦调制信号的波形图；
[0044]图11为图5中步骤S300的具体流程图；
[0045]图12为磁场调制的原理示意图；
[0046]图13为同频与不同频的条件下得到的解调信号的对比图；
[0047]图14为获取图11中相位偏移参数一实施例的流程图；
[0048]图15为本申请弱磁测量方法一实施例的流程图。
[0049]图中附图标记说明如下：
[0050]1、光线发生装置；11、探测光线；12、待测光线；13、激光器；131、初始激光；14、反光件；15、起偏器；16、四分之一波片；2、气室；3、光线检测装置；31、光电探测器；32、信号放大电路；321、运算放大器；322、反馈电阻；323、反馈电容；4、调制线圈；5、可编程电路；51、第一信号输出端；52、第一信号输入端；53、波形发生电路；54、数模转换电路；55、模数转换电路；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于磁场调制的原子磁强计，其特征在于，包括：光线发生装置，用于发射探测光线；气室，用于接收所述探测光线并形成携带磁场信息的待测光线；光线检测装置，用于接收所述待测光线并转换为待测电信号；可编程电路，具有第一信号输出端和第一信号输入端，所述第一信号输出端用于输出正弦数字信号；数模转换电路，连接于所述第一信号输出端，用于将所述正弦数字信号转换为正弦模拟信号；调制线圈，用于朝所述气室发射受控于所述正弦模拟信号的正弦调制磁场；模数转换电路，连接在所述光线检测装置和所述第一信号输入端之间，用于将所述待测电信号转换为待测数字信号并输入所述第一信号输入端，所述可编程电路还用于解调所述待测数字信号以获得预期信号。2.根据权利要求1所述的基于磁场调制的原子磁强计，其特征在于，所述光线发生装置包括沿光路依次布置的：激光器，用于发射初始激光；反光件，用于将所述初始激光朝所述气室方向反射；起偏器，用于将所述初始激光转换为线偏振光；四分之一波片，用于将所述线偏振光转换为圆偏振光，所述圆偏振光作为所述探测光线进入所述气室内。3.根据权利要求1所述的基于磁场调制的原子磁强计，其特征在于，所述光线检测装置包括光电探测器和信号放大电路，所述光电探测器用于接收所述待测光线并转换为初始电信号，所述信号放大电路连接于所述光电探测器并用于将所述初始电信号放大并转换为所述待测电信号。4.根据权利要求3所述的基于磁场调制的原子磁强计，其特征在于，所述光电探测器为光敏二极管，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋欣达，索宇辰，马建，周斌权，
申请(专利权)人：杭州诺驰生命科学有限公司，
类型：新型
国别省市：