数字式氦光泵磁力仪的工程样机设计
本文选题:FPGA + 二次谐波信号 ; 参考:《吉林大学》2017年硕士论文
【摘要】:数字式氦光泵磁力仪是以氦原子的能级在外磁场中产生塞曼效应为理论依据,通过光泵作用使氦原子具有光学取向,利用光学传感器检测磁共振作用的方法完成对被测磁场的测量,广泛应用于航空磁测、地球物理研究、军事国防等领域。信号检测控制回路是氦光泵磁力仪最为关键的环节,其所采用的跟踪锁定策略直接影响到仪器指标和系统的稳定性。首先本文从氦光泵磁力仪的物理原理出发,研究了氦光泵磁力仪的工作原理,并对磁共振曲线的基波信号和二次谐波信号的幅值特性进行了详细分析,对氦光泵磁力仪对磁共振点的搜索策略提出了改善方法其次为了提高系统的稳定性和可靠性,本文采用数字技术,在基于FPGA处理器下设计了氦光泵磁力仪的检测回路,利用数字锁相放大器来提取信号,采用数字调频技术来产生调制频率。并在搜索策略中加入二次谐波信号,利用二次谐波信号的幅值特性快速寻找共振区,从而加快跟踪锁定共振点的速度。并利用RT-Thread操作系统设计人机交互界面,使人机交互界面一目了然便于使用。最后对数字式氦光泵磁力仪的工程样机进行功能和性能实验,并且还分别利用ANSYS软件和Pspice软件搭建模型对电路板进行结构和性能上的分析,验证了系统的稳定可靠性。
[Abstract]:The digital helium pump magnetometer is based on the helium atom's energy level in the external magnetic field. Through the effect of the optical pump, the helium atom has optical orientation. The method of measuring magnetic resonance by the optical sensor is used to measure the magnetic field. It is widely used in aeromagnetic survey, geophysical research, military defense and other fields. The control loop of the signal detection is the most important part of the helium pump magnetometer. The tracking and locking strategy adopted by it directly affects the instrument index and the stability of the system. First, the principle of the helium light pump magnetometer is studied from the physical principle of the helium pump magnetometer, and the fundamental and two harmonics of the magnetic resonance curve are also studied. The amplitude characteristic of the signal is analyzed in detail. The improvement method of the search strategy for the magnetic resonance point is put forward by the helium light pump magnetometer. The second is to improve the stability and reliability of the system. In this paper, a digital technology is used to design the detection circuit of the helium light pump magnetometer under the FPGA processor, and the digital phase locked amplifier is used to extract the signal. The modulation frequency is generated by digital frequency modulation (digital frequency modulation), and two harmonic signals are added to the search strategy. The amplitude characteristic of the two harmonic signals is used to quickly find the resonance region, thus the speed of tracking the locking resonance point is accelerated. And the RT-Thread operating system is used to design the interface of human-computer interaction so that the human-computer interaction interface is easy to use at a glance. Finally, the function and performance experiments of the digital helium pump magnetometer are carried out, and the structure and performance of the circuit board are analyzed by using the ANSYS software and the Pspice software, and the stability and reliability of the system are verified.
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM936
【参考文献】
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,本文编号:1905878
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