铯光泵谱灯激励与弱磁检测电路的设计和实现

论文摘要

在研究与磁现象有关的物理现象过程中,磁场测量技术是一种重要手段。当前,在工业生产、国防建设、科学研究、日常生活等领域,磁场测量技术起到非常重要的作用。所以,研制和改善高性能的磁场测量仪器有着重大的意义。光泵磁力仪是一种高灵敏度的磁测设备,它是从20世纪50年代发展起来的,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、矿藏探测等方面都得到了广泛应用。随着电子技术以及微处理器技术的发展,光泵磁场测量系统必定向数字化、小型化、智能化的方向发展。在地磁场测量方面,光泵磁力仪的应用前景是惹人注目的,光泵磁力仪是在质子磁力仪之后出现的,它的灵敏度很高,既能用来测量磁场的总强度,又能用来测量磁场的梯度,测量时没有零点漂移,所以不必严格控制方向,光泵磁力仪由于具备这些优点,从问世以来,一直得到世界各国的普遍重视,到现在为止研制成功的光泵磁测设备有多种类型,当前正处在深入研究和扩大使用阶段。本文首先介绍了磁场测量技术的发展历史及国内外的研究现状和发展趋势,接着介绍了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。阐述了铯光谱灯的发光原理,分析了铯光谱灯的激励电路,确定了激励电路的参数并给出了激励电路的实际电路图,分析了振荡电路的工作电压及振荡回路的电感线圈工作原理,然后确定了铯光泵弱磁强度检测电路系统的方案,并给出了系统整体示意图,分析了高频激发振荡器、前置放大器、五级参差调谐放大电路及末级驱动电路的工作原理,并给出了各个部分的实际电路设计图。最后给出了铯光谱灯的调试及测试结果,高频激发振荡器的测试结果,前置放大器、五级参差调谐放大电路及末级驱动电路的测试结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 相关领域国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 论文主要研究内容和组织结构
• 第2章 铯光泵弱磁检测系统物理学基础及工作原理
• 2.1 磁场测量及磁共振检测方法
• 2.1.1 常用的磁场测量方法
• 2.1.2 光泵磁共振检测方法
• 2.2 铯原子能级分裂及光泵磁强检测系统工作原理
• 2.2.1 铯原子的能级分裂
• 2.2.2 圆偏振光对铯原子的激发与光抽运效应
• 2.2.3 铯光泵弱磁检测系统的工作原理
• 第3章 铯光泵谱灯高频激励电路设计
• 3.1 铯光泵谱灯发光原理
• 3.2 铯光谱灯激励电路设计
• 3.2.1 铯光谱灯激励电路分析
• 3.2.2 谐振回路参数选择
• 3.3 激励电路工作电压
• 3.4 谐振回路的电感线圈
• 第4章 铯光泵弱磁检测电路的设计
• 4.1 系统方案与指标
• 4.2 前置放大器设计
• 4.3 五级参差调谐放大电路设计
• 4.3.1 多级单调谐谐振放大器的技术指标
• 4.3.2 多级单调谐谐振放大器的参差调谐
• 4.3.3 五级参差调谐放大电路的设计
• 4.4 末级驱动放大电路设计
• 4.5 制成PCB板时需要注意的事项
• 第5章 系统调试及测试结果分析
• 5.1 硬件电路系统测试
• 5.2 铯光谱灯的调试
• 5.3 铯光谱灯测试结果
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 附录