氦光泵磁敏传感器共振信号模拟装置设计

曾繁彬，周志坚，程德福

(吉林大学，地球信息探测仪器教育部重点实验室，仪器科学与电气工程学院，吉林长春 130026)

0 引言

氦光泵磁敏传感器［1］是以氦原子的能级在外磁场中产生塞曼效应为基础，利用光泵和磁共振作用研制而成的高灵敏度磁测设备，目前已广泛应用于地球物理勘探、军事国防、生物医学等领域［2－3］。氦光泵磁敏传感器对于整机的调试十分关键，其产生的磁共振信号直接影响仪器指标和检测系统的可行性验证，进一步影响研制周期。

然而，氦光泵磁敏传感器对于制作工艺的要求较高，其工作效果对环境因素的要求也很严格，在验证检测系统的性能时，如果传感器本身效果不佳，则难以判断问题出于哪个环节，影响测试进度，如果重新制作传感器，将会延长研制周期。为解决上述问题，利用数字化技术设计了一种基于FPGA和ARM的磁共振信号模拟装置，不仅能够模拟氦光泵磁敏传感器的功能、产生磁共振信号，还可以根据检测系统的反馈对磁共振频率进行相应调节。由于该装置不依赖工作环境，对制作工艺要求不高，其可靠性增加，为检测系统的功能测试提供了可靠保证。

1 氦光泵磁共振信号分析

1.1 氦光泵磁敏传感器的结构

氦光泵磁敏传感器的组成结构如图1所示，包括氦灯、2个透镜、偏振片、λ/4波片、吸收室、亥姆霍兹线圈、光电转换器等［4］。利用高频激励点亮氦灯，在发生磁共振作用时，透过吸收室的光最弱，通过光电转换电路得知其强弱程度，透过吸收室的光最弱时的射频场频率f就是磁共振频率，由公式(1)可计算磁场值。……