氦光泵磁力仪数字化检测系统研制

发布时间：2017-05-12 06:04

  本文关键词：氦光泵磁力仪数字化检测系统研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氦光泵磁力仪是一种高灵敏度磁测仪器，广泛应用于空间磁测、军事反潜和地球物理勘探等领域。氦光泵磁力仪检测系统的数字化是提高仪器精度的发展方向之一，数字化氦光泵磁力仪容易实现仪器小型化，有利于扩展氦光泵磁力仪的应用领域，如挂载在小型无人机上等。全文从介绍氦光泵磁力仪的应用领域和国内外发展现状入手，总结了氦光泵磁力仪检测系统研究概况。在此基础上，提出本文研究对象为氦光泵磁力仪数字化检测系统研制，主要研究工作及成果可归纳为以下几个方面： 1.从氦光泵磁力仪的理论基础出发，阐述氦光泵磁力仪磁测原理及信号特性，，分析仪器灵敏度估计方法及磁共振角相关性对灵敏度的影响，说明频率调制磁共振检测方法的原理及信号特性，推导调频最优参数，提出基于单片FPGA芯片的数字化检测系统。 2.基于DDS技术实现FPGA数字调频器产生射频磁场。根据调频器在频率稳定度、频率分辨力和调制性能等方面的要求完成FPGA方波频率合成器和调频器，及其外围电路的设计。 3.针对氦光泵磁力仪检测光敏元件输出的调制基波信号幅度的需求，设计并实现FPGA数字正交锁相放大模块，使用CORDIC算法完成数字相敏检测和求模运算的设计与实现，使用多抽样率技术完成高效窄带低通滤波器的设计与实现。 4.对检测系统功能模块和样机进行测试。对数字调频器进行功能仿真，对数字锁相放大器进行仿真并与商用仪器进行对比测试，用商用仪器和样机完成基波信号幅度特性曲线检测。
【关键词】：氦光泵磁力仪 数字化 数字调频器 锁相放大 CORDIC 窄带滤波
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP274;TH763.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景10-12
• 1.2 氦光泵磁力仪研究现状12-15
• 1.2.1 氦光泵磁力仪国内发展现状12-13
• 1.2.2 氦光泵磁力仪国外发展现状13-15
• 1.2.3 氦光泵磁力仪信号检测技术发展现状15
• 1.3 本文研究目的及意义15-16
• 1.4 本文研究内容及组织结构16-17
• 1.4.1 本文研究内容16
• 1.4.2 本文组织结构16-17
• 第2章 信号检测原理与数字化设计17-28
• 2.1 氦光泵磁力仪探头原理与组成17-19
• 2.1.1 氦光泵磁力仪磁测原理17-18
• 2.1.2 氦光泵磁力仪探头组成18-19
• 2.2 氦光泵磁共振光吸收信号19-22
• 2.2.1 磁共振光吸收信号模型19-20
• 2.2.2 共振信号角相关性20-22
• 2.3 频率调制磁共振检测22-26
• 2.3.1 傅立叶级数分析22-23
• 2.3.2 灵敏度估计方法23-24
• 2.3.3 调频参数最优设计24-26
• 2.4 数字化检测系统设计26-28
• 2.4.1 基于FPGA的数字系统设计26-27
• 2.4.2 数字化检测系统结构27-28
• 第3章 数字调频器设计与实现28-33
• 3.1 方波频率合成器设计28-29
• 3.2 方波数字调频器设计29-31
• 3.3 调频器外围电路设计31-33
• 3.3.1 系统时钟设计31
• 3.3.2 调频器输出电路设计31-33
• 第4章 数字锁相放大器设计与实现33-62
• 4.1 锁相放大检测原理与设计33-41
• 4.1.1 正交锁相检测原理33-35
• 4.1.2 CORDIC算法原理及应用35-37
• 4.1.3 多抽样率窄带滤波器37-40
• 4.1.4 数字正交锁相放大器设计40-41
• 4.2 信号通道电路设计41-45
• 4.2.1 信号调理电路42-44
• 4.2.2 数据采集电路44-45
• 4.3 CORDIC相敏器设计与FPGA实现45-51
• 4.3.1 CORDIC算法参数及精度46-47
• 4.3.2 CORDIC相敏器FPGA实现47-49
• 4.3.3 CORDIC相敏器仿真验证49-51
• 4.4 窄带低通滤波器设计与FPGA实现51-59
• 4.4.1 窄带低通滤波器结构51-52
• 4.4.2 CIC滤波器设计与FPGA实现52-56
• 4.4.3 FIR滤波器设计与FPGA实现56-59
• 4.5 CORDIC求模运算与FPGA实现59-62
• 第5章 数字化检测系统测试与分析62-68
• 5.1 数字化检测系统模块测试及样机62-65
• 5.1.1 调频器功能仿真62
• 5.1.2 数字锁相放大器仿真与测试62-64
• 5.1.3 数字化检测系统样机64-65
• 5.2 信号特性测试与分析65-68
• 5.2.1 商用仪器检测基波信号特性65
• 5.2.2 检测系统测试软件构建65-66
• 5.2.3 样机检测基波信号特性66-68
• 第6章 总结与展望68-70
• 6.1 主要研究工作及成果68
• 6.2 进一步研究工作68-70
• 参考文献70-73
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果73-74
• 致谢74

【参考文献】

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本文编号：358910