数字化铷光泵磁力仪的设计

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文数字化铷光泵磁力仪的设计姓名：杨月芳申请学位级别：硕士专业：光学工程指导教师：康崇2012-03数字化铷光泵磁力仪的设计●h捅斐碱金属光泵磁力仪是以元素周期表中的第一主族碱金属元素在外磁场中产生塞曼分裂为工作原理，并利用原子的光泵浦作用和光磁共振技术研制而成的一种高灵敏度的弱磁场测量仪器。继续提高光泵磁力仪的灵敏度、稳定性和测量效率是未来光泵磁力仪研究和发展的趋势。光泵磁力仪的系统组成分为两部分，一是传感器探头部分，二是信号处理控制部分。一方面通过是优化探头设计、另一方面通过改善信号处理控制电路这两个环节可以提高光泵磁力仪灵敏度、稳定性和测量效率。首先分析了铷原子

2、的精细能级结构及在外磁场中产生塞曼能级分裂的条件。在此基础上研究了铷光泵磁力仪的光抽运效应及光磁共振现象，得出了铷光泵磁力仪吸收室中87Rb原子的原子密度与投射光强的函数关系满足负指数变化趋势的结论。随后深入研究了调制信号对谱线的影响，推导了调制参数对吸收谱线影响的关系，得出影响谱线的调制信号因子，提出了选择最佳调制参数的方法。优化设计了自动跟踪式铷光泵磁力仪的信号处理电路，在调频法中把原来的射频振荡器改成摆频振荡器，以1KHz的信号进行调制。全新设计了系统的控制电路，主控芯片采用TI公司的5509ADSP，利用并行12bit的AD7862采集铷光泵磁力仪输出信号和参考调制信号(双通道信号

3、)，利用两片可编程的高精度AD9833分别产生加载的射频线圈信号和调制的载波信号。为了快速跟踪和锁定光磁共振频率，采用专门设计的闭环锁相控制检测算法，设计了系统的电路调试部分及DSP的编程部分，编写的算法下载到DSP系统中，进行了系统的整体调试，验证了系统设计的可行性。这些研究内容对于改善铷光泵磁力仪灵敏度、稳定性和工作效率具有一定的参考意义。关键字：光泵磁力仪；光磁共振；锁相环；信号调制；——一数字化铷光泵磁力仪的设计AbstractAlkali-metalopticalpumpedmagnetometerisbasedonthefirstmaingroupintheperiodicta

4、blealkalimetalelement，theworkingprincipleisintheexternalmagneticfieldproducesZeemansplittingandusingofopticalpumpingofatomstheroleofmagneticresonanceandopticaltechnology．Itisahighsensitivityoftheweakmagneticfieldmeasuringinstrument．Continuetoimprovetheopticalpumpingmagnetometersensitivity,stabilit

5、yandefficiencyismeasuredopticallypumpedmagnetometerfuturereseaI℃handdevelopmenttrends．Opticallypumpedmagnetometersystemcomponentsaredividedintotwoparts，onepartisthesensorprobe，thesecondisasignalprocessingcontrolsection．Ontheonehandthroughtheoptimizationofprobedesign，theotherbyimprovingthesignalpro

6、cessingcontrolcircuitofthesetwoaspectscanimprovetheopticalpumpingmagnetometersensitivity,stability,andmeasurementofefficiency．FirstanalysisoftherubidiumatomicfinestructureandtheexternalmagneticfieldlevelsgeneratedinZeemanenergysplittingoftheconditions．Inthisstudy,basedonopticallypumpedrubidiumopti

7、calpumpingmagnetometerandopticaleffectsofmagneticresonancephenomenon，obtainedopticallypumpedrubidiumatomicmagnetometeratomicabsorptionchamberandtheprojectiondensityfunctionoflightintensitytomeetthetrendofnegative