[发明专利]一种自旋系综磁共振相位高带宽高精度检测方法

说明书

本发明公开了一种自旋系综磁共振相位高带宽高精度检测方法，可以在确保磁共振信号检测精度的同时又具有较高的检测带宽。它包括如下步骤：(1)提取磁共振信号与激励信号的相位差信息；(2)消除磁共振信号与激励信号相位差信息中的倍频信号；(3)获取磁共振信号与激励信号的相位差。本发明的有益效果在于：本发明涉及的是量子传感器自旋系综磁共振信号的相位检测方法，具体地说在基于磁共振效应的量子传感器应用中采用本发明方法能够在确保磁共振信号检测精度的同时又具有较高的检测带宽。

技术领域

本发明属于量子传感器自旋系综磁共振信号的相位检测方法，具体涉及一种自旋系综磁共振相位高带宽高精度检测方法。

背景技术

基于自旋系综磁共振效应的量子传感器是通过测量自旋系综磁共振频率的大小敏感角运动或磁场变化，可达到超高精度，在自主导航定位、地质勘探、生物医疗及深远海磁异常探测等领域有广泛的应用前景。

量子传感器自旋系综的磁共振频率与其所处环境磁场强度存在相关性，自旋系综进动频率越接近共振频率，传感器灵敏度越高。因此量子传感器通常对自旋系综磁共振信号进行闭环控制使自旋系综进动频率始终维持在共振频率点以获得较高的测量灵敏度。自旋系综磁共振闭环控制原理如附图1所示。DDS(直接数字频率合成器)输出激励信号作用于线圈产生激励磁场，使自旋系综磁共振；光电探测器敏感自旋系综进动并经载波解调获取自旋系综进动信号；通过实时检测自旋系综进动信号相对于激励信号的相位变化，由控制器输出控制指令使自旋系综始终维持在共振状态。

传统的自旋系综磁共振信号相位检测方法通常要用到低通滤波器。量子传感器自旋系综的磁共振频率存在几十赫兹的较低频率情况。为了保证磁共振信号相位的检测精度，低通滤波器的截止频率要远低于磁共振频率。但是降低低通滤波器截止频率会直接降低相位检测带宽，提高低通滤波器截止频率会降低相位检测精度。因此，需要采用有效的相位检测方法，在确保磁共振信号检测精度的同时又具有较高的检测带宽，为高精度高带宽量子传感器的研制提供必要条件。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种自旋系综磁共振相位高带宽高精度检测方法，可以在确保磁共振信号检测精度的同时又具有较高的检测带宽。

本发明的技术方案如下：一种自旋系综磁共振相位高带宽高精度检测方法，它包括如下步骤：

(1)提取磁共振信号与激励信号的相位差信息；

(2)消除磁共振信号与激励信号相位差信息中的倍频信号；

(3)获取磁共振信号与激励信号的相位差。

所述的步骤(1)包括如下，

磁共振信号V₀的表达式为

V₀＝A₀sin(ω₀t+θ₀) (1)

其中，A₀为幅值，ω₀为频率，θ₀为初始相位，

激励信号V₁的表达式为

V₁＝A₁cos(ω₁t+θ₁) (2)

其中，A₁为幅值，ω₁为频率，θ₁为初始相位，

包含磁共振信号与激励信号相位差信息的信号V₂的表达式为

所述的步骤(2)包括如下，