跟踪式铯原子激光磁力仪电子学系统设计
发布时间：2022-08-08 19:45
得益于光物理领域的快速发展,高精度的磁场测量技术得到极大的发展,其被广泛应用于地质调查、矿藏勘探、生物磁场测量、军事监测、磁共振成像等领域。铯原子激光光泵磁力作为一种高精度的磁场测量仪器,具有灵敏度高、频率响应快、采样率高、功耗低等多种优点,成为当今世界各国磁力仪领域的研究热点。跟国外发达国家相比,我国对于光泵磁力仪的研究在一些技术指标上仍有很大的差距,且暂无成熟的产品。因此研究高性能指标的铯光泵磁力仪具有重要意义。本文首先介绍了跟踪式激光光泵磁力仪的研究背景及其原理,阐述了该磁力仪电子学系统的设计思想及整体设计方案。其次,针对电子学系统中的关键电路和信号处理中的关键技术进行了详细探讨。最后,论文还分析了跟踪式激光光泵磁力仪各功能模块和整机性能的测试方法和测试结果。该款磁力仪的电子学系统主要由激光器控制回路、射频场扫描控制回路、以及信号的检测与处理几个部分组成,其中关键部分为激光器温度控制电路、基于FPGA的多路相干信号源、数字锁相处理算法等。论文的主要研究工作也体现在这些方面,具体研究内容为:1)设计并优化了激光器温度控制电路,实现了激光器波长的稳定、提高了磁力仪灵敏度。温度直接影响...
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 磁测量的意义
1.2 磁力仪研究现状
1.3 光泵磁力仪概述
1.4 论文结构安排
第二章 铯原子磁力仪工作原理
2.1 铯原子磁力仪物理基础
2.1.1 铯原子的能级结构
2.1.2 光泵浦过程
2.1.3 塞曼分裂和原子自旋进动
2.2 跟踪式铯原子激光磁力仪整体系统组成
第三章 高精度激光器温度控制单元
3.1 激光器波长控制单元的方案
3.2 激光器温度控制器单元整体方案
3.2.1 电源控制电路
3.2.2 温度控制电路
3.2.3 模拟PID参数优化
3.3 温度控制电路的性能优化
3.4.1 核心元器件参数优化
3.4.2 电路板布局布线
第四章 基于FPGA的多路相干信号源
4.1 DDS信号源的基本原理
4.2 磁力仪对相干信号源技术指标要求
4.3 多路相干信号源总体方案
4.4 多路相干信号源模块设计
4.4.1 单片机与FPGA的信息交互
4.4.2 DDS波形输出电路
4.4.3 通道滤波器的设计
4.4.4 通道放大电路
4.4.5 相位精确调整模块
第五章 数字锁相的信号检测算法
5.1 信号的检测与处理模块方案
5.2 数字锁相技术的基本原理
5.3 数字锁相关键技术研究
第六章 测试与结果分析
6.1 激光器温度控制单元性能评估
6.1.1 激光器温度控制器性能评估方法
6.1.2 目标温度变化分析法
6.1.3 谱线平移分析法
6.2 多路相干信号源性能测试
6.3 跟踪式铯原子激光磁力仪整体性能测试
第七章 总结与展望
7.1 工作总结
7.2 展望
附录
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]MATLAB在地球物理专业《磁法勘探》课程教学中的应用[J]. 马欢,郭越,吴萍萍,贾建鹏. 教育教学论坛. 2019(21)
[2]一种基于CORDIC算法的改进型DDS设计[J]. 黄玮,崔乔冬,王堂胜,周彭宇,谢帅,杜滨媛. 通信电源技术. 2019(04)
[3]注入锁定VCSEL实现光信号无色散补偿传输[J]. 孔慧君,李林福. 激光杂志. 2019(01)
[4]基于激光源的高准确度He-Cs光泵磁力仪研究[J]. 石铭. 中国电子科学研究院学报. 2019(01)
[5]原子磁力仪的空间应用及发展趋势[J]. 寇军,康海霞,杨然,桑建芝,王学锋. 导航与控制. 2018(06)
[6]半导体激光器的实验特性分析及识别[J]. 罗春霞,陈海英. 激光杂志. 2018(10)
[7]标准线圈法校准磁力式磁强计的不确定度评定[J]. 梁国鼎. 轻工标准与质量. 2018(05)
[8]原子干涉磁力仪信号对比度研究与分析[J]. 张笑楠,魏宗康,卢向东,寇军,任章. 哈尔滨工业大学学报. 2018(09)
[9]三轴高精度磁阻磁强计的设计[J]. 朱立超,罗志会,潘礼庆. 仪表技术与传感器. 2018(07)
[10]基于FPGA的DDS实验装置设计[J]. 刘文乐,尚明健. 科技风. 2018(01)
博士论文
[1]原子磁力仪的研究[D]. 李曙光.浙江大学 2009
硕士论文
[1]小型化铯光泵原子磁力仪研究[D]. 张斌.浙江大学 2015
[2]便携式DDS信号源设计[D]. 舒小平.华中师范大学 2015
[3]激光光泵原子磁力仪的研究[D]. 耿毅.浙江大学 2014
[4]直接数字频率合成技术的杂散抑制研究[D]. 李辉祥.华中师范大学 2013
[5]500MSPS双通道任意波形发生器数字电路设计[D]. 文晓琴.电子科技大学 2011
[6]1.25GSPS任意波形发生器模拟通道的设计与实现[D]. 彭辉.电子科技大学 2011
[7]基于磁通门的高精度数字磁探仪系统研究[D]. 李文通.华中师范大学 2011
[8]任意波形发生器的设计[D]. 戢慧.华中师范大学 2011
[9]铯光泵谱灯激励与弱磁检测电路的设计和实现[D]. 司风雷.武汉理工大学 2010
[10]基于DDS和FPGA技术的波形发生器的研究和设计[D]. 闫鑫.西安理工大学 2010
本文编号：3672114
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 磁测量的意义
1.2 磁力仪研究现状
1.3 光泵磁力仪概述
1.4 论文结构安排
第二章 铯原子磁力仪工作原理
2.1 铯原子磁力仪物理基础
2.1.1 铯原子的能级结构
2.1.2 光泵浦过程
2.1.3 塞曼分裂和原子自旋进动
2.2 跟踪式铯原子激光磁力仪整体系统组成
第三章 高精度激光器温度控制单元
3.1 激光器波长控制单元的方案
3.2 激光器温度控制器单元整体方案
3.2.1 电源控制电路
3.2.2 温度控制电路
3.2.3 模拟PID参数优化
3.3 温度控制电路的性能优化
3.4.1 核心元器件参数优化
3.4.2 电路板布局布线
第四章 基于FPGA的多路相干信号源
4.1 DDS信号源的基本原理
4.2 磁力仪对相干信号源技术指标要求
4.3 多路相干信号源总体方案
4.4 多路相干信号源模块设计
4.4.1 单片机与FPGA的信息交互
4.4.2 DDS波形输出电路
4.4.3 通道滤波器的设计
4.4.4 通道放大电路
4.4.5 相位精确调整模块
第五章 数字锁相的信号检测算法
5.1 信号的检测与处理模块方案
5.2 数字锁相技术的基本原理
5.3 数字锁相关键技术研究
第六章 测试与结果分析
6.1 激光器温度控制单元性能评估
6.1.1 激光器温度控制器性能评估方法
6.1.2 目标温度变化分析法
6.1.3 谱线平移分析法
6.2 多路相干信号源性能测试
6.3 跟踪式铯原子激光磁力仪整体性能测试
第七章 总结与展望
7.1 工作总结
7.2 展望
附录
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]MATLAB在地球物理专业《磁法勘探》课程教学中的应用[J]. 马欢,郭越,吴萍萍,贾建鹏. 教育教学论坛. 2019(21)
[2]一种基于CORDIC算法的改进型DDS设计[J]. 黄玮,崔乔冬,王堂胜,周彭宇,谢帅,杜滨媛. 通信电源技术. 2019(04)
[3]注入锁定VCSEL实现光信号无色散补偿传输[J]. 孔慧君,李林福. 激光杂志. 2019(01)
[4]基于激光源的高准确度He-Cs光泵磁力仪研究[J]. 石铭. 中国电子科学研究院学报. 2019(01)
[5]原子磁力仪的空间应用及发展趋势[J]. 寇军,康海霞,杨然,桑建芝,王学锋. 导航与控制. 2018(06)
[6]半导体激光器的实验特性分析及识别[J]. 罗春霞,陈海英. 激光杂志. 2018(10)
[7]标准线圈法校准磁力式磁强计的不确定度评定[J]. 梁国鼎. 轻工标准与质量. 2018(05)
[8]原子干涉磁力仪信号对比度研究与分析[J]. 张笑楠,魏宗康,卢向东,寇军,任章. 哈尔滨工业大学学报. 2018(09)
[9]三轴高精度磁阻磁强计的设计[J]. 朱立超,罗志会,潘礼庆. 仪表技术与传感器. 2018(07)
[10]基于FPGA的DDS实验装置设计[J]. 刘文乐,尚明健. 科技风. 2018(01)
博士论文
[1]原子磁力仪的研究[D]. 李曙光.浙江大学 2009
硕士论文
[1]小型化铯光泵原子磁力仪研究[D]. 张斌.浙江大学 2015
[2]便携式DDS信号源设计[D]. 舒小平.华中师范大学 2015
[3]激光光泵原子磁力仪的研究[D]. 耿毅.浙江大学 2014
[4]直接数字频率合成技术的杂散抑制研究[D]. 李辉祥.华中师范大学 2013
[5]500MSPS双通道任意波形发生器数字电路设计[D]. 文晓琴.电子科技大学 2011
[6]1.25GSPS任意波形发生器模拟通道的设计与实现[D]. 彭辉.电子科技大学 2011
[7]基于磁通门的高精度数字磁探仪系统研究[D]. 李文通.华中师范大学 2011
[8]任意波形发生器的设计[D]. 戢慧.华中师范大学 2011
[9]铯光泵谱灯激励与弱磁检测电路的设计和实现[D]. 司风雷.武汉理工大学 2010
[10]基于DDS和FPGA技术的波形发生器的研究和设计[D]. 闫鑫.西安理工大学 2010
本文编号：3672114
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