基于ODMR测量技术的共振频率锁定方法及相关设备与流程

本发明涉及odmr测量，具体涉及到一种基于odmr测量技术的共振频率锁定方法、锁定系统及存储介质。

背景技术：

1、odmr（光探测磁共振）是一种光谱技术，可以用于研究原子或分子的精细和超精细结构，具有高灵敏度和高分辨率等优势。其基本原理是利用光的抽运效应造成原子基态塞曼能级上粒子布居的偏极化，然后利用磁共振效应对这种偏极化布居进行扰动，使光的抽运速率变化，通过对抽运速率变化的探测来研究原子塞曼能级的结构。

2、在odmr测量中，通常采用纳米尺度的“量子探针”结合odmr技术，可以实现纳米级的高空间分辨以及单电子自旋甚至是单个核自旋的超高探测灵敏度。该技术可用于研究生物大分子(分子量从几千到几百万)的能态、结构与过程并被广泛应用于纳米到微米尺度的弱磁场测量及电子自旋和核自旋的探测，以及高空间分辨和高灵敏度的磁成像。

3、实施odmr测量过程中，需要对共振频率进行获取，再进行相关待测量的计算，现有技术中，提取共振频率的方法主要包括人工手动点取和曲线拟合获取，但这两个方法在待测量变换时均需要重新通过扫描绘制odmr曲线（通过扫频微波信号实施测量绘制而出，该过程较慢），才能获取共振频率，其共振频率获取时间较长，另外，人工手动点取的方法还有精度不高、无法产品化的问题，曲线拟合获取的方法还有拟合求导过程复杂、限制测量带宽的问题。

4、基于此，本发明设计了一种基于odmr测量技术的共振频率锁定方法、锁定系统及存储介质。

技术实现思路

1、本发明提出一种基于odmr测量技术的共振频率锁定方法、锁定系统及存储介质，以解决现有技术中存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于odmr测量技术的共振频率锁定方法，包含以下步骤：

4、s1、获取作为锁定起点的初始共振频率；

5、s2、以所述初始共振频率输出点频微波信号；

6、s3、对所述点频微波信号进行调制；

7、s4、利用调制的点频微波信号实施odmr测量过程，获取待测量的反馈信号；

8、s5、对反馈信号进行处理、解调以获得解调结果；

9、s6、将解调结果作为pid输入值与设置的pid目标值进行比对，输出对微波信号进行调节的频率调节变量，直至解调结果与pid目标值相等；

10、s7、获取解调结果与pid目标值相等时微波信号的点频频率，记为终点共振频率。

11、优选的，初始共振频率的获取方法如下：

12、使用同一设备利用扫频微波信号实施odmr测量过程，获取odmr曲线，选取odmr曲线中若干共振频率作为初始共振频率使用。

13、优选的，对所述点频微波信号施加调频信号进行调制。

14、优选的，通过双相数字解调法进行解调。

15、优选的，进行初始相位调整，使得解调的两项分量值其中之一为近零值，以另一项分量值作为pid模块的输入值与目标值进行比对。

16、一种基于odmr测量技术的共振频率锁定系统，包含：

17、初始频率获取单元，用于获取作为锁定起点的初始共振频率；

18、初始微波配置单元，用于以所述初始共振频率输出点频微波信号；

19、微波调制单元，用于对所述点频微波信号进行调制；

20、odmr传感单元，用于利用调制的点频微波信号实施odmr测量过程，获取待测量的反馈信号；

21、信号解调单元，用于对反馈信号进行处理、解调以获得解调结果；

22、pid频率锁定单元，用于将解调结果作为pid输入值与设置的pid目标值进行比对，输出对微波信号进行调节的频率调节变量，直至解调结果与pid目标值相等；

23、终点频率获取单元，用于获取解调结果与pid目标值相等时微波信号的点频频率，记为终点共振频率。

24、优选的，所述微波调制单元和信号解调单元为双相数字锁相放大器。

25、优选的，还包含相位自调单元，所述相位自调单元用于自动调节微波调制单元的初始相位，以使得信号解调单元输出的解调结果满足设定目标。

26、优选的，还包含特征点自获取单元，所述特征点自获取模块用于自动识别odmr谱线上的磁共振特征点，并获取磁共振特征点处所对应的横坐标，即共振频率。

27、优选的，所述odmr传感单元为基于固态自旋色心的量子测量系统，所述固态自旋色心为金刚石nv色心或碳化硅色心或金刚石锗空位色心或六方氮化硼色心或金刚石硅空位色心。

28、一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前所述的基于odmr测量技术的共振频率锁定方法。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本方案无需每次都扫描odmr曲线以获取初始参数，后续通过pid实现快速的频率跟踪，极大缩短了共振频率获取时间，且具备共振频率准确、大测量带宽、易产品化的优点。

技术特征：

1.一种基于odmr测量技术的共振频率锁定方法，特征在于，包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于odmr测量技术的共振频率锁定方法，其特征在于，初始共振频率的获取方法如下：

3.根据权利要求1所述的一种基于odmr测量技术的共振频率锁定方法，其特征在于，对所述点频微波信号施加调频信号进行调制。

4.根据权利要求1所述的一种基于odmr测量技术的共振频率锁定方法，其特征在于，通过双相数字解调法进行解调。

5.根据权利要求4所述的一种基于odmr测量技术的共振频率锁定方法，其特征在于，进行初始相位调整，使得解调的两项分量值其中之一为近零值，以另一项分量值作为pid模块的输入值与目标值进行比对。

6.一种基于odmr测量技术的共振频率锁定系统，其特征在于，包含：

7.根据权利要求6所述的一种基于odmr测量技术的共振频率锁定系统，其特征在于，所述微波调制单元和信号解调单元为双相数字锁相放大器。

8.根据权利要求7所述的一种基于odmr测量技术的共振频率锁定系统，其特征在于，还包含相位自调单元，所述相位自调单元用于自动调节微波调制单元的初始相位，以使得信号解调单元输出的解调结果满足设定目标。

9.根据权利要求6所述的一种基于odmr测量技术的共振频率锁定系统，其特征在于，还包含特征点自获取单元，所述特征点自获取模块用于自动识别odmr谱线上的磁共振特征点，并获取磁共振特征点处所对应的横坐标，即共振频率。

10.根据权利要求6所述的一种基于odmr测量技术的共振频率锁定系统，其特征在于，所述odmr传感单元为基于固态自旋色心的量子测量系统，所述固态自旋色心为金刚石nv色心或碳化硅色心或金刚石锗空位色心或六方氮化硼色心或金刚石硅空位色心。

11.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的基于odmr测量技术的共振频率锁定方法。

技术总结
本发明涉及ODMR测量技术领域，方案为一种基于ODMR测量技术的共振频率锁定方法，包含：S1、获取作为锁定起点的初始共振频率；S2、以所述初始共振频率输出点频微波信号；S3、对所述点频微波信号进行调制；S4、利用调制的点频微波信号实施ODMR测量过程；S5、对反馈信号进行处理、解调以获得解调结果；S6、将解调结果作为PID输入值与设置的PID目标值进行比对，输出对微波信号进行调节的频率调节变量，直至解调结果与PID目标值相等；S7、获取解调结果与PID目标值相等时微波信号的点频频率。本方案无需每次都扫描ODMR曲线以获取初始参数，后续通过PID实现快速的频率跟踪，极大缩短了共振频率获取时间，且具备共振频率准确、大测量带宽、易产品化的优点。

技术研发人员：赵博文,陈道源,张少春
受保护的技术使用者：安徽省国盛量子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17