氦光泵磁力仪数字化检测系统研制

作     者：连明昌 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程德福

授予年度：2013年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0835[工学-软件工程] 081002[工学-信号与信息处理] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：氦光泵磁力仪 数字化 数字调频器 锁相放大 CORDIC 窄带滤波 

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。