[发明专利]一种基于量化时延法提高FID信号测频精度的方法及电路

说明书

本发明提出了一种基于量化时延法提高FID信号测频精度的方法，测频方法利用等精度测频的原理，采取“粗测+细测”精密测量的方式，“细测”的方式利用量化时延法对标准时钟边沿与待测信号边沿的不同步进行了时间补偿，所述量化延时法采用数字时间内插的方法，克服了模拟内插器硬件复杂的缺陷，测频模块中的各个子系统集成于FPGA中，使得电路易于实现且可靠性高，并且测频的分辨率取决于单位延时单元的延时量，极大程度上提高了磁力仪的测频精度，还可以在既定目标基础上选用相应的器件，降低了改造成本。本发明还包括一种基于量化时延法提高FID信号测频精度的电路。

技术领域

本发明涉及地球弱磁场测量技术领域，特别是涉及一种基于量化时延法提高FID信号测频精度的方法及电路。

背景技术

动态核极化磁力仪具有功耗低、无死区、灵敏度高等特点，在地球物理磁法勘探、地球科学研究、反潜、卫星磁测这些领域得到了普遍应用。动态核极化磁力仪通常包括两种共振系统：电子自旋共振和核磁共振，该仪器利用射频电磁场产生的电子自旋共振和两个共振系统的耦合弛豫作用，将电子自旋共振的能量转移到核磁共振，从而提高了传感器中质子自旋的宏观磁矩，并在偏转磁场的作用下输出FID信号(Free Induction DecaySingal，自由感应衰减信号)，动态核极化磁力仪通过测量FID信号频率，利用旋磁比计算得到当前的地磁场强度，因此其测频精度直接决定了磁场的测量精度。但在实际应用中，动态核极化磁力仪直接测得的FID信号频率并不高。

目前，通常采用基于CPLD(Complex Programable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)的多周期同步法提高动态核极化磁力仪FID信号测频精度，或将两种测量功能的磁力仪设计利用单刀双掷开关、配谐电容及不同的极化电路，实现了静态极化测量和动态极化测量的统一，或采用FFT算法(Fast Fourier Transform Algorithm，快速傅氏变换算法)和CZT算法(Chirp Z-transform，线性调频Z变换算法)相结合的测频方法，利用FFT算法得到频率粗略值，再由CZT算法进行频谱细化，将传统的时域测量转换到频域测量。

但，第一个方法采用的是比较器和CPLD进行测量，没有考虑对时钟边沿不同步的部分进行误差补偿；第二个方法采用的是传统的硬件测量方法，因后期FID信号衰减到后期，信噪比过低，不可避免的会有计数误差；第三个方法采用ADC+FFT+CZT的算法，消除了信噪比过低的计数误差，却也会因信号质量变差，影响测频精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于量化时延法提高动态核极化磁力仪FID信号测频精度的电路和方法。

本发明的实施例提供：

一种基于量化时延法提高FID信号测频精度的电路，包括动态核极化弱磁传感器、高频振荡电路、信号调理电路、滞回比较器、晶振电路、FPGA数字测频模块(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)、控制器和存储单元，所述动态核极化弱磁传感器的输入端连接高频振荡电路，所述高频振荡电路激励动态核极化弱磁传感器产生FID信号，所述动态核极化弱磁传感器的输出端连接信号调理电路，所述信号调理电路连接滞回比较器，所述信号调理电路调理动态核极化弱磁传感器输出的FID信号，并将调理后的FID信号输入滞回比较器，所述滞回比较器和晶振电路的输出端均连接FPGA数字测频模块，所述晶振电路输出时基信号，所述滞回比较器输出待测信号，所述FPGA数字测频模块连接控制器，所述控制器连接存储单元，所述FPGA数字测频模块对时基信号和待测信号进行处理，所述控制器读取FPGA数字测频模块的处理结果，并计算FID信号的频率，所述存储单元存储计算结果。