【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于精密电源控制，涉及冷原子传感器内磁场电流控制技术，特别涉及一种用于冷原子干涉精密测量装置的磁场恒流源控制系统。
技术介绍
1、经过近三十年的发展，基于冷原子干涉的量子精密测量技术取得了重大突破，国内外对冷原子干涉测量系统的研究日益广泛，积累了大量的技术成果。在各种冷原子干涉测量系统中，冷原子传感器的磁场控制是非常重要的一个环节。冷原子态制备、冷却囚禁、选态回泵、原子干涉和末态探测等一系列原子操控过程中，需要对冷原子传感器内产生高稳定度且快速开关控制的mot、补偿及偏置线圈磁场。线圈磁场是通过恒流源产生，因此磁场恒流源控制系统是不可或缺的关键组件。
2、随着冷原子干涉测量技术逐渐走向小型化、工程化应用，这对磁场恒流源控制性能也提出了更高的要求。首先为了提升设备测量精度，必须要求有更高的磁场稳定性，以减少磁场波动对原子操控的影响。为适应装备小型化，磁场线圈必须设计得匝数更少、横切面更小，这样产生相同的磁场必须注入更大的电流。此外，为了适应变化的野外磁场环境，磁场方向必须双向可调。因此，必须设计高稳定度大电流双向恒流源。
3、传统的线性恒流源方案是利用半导体功率器件的线性放大区工作特性，通过搭建运算放大器电流负反馈电路，驱动并调节半导体功率放大器件的静态工作点，从而动态改变控制对象的电流状态，输出恒定电流。该方式实时性好，反馈精度较高，输出电流噪声小。然而，当要求输出电流较大甚至上百安培时，基于半导体功率器件的恒流源通常需要并联大量功率器件扩流，一方面由于功率器件特性不一致性及散热不均匀等因素将引
4、以上技术现状分析可知，基于半导体功率器件的恒流源无法兼顾体积、可靠性以及输出电流稳定性、噪声指标要求，无法满足冷原子干涉系统在精密测量场景下性能进一步提升的需求，也制约了该技术的小型化工程化应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是根据现有技术的不足，设计一种用于冷原子干涉精密测量装置的磁场恒流源控制系统，通过采用功率运算放大器构建双向恒流源主电路拓扑，并对功率运算放大器输出端串联小电阻后多器件并联的方式进行扩流、均流，实现了双向恒流源的大电流、高稳定度输出。
2、为了实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于冷原子干涉精密测量装置的磁场恒流源控制系统，包括预稳压正负输入电源、与预稳压正负输入电源连接的电流驱动电路和与电流驱动电路串联的负反馈型线性稳流控制电路，以及与负反馈型线性稳流控制电路连接的数字化反馈控制电路；所述的预稳压正负输入电源由双路低纹波开关电源和直流emi滤波器组成，用于对外部输入电源进行电源电压变换与emi滤波，实现预稳压与电源噪声滤除功能，产生后级恒流源电路所需的正负电源；所述的电流驱动电路由多个功率运算放大器并联形成，一个主功率运算放大器为实现输出电压放大功能的同相放大器，其余从功率运算放大器为深度负反馈的电压跟随器，使它们的输出电压最大限度地跟随主功率运算放大器的输出电压；所述的负反馈型线性稳流控制电路包括依次连接的电流检测电路、电流放大调理电路和模数混合型反馈控制电路，电流检测电路实现负载输出电流的取样并转换为电压信号，电流放大调理电路将电流取样信号进行滤波、放大等，处理成模数混合型反馈控制电路所适合的电压范围输入，模数混合型反馈控制电路实现负载输出电流的模拟pid反馈控制与数字pid反馈控制功能，模拟pid反馈控制由运算放大器构建的pid反馈电路实现，数字pid反馈控制由数字控制单元配合完成adc信号转换、数字pid控制与dac电压输出等主要功能；所述的数字化反馈控制电路包括数字控制单元和与数字控制单元连接的人机交互界面，数字控制单元与人机交互界面之间进行数据通信，对输出电流、控制参数、通断状态以及工作模式等进行数字化设置，并将输出电流与温度等状态信息上传给人机交互界面进行显示，人机交互界面完成输出电流、控制参数、通断状态以及工作模式等的设置，将设置参数下发给数字控制单元，同时接受数字控制单元上传的输出电流与温度等状态信息，并进行显示。
3、所述的一种用于冷原子干涉精密测量装置的磁场恒流源控制系统，还包括连接负载的rd缓冲电路，所述的rd缓冲电路由功率电阻与整流二极管串联组成。
4、所述的一种用于冷原子干涉精密测量装置的磁场恒流源控制系统，每个所述的功率运算放大器输出端都串联有阻值相同的小电阻，各电阻串联在每个功率运算放大器输出端后再进行并联，从而实现了大电流的双向恒流源输出功能。
5、所述的一种用于冷原子干涉精密测量装置的磁场恒流源控制系统，其双路低纹波开关电源由两路隔离型ac/dc或dc/dc电源变换器组成。
6、所述的一种用于冷原子干涉精密测量装置的磁场恒流源控制系统，其模数混合型反馈控制电路由adc模数转换电路、精密基准源、dac数模转换电路、反馈控制电路组成。
7、所述的一种用于冷原子干涉精密测量装置的磁场恒流源控制系统，其数字控制单元为mcu、fpga或dsp数字控制单元。
8、本专利技术的有益效果是：相比于基于半导体功率器件的大电流双向恒流源，本专利技术恒流源控制系统使用的功率放大器件数量减半、且无需设计带载能力强的复杂驱动电路，电路结构简单可靠、体积小，电流噪声低、稳定性高，均流效果好，即降低了器件成本，有利于小型化工程化设计，也保障了输出电流性能，提升了恒流源可靠性和稳定性，可以更好地满足冷原子精密测量系统的实际应用需求。
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1.一种用于冷原子干涉精密测量装置的磁场恒流源控制系统，其特征在于：包括预稳压正负输入电源（1）、与预稳压正负输入电源（1）连接的电流驱动电路（2）和与电流驱动电路（2）连接的负反馈型线性稳流控制电路，以及与负反馈型线性稳流控制电路连接的数字化反馈控制电路；所述的预稳压正负输入电源（1）由双路低纹波开关电源和EMI滤波器组成，用于对外部输入电源首先进行电源电压变换与EMI滤波；所述的电流驱动电路（2）由多个功率运算放大器并联形成，一个主功率运算放大器为实现输出电压放大功能的同相放大器，其余从功率运算放大器为负反馈的电压跟随器，输出电压跟随主功率运算放大器的输出电压；所述的负反馈型线性稳流控制电路包括依次连接的电流检测电路（4）、电流放大调理电路（5）和模数混合型反馈控制电路（6），电流检测电路（4）实现负载输出电流的取样，电流放大调理电路（5）将电流取样信号进行滤波、放大输入模数混合型反馈控制电路（6），模数混合型反馈控制电路（6）实现负载输出电流的模拟PID反馈控制与数字PID反馈控制功能；所述的数字化反馈控制电路包括数字控制单元（7）和人机交互界面（8），数字控制单元（7）与
2.根据权利要求1所述的一种用于冷原子干涉精密测量装置的磁场恒流源控制系统，其特征在于，还包括连接负载的RD缓冲电路（3），所述的RD缓冲电路（3）由功率电阻与整流二极管串联组成。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于冷原子干涉精密测量装置的磁场恒流源控制系统，其特征在于，每个所述的功率运算放大器输出端都串联有相同的电阻，各电阻再并联。
4.根据权利要求3所述的一种用于冷原子干涉精密测量装置的磁场恒流源控制系统，其特征在于，所述的双路低纹波开关电源由两路隔离型AC/DC或DC/DC电源变换器组成。
5.根据权利要求4所述的一种用于冷原子干涉精密测量装置的磁场恒流源控制系统，其特征在于，所述的模数混合型反馈控制电路（6）由ADC模数转换电路、精密基准源、DAC数模转换电路、反馈控制电路组成。
6.根据权利要求5所述的一种用于冷原子干涉精密测量装置的磁场恒流源控制系统，其特征在于，所述的数字控制单元（7）为MCU、FPGA或DSP数字控制单元。
...【技术特征摘要】
1.一种用于冷原子干涉精密测量装置的磁场恒流源控制系统，其特征在于：包括预稳压正负输入电源（1）、与预稳压正负输入电源（1）连接的电流驱动电路（2）和与电流驱动电路（2）连接的负反馈型线性稳流控制电路，以及与负反馈型线性稳流控制电路连接的数字化反馈控制电路；所述的预稳压正负输入电源（1）由双路低纹波开关电源和emi滤波器组成，用于对外部输入电源首先进行电源电压变换与emi滤波；所述的电流驱动电路（2）由多个功率运算放大器并联形成，一个主功率运算放大器为实现输出电压放大功能的同相放大器，其余从功率运算放大器为负反馈的电压跟随器，输出电压跟随主功率运算放大器的输出电压；所述的负反馈型线性稳流控制电路包括依次连接的电流检测电路（4）、电流放大调理电路（5）和模数混合型反馈控制电路（6），电流检测电路（4）实现负载输出电流的取样，电流放大调理电路（5）将电流取样信号进行滤波、放大输入模数混合型反馈控制电路（6），模数混合型反馈控制电路（6）实现负载输出电流的模拟pid反馈控制与数字pid反馈控制功能；所述的数字化反馈控制电路包括数字控制单元（7）和人机交互界面（8），数字控制单元（7）与人机交互界面（8）进行数据...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈新文，周嘉鹏，李宸阳，谢世煜，宋新明，杨远航，刘夏鸣，邱传斌，郭凡，李长庚，
申请(专利权)人：华中光电技术研究所中国船舶集团有限公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：
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