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专利号: 2017101333852
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于频率跟踪的铯光泵信号自动相位补偿系统,其特征在于,包括光电探测器、信号放大电路、可控移相器、滞回比较器、晶振电路、FPGA数字测频系统、控制器和DA转换电路,所述光电探测器连接信号放大电路,所述信号放大电路连接可控移相器和滞回比较器,所述信号放大电路对光电探测器输入的拉莫尔频率信号进行放大处理得到电压信号,并将电压信号分为第一路电压信号和第二路电压信号,所述第一路电压信号输入可控移相器,所述第二路电压信号输入滞回比较器,所述滞回比较器和晶振电路的输出端均连接FPGA数字测频系统,所述第二路电压信号经滞回比较器整形后得到待测信号,所述待测信号输入FPGA数字测频系统,所述晶振电路输出时基信号,并将时基信号输入FPGA数字测频系统,所述FPGA数字测频系统连接控制器,所述控制器连接DA转换模块,所述DA转换模块连接可控移相器,所述FPGA数字测频系统对待测信号和时基信号进行数据处理,所述控制器读取数据处理结果,并根据数据处理结果计算拉莫尔频率信号的频率,所述控制器根据拉莫尔频率信号的频率控制DA转换模块输出控制电压信号至可控移相器,所述控制电压信号加载在所述第一路电压信号上,对所述第一路电压信号进行相位补偿;

所述可控移相器连接射频线圈,所述可控移相器输出稳定的电压信号至射频线圈。

2.根据权利要求1所述的基于频率跟踪的铯光泵信号自动相位补偿系统,其特征在于,所述可控移相器包括一跨导放大器和一电流反馈运算放大器,所述跨导放大器连接DA转换模块,所述电流反馈运算放大器连接跨导放大器,所述跨导放大器的增益可控,所述DA转换模块将控制电压信号输入跨导放大器,所述跨导放大器和电流反馈运算放大器根据控制电压信号依次对所述第一路电压信号进行稳定的相位补偿。

3.根据权利要求1所述的基于频率跟踪的铯光泵信号自动相位补偿系统,其特征在于,所述信号放大电路包括前置放大电路和后级放大电路,所述前置放大电路连接光电探测器,所述后级放大电路连接前置放大电路,所述可控移相器和滞回比较器均连接后级放大电路;所述DA转换模块包括一能直接输出负电压的16位的DA转换芯片;所述控制器为STM32控制器。

4.根据权利要求1所述的基于频率跟踪的铯光泵信号自动相位补偿系统,其特征在于,所述信号自动相位补偿系统还包括相位检测电路,所述相位检测电路包含两个精密匹配的宽带对数放大器,两个宽带对数放大器测量第一路电压信号输入和输出可控移相器时的相位差。

5.根据权利要求4所述的基于频率跟踪的铯光泵信号自动相位补偿系统,其特征在于,所述相位检测电路的相位差检测范围是0°~180°,所述相位检测电路的相位差对应的输出电压范围0V~1.8V,所述相位检测电路的输出电压灵敏度为10mV/度,所述相位检测电路的测量误差小于0.5°,当所述第一路电压信号输入和输出可控移相器时的相位差在‑180°~

0°变化时,所述相位检测电路的相位差的检测结果通过0V~1.8V的电压值来表示的,所述电压值与相位差呈线性关系。

6.一种基于频率跟踪的铯光泵信号自动相位补偿方法,其特征在于,包括以下步骤:

(1)将拉莫尔频率信号进行调理放大,得到电压信号;

(2)将电压信号分成第一路电压信号和第二路电压信号,所述第一路电压信号输入可控移相器,所述第二路电压信号经整形后得到拉莫尔频率信号的频率;

(3)控制器根据步骤(2)得到的拉莫尔频率信号的频率控制DA转换模块输出的控制电压信号,所述控制电压信号输入可控移相器,并加载在第一路电压信号上,即实现对第一路电压信号的稳定相位补偿。

7.根据权利要求6所述的基于频率跟踪的铯光泵信号自动相位补偿方法,其特征在于,所述步骤(1)中,拉莫尔频率信号先经前置放大电路,再经后级放大电路得到电压信号。

8.根据权利要求6所述的基于频率跟踪的铯光泵信号自动相位补偿方法,其特征在于,所述步骤(2)中,第二路电压信号经滞回比较器整形后得到待测信号,将待测信号输入FPGA数字测频模块,同时,将时基信号经晶振电路输入FPGA数字测频模块,所述FPGA数字测频模块通过多周期同步测频法对待测信号和时基信号进行数据处理,并将数据处理结果输入控制器,所述控制器对数据处理结果进一步处理后得到拉莫尔频率信号的频率,所述控制器根据拉莫尔频率信号的频率控制DA转换模块输出控制电压信号至可控移相器。

9.根据权利要求8所述的基于频率跟踪的铯光泵信号自动相位补偿方法,其特征在于,FPGA数字测频模块通过多周期同步测频法对待测信号和时基信号进行数据处理的方法为:所述控制器给出闸门开始信号后,所述FPGA数字测频模块检测到待测信号的上升沿时,FPGA数字测频模块的第一计数器和第二计数器分别开始对待测信号和时基信号的脉冲个数进行计数,当控制器给出闸门关闭信号后,所述FPGA数字测频模块检测到待测信号的下降沿时,结束计数,完成一次测量过程,参考闸门时间与实际闸门时间相等,则可得到待测频率为:式中:fx为拉莫尔频率信号的频率,Nx为待测信号的脉冲个数,Ns为时基信号的脉冲个数,fs为时基信号的频率。