原子磁力仪低功耗控制系统设计研究.pdf

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1、第34卷2017年第2期上海AEROSPACE航天SHANGHAI47文章编号：1006—1630(2017)02004705原子磁力仪低功耗控制系统设计研究王维东1，杨国卿2，梁尚清3，徐云飞3，王日海1，李绍良4，赵万良4(1．浙江大学信息与电子工程学院，浙江杭州310027；。9．杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州310018；3．浙江大学物理系，浙江杭州310027；4．上海航天控制技术研究所，上海201109)摘要：对原子光泵磁力仪控制系统的低功耗设计进行了研究。介绍了光泵原子磁力

2、仪的物理原理，给出了研制的原子磁力仪控制电路系统的组成。针对铯光泵磁力仪中的低功耗光源，对垂直腔面发射激光器(VCSEL)的温控和恒流驱动进行了研究。用低功耗直接数字合成器(DDs)产生精确的低噪声射频信号，并将Freescale公司的ARMCortex-M0+微控制器作为主控单元，用数字算法替代锁定放大器硬件电路，实现了激光波长锁定和磁共振频率跟踪的数字化环路，有效降低了电路功耗。实际系统测试表明：控制部分的功耗小于185mw，地磁场强度下原子磁力仪噪声小于10pT／Hz“5(1Hz时)。关键

3、词：原子磁力仪；低功耗；控制系统；直接数字合成器；信号调制；锁定放大器；微控制器；垂直腔面发射激光器中图分类号：TH762文献标志码：ADOI：10．19328／j．cnki．1006—1630．2017．02．003StudyonDesignofLowPowerControlSystemforAtomicMagnetometerWANGWei—don91。YANGGuo—qin92，LIANGShang—qin93，XUYun—fei3，WANGYuehall。LIShaolian94，ZHA

4、OWanlian94(1．CollegeofInformationScience&ElectronicEngineering，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，Zhejiang，China；2．CollegeofElectronicInformation，HangzhouDianziUniversity，Hangzhou310018，Zhejiang，China；3．DepartmentofPhysics，ZhejiangUniversity，Hangzhou3

5、10027，Zhejiang，China；4．ShanghaiInstituteofSpaceflightControlTechnology，Shanghai201109，China)Abstract：Thedesignoflowpowercontrolsystemforatomicopticalpumpedmagnetometerwasstudiedinthispaper．Thephysicalprincipleoftheatomicopticalpumpedmagnetometerwasin

6、troduced．Thecompositionofthecontrolcircuitsystemfortheatomicopticalpumpedmagnetometerwaspresented．Forthelowpowerlightsourceincesiumopticalpumpedmagnetometer，thetemperaturecontrolandconstantcurrentdrivingofverticalcavitysurfaceemittinglaser(VCSEL)were

7、designed．Thelowpowerdirectdigitalsynthesis(DDS)chipwasusedforlownoiseaccurateRFsignalgeneration．AnARMCortex-M0+basedmicrocontrollerofFreescaleSemiconductorCompanywasusedasmastercontrolchip，replacingthehardwarecircuitoflock—inamplifierwithdigitalalgor

8、ithm．Thelockingofthelaserwavelengthandtrackingthemagneticfielddependentresonancesfrequencywereimplementedindigitalclosedloops．Thecircuitpowerconsumptionwaseffectivelyreduced．Theresultsofthegroundtestsshowedthatpowerconsumptionofthecontrolsystemwasles