一种基于数据矩阵化分析的金刚石NV色心磁场测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于数据矩阵化分析的金刚石NV色心磁场测量系统，包括：光路模块、微波模块、探头模块和磁测电子学模块；其中，光路模块主要包括激光源、半波片，分束镜、透镜、中性密度片；微波模块主要包括微波源、屏蔽器、功率放大器、PC和交换机；探头模块主要包括旋转样品架和长波通滤波片；磁测电子学模块主要包括光电探测器PD、主放大器、滤波器、相消电路、微分器、模数转换模块ADC、FPGA模块和数模转换模块DAC。本发明专利技术在连续波式磁测方式下实现了多路数据并行通信和数据矩阵化分析，从而能提高系统的对磁场测量的速度和对外通信的兼容性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据矩阵化分析的金刚石NV色心磁场测量系统


[0001]本专利技术涉及高精度仪器的信号处理中的信号采集和运算处理领域，具体的说是一种基于数据矩阵化分析的金刚石NV色心磁场测量系统。

技术介绍

[0002]随着加速器物理、电力系统等领域的进一步发展，对电学精密测量和量值可靠提出了更高要求。重点仪器的自主化、国产化是支撑我国尖端科技、工业制造的重要手段。重点仪器的自主化、国产化离不开的核心技术之一就是精密磁场测量技术。在相关技术中，金刚石NV色心测量磁场强度多采用脉冲式测磁方式，此过程需要对激光、微波信号多路信号进行脉冲控制，步骤复杂，不易操作。此外，在磁场测量过程中，NV色心经激光极化、微波源和待测磁场激发后发出红色荧光信号，获取磁场信息核心的步骤是获取对荧光信号最小值时刻的微波源扫频频率。此过程中，若借助相关仪器，例如频谱仪或者电脑PC，则因附加仪器体积原因无法展现金刚石NV色心磁测系统小型集成化这一优点，且难以与后续不同的磁信号处理系统/装置进行交互；若不借助相关仪器，则对微波频率提取有很大的困难。
专利技术内容
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数据矩阵化分析的金刚石NV色心磁场测量系统，其特征在于，包括：光路模块、微波模块、探头模块和磁测电子学模块；所述光路模块是在激光源(1)的前方依次设置有第一半波片(2)、分束器(3)、第二半波片(4)、透镜(5)；在所述分束器(3)的一侧设置有中性密度片(6)；在所述透镜(5)的前方设置有所述探头模块，并包括：旋转样品架和长波通滤波片(8)；在所述旋转样品架上放置有处于静磁场(28)的金刚石NV色心样品(7)；在所述金刚石NV色心样品(7)的下表面设置有所述长波通滤波片(8)；所述测磁电子学模块包括：第一光电探测器PD(10)、第二光电探测器PD(9)、第一主放大器(11)、第二主放大器(13)、第一滤波器(12)、第二滤波器(14)、第三滤波器(17)、相消电路(15)、微分器(16)、模数转换模块ADC(18)、FPGA模块(19)和数模转换模块DAC(20)；在所述中性密度片(6)的前方依次设置有所述第一光电探测器PD(10)、第一主放大器(11)、第一滤波器(12)；所述第二光电探测器PD(9)紧贴于所述长波通滤波片(8)的下方，并依次连接第二主放大器(13)、第二滤波器(14)；所述第一滤波器(12)和第二滤波器(14)的输出与所述相消电路(15)的输入相连，所述相消电路(15)的输出两路信号，一路连接示波器(27)，另一路依次连接有微分器(16)、第三滤波器(17)、模数转换模块ADC(18)、FPGA模块(19)和数模转换模块DAC(20)；所述微波模块包括：微波源(23)、屏蔽器(24)、功率放大器(25)、PC端(22)和交换机(21)；所述微波源(23)通过所述交换机(21)与所述FPGA模块(19)相连；所述交换机(21)也与所述PC端(22)相连；所述微波源(23)依次与所述屏蔽器(24)、功率放大器(25)相连；所述功率放大器(25)的输出端连接在所述金刚石NV色心样品(7)上；所述激光源(1)发出一定波长的激光并依次经过第一半波片(2)和分束器(3)后分成两路光，一路光依次经过第二半波片(4)、透镜(5)后照射到所述金刚石NV色心样品(7)上；在所述PC端(22)的控制下，所述微波源(23)发出微波信号并依次经过所述屏蔽器(24)、功率放大器(25)后传输到所述金刚石NV色心样品(7)上；所述金刚石NV色心样品(7)发出荧光信号并经过所述长波通滤波片(8)被所述第二光电探测器PD(9)接收并转换为第二电信号后依次传输给第二主放大器(13)、第二滤波器(14)，由所述第二滤波器(14)输出未消噪荧光信号并输入所述相消电路(15)中；另一路光经过所述中性密度片(6)被所述第一光电探测器PD(10)接收并转换为第一电信号后依次传输给第一主放大器(11)、第一滤波器(12)，由所述第一滤波器(12)输出底噪信号并输入所述相消电路(15)中；所述相消电路(15)对所述未消噪荧光信号和底噪信号进行处理后，经所述微分器(16)、第三滤波器(17)处理后，得到荧光调制信号并依次传输给所述模数转换模块ADC(18)、FPGA模块(19)；所述PC端(22)将所述微波源(23)的微波频率通过所述交换机(21)发送给FPGA模块(19)；所述FPGA模块(19)对接收到的荧光调制信号和微波频率进行处理，得到所述静磁场
(28)的强度B
e
后传输给所述数模转换模块DAC(20)进行处理后输出最终的模拟磁场强度V0。2.根据权利要求1所述的基于数据矩阵化分析的金刚石NV色心磁场测量系统，其特征在于，所述FPGA模块(19)是按如下步骤对接收到一个扫频周期内的荧光调制信号和微波频率进行处理：步骤1、所述FPGA模块(19)在一个工作周期内若接收到第n个荧光调制信号在范围为0
±
Δ内时，则令其逻辑值K
n
为0，否则，令相其逻辑值K
n
为1，K
n
表示所述第n个荧光调制信...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冬梅，胡泓平，陈乐乐，李小飞，周峰，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：