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氦光泵磁力仪的信号检测技术研究

氦光泵磁力仪的信号检测技术研究

作者：张振宇吉林大学

学位级别：硕士

光泵磁力仪是从20世纪50年代发展起来的一种高灵敏度的磁测设备,它是以元素原子的能级在磁场中产生塞曼效应为基础,利用光泵作用和磁共振技术研制而成的。目前在宇宙空间磁测、地球物理研究、军事国防、矿藏探测等方面均获得广泛应用。... 详细信息

光泵磁力仪是从20世纪50年代发展起来的一种高灵敏度的磁测设备,它是以元素原子的能级在磁场中产生塞曼效应为基础,利用光泵作用和磁共振技术研制而成的。目前在宇宙空间磁测、地球物理研究、军事国防、矿藏探测等方面均获得广泛应用。光泵磁力仪在地磁场测量方面的应用前景是不容忽视的,继质子磁力仪之后出现的光泵磁力仪灵敏度非常高,它既可用来测量磁场的总强度,又可用来测量磁场的梯度,测量时无零点漂移,不需严格定向,基于光泵磁力仪的这些优点,自其问世以来,立即引起世界各国的普遍重视,至今已研制成功了多种类型的光泵磁测设备,目前正处于深入探索及扩大使用阶段。本文以氦光泵磁力仪信号的检测控制为研究对象,论述了氦光泵磁力仪的原子物理学原理,同时系统地研究了氦光泵磁力仪的信号检测技术,针对利用二倍频误差信号实现快速跟踪的检测控制方法,给出了整体结构框图,并在此基础上详细分析其工作原理,进而利用该方法设计并制作了氦光泵磁力仪检测控制闭环回路系统,通过对系统中各模块进行测试,给出了相应的测试数据,并对测试结果进行了分析,实验结果达到预期的设计要求,验证了系统设计方案的可行性。

关键词：氦光泵磁力仪磁共振信号检测闭环回路

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氦光泵磁力仪数字化检测系统研制

氦光泵磁力仪数字化检测系统研制

作者：连明昌吉林大学

学位级别：硕士

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，... 详细信息

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

基于DDS的氦光泵磁力仪射频场智能调频研究

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物探与化探 2023年第2期47卷 464-469页

作者：邓肖丹李学砚周锡华段乐颖何辉自然资源部航空地球物理与遥感地质重点实验室北京100083 中国自然资源航空物探遥感中心北京100083

地磁场测量在基础地质研究、矿产资源勘查和军事探测等领域得到广泛应用,作为磁场测量核心之一的氦光泵磁力仪探头,其射频场调频精度是决定其磁测精度的重要影响因素。为实现易调节、高精度、高可靠性的调频信号,本文利用直接数字频率... 详细信息

地磁场测量在基础地质研究、矿产资源勘查和军事探测等领域得到广泛应用,作为磁场测量核心之一的氦光泵磁力仪探头,其射频场调频精度是决定其磁测精度的重要影响因素。为实现易调节、高精度、高可靠性的调频信号,本文利用直接数字频率合成器(DDS)与微控制器(MCU)相结合方式,研究了磁力仪探头射频场智能精密调频技术,可灵活、实时、自动、精密地对磁力仪探头射频场进行调频。调频信号加载到氦光泵磁力仪系统的联调试验表明,磁力仪获得了稳定精密的磁共振信号,从而保证了磁力仪实现高精度的磁场测量。

关键词：直接数字频率合成氦光泵磁力仪调频

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氦光泵磁力仪探头的小型化设计

声学与电子工程 2009年第3期 32-33,45页

作者：黄成功吴文福余恺刘鸿飞第七一五研究所杭州310012

对GB-4A氦光泵磁力仪光泵探头进行了小型化设计,使其体积减小3/4,重量减轻2/3,而性能与原探头相当。这将为氦光泵磁力仪的小型化打下基础。

关键词：氦光泵磁力仪小型化探头性能比较

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氦光泵磁力仪的应用与发展研究综述

声学与电子工程 2016年第4期 1-5,9页

作者：吴文福袁皓第七一五研究所杭州310023 中国船舶重工集团公司规划发展战略研究中心北京100861

阐述氦光泵磁力仪的工作原理,并对其在国内外的应用现状进行了比较,简单概括我国发展磁力仪的研究方向和技术难点。

关键词：氦光泵磁力仪应用现状发展趋势综述

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氦光泵磁力仪测试探头的设计与实现

声学与电子工程 2016年第4期 19-21页

作者：陈恩宗发保第七一五研究所杭州310023

设计实现了一种能够模拟氦光泵探头的测试探头,根据实测数据绘制出了其基频的幅频特性曲线和二倍频的幅频特性曲线,与理论的氦光泵的基频和二倍频信号幅频曲线相一致。

关键词：氦光泵磁力仪测试探头拉莫尔调频信号共振信号

一种Mx构型氦光泵磁力仪的磁共振理论分析与实验验证

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导航与控制 2018年第5期17卷 26-32,71页

作者：卢远添石永麒张乐朱万华张晓娟中国科学院电子学研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 瑞士弗里堡大学

从亚稳态氦原子的Liouville方程和Bloch方程出发,研究了基于Mx构型的亚稳态氦原子的光磁双共振过程,建立了光探测磁共振线型的理论模型,并通过实验对幅值信号与相位信号的磁共振线型仿真结果进行验证,实测曲线与理论预测匹配较好。对共... 详细信息

从亚稳态氦原子的Liouville方程和Bloch方程出发,研究了基于Mx构型的亚稳态氦原子的光磁双共振过程,建立了光探测磁共振线型的理论模型,并通过实验对幅值信号与相位信号的磁共振线型仿真结果进行验证,实测曲线与理论预测匹配较好。对共振线宽进行了估算,讨论了影响磁力仪工作灵敏度的磁力仪设计参数,这对Mx构型氦光泵磁力仪的研制有重要的指导意义。

关键词：氦光泵磁力仪光探测磁共振共振线型共振线宽原子能级

新一代航空氦光泵磁力仪(HC-2000型)通过部级鉴定验收

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物探与化探 2003年第2期 149-149页

作者：刘浩军中国国土资源航空物探遥感中心北京100083

中国国土资源航空物探遥感中心研制的新一代航空氦光泵磁力仪(HC-2000型)主要性能指标居国际领先水平

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自然资源遥感 2003年第1期 69-69页

作者：刘浩军中国国土资源航空物探遥感中心