间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的方法及系统与流程

本发明涉及核磁共振陀螺，尤其涉及一种间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的方法及系统。

背景技术：

1、核磁共振陀螺是目前可以达到导航级精度体积最小的陀螺，其高精度、对加速度不敏感、标度因数稳定以及小体积低功耗等特点，被视为下一代陀螺的发展方向。核磁共振陀螺是通过精密测量核自旋进动频率来实现角位置的测量。现有的进动检测的方法主要是通过电子自旋构造epr原子磁强计，利用epr磁强计测量核自旋进动磁场从而获得核自旋进动信息。电子顺磁共振的状态直接影响着epr磁强计对核自旋进动信息的检测。而目前epr磁强计在实现x和y两个方向的磁场闭环后，无法直接观测到电子顺磁共振频率信号。

技术实现思路

1、本发明提供了一种间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的方法及系统，能够解决现有技术中epr磁强计在实现x和y两个方向的磁场闭环后，无法直接观测到电子顺磁共振频率信号的技术问题。

2、根据本发明的一方面，提供了一种间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的方法，间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的方法包括：步骤一，epr磁强计开始正常工作，记录当前顺磁共振激励信号；步骤二，在当前顺磁共振激励信号的激励下，采集顺磁共振频率信号，并解算顺磁共振频率信号的信号幅度；步骤三，利用epr磁强计实现x方向和y方向的磁场闭环；步骤四，利用x线圈和y线圈构建epr磁强计测量范围内频率的旋转磁场施加到核磁共振陀螺，解算通过epr磁强计测量到的旋转磁场的幅度；步骤五，将epr磁强计测量到的沿x方向和y方向的磁场开环；步骤六，在设定的阈值范围内调整顺磁共振激励信号的大小，重复步骤二至五直至达到设定次数，获取多个旋转磁场信号幅度b[]＝[b0、b1、b2、…]和多个顺磁共振频率信号幅度a[]＝[a0、a1、a2、…]，基于多个旋转磁场信号幅度b[]＝[b0、b1、b2、…]和多个顺磁共振频率信号幅度a[]＝[a0、a1、a2、…]实现旋转磁场信号幅度与顺磁共振频率信号幅度的对应标定，获取旋转磁场信号幅度与顺磁共振频率信号幅度之间的函数关系式a[]＝f(b[])；步骤七，利用epr磁强计实现x方向、y方向磁场闭环，施加旋转磁场，核磁共振陀螺开始正常工作；步骤八，核磁共振陀螺正常工作过程中，实时测量旋转磁场信号幅度，根据实时测量的旋转磁场信号幅度以及旋转磁场信号幅度与顺磁共振频率信号幅度之间的函数关系式a[]＝f(b[])实现顺磁共振频率信号幅度的测量。

3、进一步地，采集顺磁共振频率信号，并解算顺磁共振频率信号的信号幅度具体包括：采集顺磁共振频率信号；通过dds ip核生成第一参考数字信号sin(ω0t)和第二参考数字信号cos(ω0t)；将顺磁共振信号与第一参考数字信号sin(ω0t)相乘并进行低通滤波以获取第一顺磁滤波信号，将顺磁共振信号与第二参考数字信号cos(ω0t)相乘并进行低通滤波以获取第二顺磁滤波信号；将第一顺磁滤波信号的平方与第二顺磁滤波信号的平方相加以获取第一已知值，根据第一已知值反算获取顺磁共振频率信号的信号幅度。

4、进一步地，第一顺磁滤波信号为第二顺磁滤波信号为其中，lpf()为低通滤波，a为顺磁共振频率信号的信号幅度，ω0为顺磁共振频率信号的频率，φ为顺磁共振频率信号的相位。

5、进一步地，利用x线圈和y线圈构建一个epr磁强计测量范围内频率的逆时针旋转磁场具体包括：通过dds ip核生成第三数字信号sin(ωt+θ)和第四数字信号cos(ωt+θ)；利用dac芯片将csin(ωt+θ)施加至y线圈，将ccos(ωt+θ)施加至x线圈，通过x线圈与y线圈施加到核磁共振陀螺上的磁场构建成了频率为ω的逆时针旋转磁场。

6、进一步地，利用x线圈和y线圈构建一个epr磁强计测量范围内频率的顺时针旋转磁场具体包括：通过dds ip核生成第三数字信号sin(ωt+θ)和第四数字信号cos(ωt+θ)；利用dac芯片将ccos(ωt+θ)施加至y线圈，将csin(ωt+θ)施加至x线圈，通过x线圈与y线圈施加到核磁共振陀螺上的磁场构建成了频率为ω的顺时针旋转磁场。

7、进一步地，解算通过epr磁强计测量到的旋转磁场的幅度具体包括：利用epr磁强计测量旋转磁场信号bsin(ωt+θ')；通过dds ip核生成第五参考数字信号sin(ωt)和第六参考数字信号cos(ωt)；将旋转磁场信号与第五参考数字信号sin(ωt)相乘并进行低通滤波以获取第一磁场滤波信号，将旋转磁场信号与第六参考数字信号cos(ωt)相乘并进行低通滤波以获取第二磁测滤波信号；将第一磁场滤波信号的平方与第二磁场滤波信号的平方相加以获取第二已知值，根据第二已知值反算获取旋转磁场信号的信号幅度。

8、根据本发明的另一方面，提供了一种间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的系统，间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的系统使用如上所述的间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的方法进行电子顺磁共振幅度的测量。

9、进一步地，间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的系统包括：顺磁共振激励信号获取单元，顺磁共振激励信号获取单元用于获取当前顺磁共振激励信号；顺磁共振频率信号幅度解算单元，顺磁共振频率信号幅度解算单元用于解算顺磁共振频率信号的信号幅度；闭环控制单元，闭环控制单元用于实现x方向和y方向的磁场闭环；磁场构建单元，磁场构建单元用于构建epr磁强计测量范围内频率的旋转磁场；旋转磁场幅度解算单元，旋转磁场幅度解算单元用于解算旋转磁场的幅度；幅度标定单元，幅度标定单元用于基于多个旋转磁场信号幅度和多个顺磁共振频率信号幅度实现旋转磁场信号幅度与顺磁共振频率信号幅度的对应标定并获取旋转磁场信号幅度与顺磁共振频率信号幅度之间的函数关系式；幅度测量单元，幅度测量单元用于根据实时测量的旋转磁场信号幅度以及旋转磁场信号幅度与顺磁共振频率信号幅度之间的函数关系式实现顺磁共振频率信号幅度的测量。

10、应用本发明的技术方案，提供了一种间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的方法，该方法通过采集顺磁共振频率信号，并解算信号幅度，利用epr磁强计实现x方向、y方向磁场闭环，利用x线圈和y线圈构建一个理想的epr磁强计测量范围内频率的旋转磁场施加到核磁共振陀螺,解算通过epr磁强计测量到的旋转磁场的幅度，epr磁强计x方向、y方向磁场开环；微调顺磁共振激励信号大小，重复上述步骤，直至积累足够数据，利用积累的数据a和b实现旋转磁场信号幅度与顺磁共振频率信号幅度的对应标定；利用epr磁强计实现x方向、y方向磁场闭环，施加旋转磁场，核磁共振陀螺开始正常工作；核磁共振陀螺正常工作过程中，实时测量旋转磁场的幅度，根据实时测量的旋转磁场信号幅度以及旋转磁场信号幅度与顺磁共振频率信号幅度之间的函数关系式，实现对顺磁共振信号幅度的监测。本发明所提供的间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的方法与现有技术相比，能够间接测量到电子顺磁共振信号幅度，有助于正确地观测核磁共振陀螺中电子顺磁共振的状态。

技术特征：

1.一种间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的方法，其特征在于，所述间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的方法包括：

2.根据权利要求1所述的间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的方法，其特征在于，采集顺磁共振频率信号，并解算所述顺磁共振频率信号的信号幅度具体包括：

3.根据权利要求2所述的间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的方法，其特征在于，所述第一顺磁滤波信号为所述第二顺磁滤波信号为其中，lpf()为低通滤波，a为所述顺磁共振频率信号的信号幅度，ω0为所述顺磁共振频率信号的频率，φ为所述顺磁共振频率信号的相位。

4.根据权利要求3所述的间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的方法，其特征在于，利用x线圈和y线圈构建一个epr磁强计测量范围内频率的逆时针旋转磁场具体包括：

5.根据权利要求3所述的间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的方法，其特征在于，利用x线圈和y线圈构建一个epr磁强计测量范围内频率的顺时针旋转磁场具体包括：

6.根据权利要求4或5所述的间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的方法，其特征在于，解算通过epr磁强计测量到的旋转磁场的幅度具体包括：

7.一种间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的系统，其特征在于，所述间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的系统使用如权利要求1至6所述的间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的方法进行电子顺磁共振幅度的测量。

8.根据权利要求7所述的间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的系统，其特征在于，所述间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的系统包括：

技术总结
本发明提供了一种间接测量核磁共振陀螺电子顺磁共振幅度的方法及系统，包括：记录当前顺磁共振激励信号解算顺磁共振频率信号的信号幅度；实现X和Y方向的磁场闭环；构建旋转磁场施加到核磁共振陀螺，解算旋转磁场的幅度；将磁场开环；调整顺磁共振激励信号的大小，获取旋转磁场信号幅度与顺磁共振频率信号幅度之间的函数关系式；利用EPR磁强计实现X、Y方向磁场闭环；根据实时测量的旋转磁场信号幅度以及旋转磁场信号幅度与顺磁共振频率信号幅度之间的函数关系式实现顺磁共振频率信号幅度的测量。应用本发明的技术方案，以解决现有核磁共振陀螺应用中EPR磁强计在实现X和Y两个方向的磁场闭环后，无法直接观测到电子顺磁共振频率信号的技术问题。

技术研发人员：秦杰,庞喜浪,万双爱,孙晓光,魏克全,马锦贵
受保护的技术使用者：北京自动化控制设备研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17