光泵磁力仪频率采集系统设计和实现

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要地球具有磁性很早就被人们所熟知，从远古时代到现代，一代代人们致力于地球磁场的研究工作，在研究与地磁现象有关的物理现象过程中，磁场测量技术不断得到发展。在航空航天、国防建设、地质探测、精密定位、日常生活等领域，磁场测量技术起到关键作用。磁力仪的发展经历了从最简单的磁通门磁力仪到质子旋进磁力仪、超导磁力仪、原子磁力仪等，原子磁力仪由于其可以测量梯度张量，灵敏度最高，重量轻、功耗低、体积小、无需制冷设备等优点，现在越来越多的人进行研究。所以，研制更高精度的磁场测量技术和磁场测量仪器有着很好的市场价值。光泵磁力仪最早被人们认识是1950年以后，光

2、泵磁力仪是一种以元素原子(常用钾(K39)：铷(Rb87，Rb85)：铯(Csl33)；氦(He4，He3))的能级结构为基础，通过光抽运效应和光磁共振技术研制而成的磁场测量仪器。由于光磁共振的电磁场的频率与磁力仪所在点的外磁场具有比例关系，故磁场强度的测量可以转换成频率的测量。随着EDA技术的不断发展，光泵磁力仪在测量精度，测量速度等方面有很大提高。基于光泵磁力仪的灵敏度很高，测量磁场的总强度、梯度没有零点漂移，不必严格控制方向的优点，光泵磁力仪的应用与地磁场测量的前景非常好，世界上好多国家都在致力于光泵磁力仪的研究，已成功研制出多种类型，应用于很多领域。本文首先

3、介绍了磁力仪的发展历史及其应用分类，然后详细分析了光泵磁力仪的物理学原理，常用的磁场测量方法及磁共振检测方法，论述了铯原子能级分裂、圆偏振光对铯原子的激发、光抽运效应及光泵磁强检测系统的工作原理。然后根据常用频率测量的方法根据测量误差和课题精度要求选择了一种高精度定闸门测频的方法，然后根据已有铯光泵弱磁强度检测电路系统的方案，设计了共振频率的测量系统，结合CPLD技术和高精度定闸门测频方法，实现了频率的高精度的连续测量，最后给出了整个测量系统调试及测试结果，测量精度基本达到了设计要求，具有很好的应用价值。关键词：磁共振，光泵磁力仪，CPLD，频率测量Abstract

4、Theearthhasmagneticwhichhavelongbeenknownbypeople，fromancienttimestomodem，agenerationofpeoplecommittedtostudytheearth'smagneticfields，intheprocessofresearchingthegeomagneticphenomenarelatedtothephysicalphenomenon，magneticfieldmeasurementtechnologycontinuouslygetsdevelopment．Intheaerosp

5、ace，nationaldefenseconstruction，geologicalexploration,precisionpositioning，dailylifeandotherfields，magneticfieldmeasurementtechnologyplaysakeyrole．Thedevelopmentofthemagnetometerexperiencedfromthemostsimplemagneticfluxdoormagnetometertospintheprotonsintomagnetometer,superconductingmagn

6、eticinstrument，suchasatomicmagnetometer，atomicmagnetometerbecauseitscanmeasuregradienttensor，mostsensitive，lightweight，lowpowerconsumption,smallinvolume，norefrigerationequipmentandotheradvantages，isnOWmoreandmorepeople．Therefore，thedevelopmentofmorehighprecisionmagneticfieldmeasurement

7、technologyandmagneticmeasuringinstrumenthasaverygoodmarketvalue．OpticalpumpingmagnetometerWasfirstrecognizedafter1950，opticalpumpingmagnetometerisakindofmagneticfieldmeasurementinstrumentwhichbasedontheatoms(commonlyusedpotassium(K39)；rubidium(Rb87，Rb85)；CS(Csl33)；helium(He4，He3))oft