CN112857409B - 一种冷原子干涉仪的自动化数据采集与分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冷原子干涉仪的自动化数据采集与分析系统，包括：时序控制系统硬件、计算机、网络通信接口，其中，所述时序控制系统硬件，用于控制磁光阱捕获或使原子团动作、拉曼激光对原子团作用和原子探测光信号数据传输；所述计算机，用于运行时序控制系统软件，用于控制时序控制系统硬件进行冷原子干涉实验，对原子探测光信号进行分析；所述网络通信接口，用于连接计算机与时序控制系统硬件。冷原子实验的时序控制硬件与干涉条纹实时分析被集成在一起，既能调整实验时序，又能简便地获取每次实验对应的干涉条纹数据，极大地提高了冷原子干涉实验的自动化程度；消除了实验过程中不同软件的切换与实验数据的移动所带来的时间损耗。
Description
技术领域
本发明涉及数据采集与分析技术领域，具体涉及一种冷原子干涉仪的自动化数据采集与分析系统。
背景技术
冷原子干涉仪使用三束拉曼光改变原子团的内态，完成干涉过程。不断改变第三束拉曼光的相位就能够制造其与第二束拉曼光之间的相位差，获得测量所需的干涉条纹。通过高速光电探测器收集冷原子干涉后的探测光信号，由探测光的幅值计算出跃迁概率，进而得到完整的干涉条纹。
数据收集包含探测光的电信号被模数转换器采集，以电压数据的形式进行处理。目前获取上述信号的方法基本都需要单独的虚拟仪器控制程序，分别控制不同的实验设备。而探测光数据与干涉条纹数据需要切换其他的软件进行的处理分析。在数百次重复的实验过程中，不断进行程序间的切换与数据文件的转移和加载浪费了大量实验时间。因此有必要实现一种自动干涉数据采集与分析系统，实现实验流程的自动化运转，提升设备的使用效率。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种实现操作便捷、能够自动获取冷原子干涉仪的自动化数据采集与分析系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种冷原子干涉仪的自动化数据采集与分析系统，包括时序控制系统硬件、计算机、网络通信接口，其中：
所述时序控制系统硬件，包含用于产生定时触发信号的电路板、输出频率信号的电路板与输出幅度信号的电路板。它被用于控制磁光阱以捕获和控制原子团、控制拉曼激光对原子团作用和控制对原子跃迁概率探测；
所述计算机，用于运行时序控制系统软件，用于控制时序控制系统硬件进行冷原子干涉实验，对原子探测光信号进行分析；
所述网络通信接口，用于连接计算机与时序控制系统硬件；
进一步地，所述时序控制系统软件，包括时序逻辑控制功能模块、实验配置加载与保存功能模块、干涉条纹获取功能模块、干涉条纹数据显示功能模块、信息提示功能模块。
进一步地，所述时序逻辑控制功能模块，用于将实验时序对应的同步信号逻辑转换为字节数据，通过网络通信接口传输至时序控制系统硬件，进行冷原子干涉实验；
所述实验配置加载与保存功能模块，用于以CSV格式将同步信号逻辑记录在文本文件中，文本文件被时序控制系统软件还原为实验时序；
所述干涉条纹获取功能模块，用于使用探测光信号幅度计算原子团跃迁概率原子跃迁概率，对原子跃迁概率组成的干涉条纹进行正弦函数拟合，得到若干个干涉条纹的信息；
所述干涉条纹数据显示功能模块，用于以独立小窗口形式显示采集的冷原子干涉探测光信号与原子团跃迁概率；
所述信息提示功能模块，用于对实验配置的不合理参数设置的提示。
作为本发明方法的进一步改进，所述的使用探测光信号幅度计算原子团跃迁概率原子跃迁概率，对原子跃迁概率组成的干涉条纹进行正弦函数拟合，得到若干个干涉条纹的信息，包含以下步骤：
步骤S1：更改第三束拉曼光的相位，使其以一个固定的值不断递增；
步骤S2：获取发生干涉后的探测光信号幅度数据；
步骤S3：根据探测光幅度数据获取干涉后的原子团中处于F＝1态和F＝2态的原子数，可得到冷原子团的跃迁概率；
步骤S4：对收集到的跃迁概率数据进行正弦函数拟合，获得干涉条纹数据；
作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S1中，第三束拉曼光相位的递增，由时序控制系统软件自动完成；
进一步地，第三束拉曼光的相位与干涉条纹的关系为：
其中，P是原子处于F＝1态或F＝2态的概率，
是第三束拉曼光与第二书拉曼光的相位差。
作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S3中，不需要切换不同软件的与移动实验数据文件，能够在时序控制系统软件内部直接使用步骤S2的探测光信号幅度数据。原子数与跃迁概率会在独立小窗口中同步绘制坐标点；
作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S4的具体步骤为：实验开始并持续运行指定长时间后，时序控制系统软件将所收集的原子团跃迁概率数据，以360°为周期分段对跃迁概率数据进行正弦函数拟合，获得每一段数据对应的干涉条纹数据
本发明的有益效果是：基于获取冷原子干涉仪的自动化数据采集与分析系统，冷原子实验的时序控制硬件与干涉条纹实时分析被集成在一起，既能调整实验时序，又能简便地获取每次实验对应的干涉条纹数据，极大地提高了冷原子干涉实验的自动化程度；消除了实验过程中不同软件的切换与实验数据的移动所带来的时间损耗；基于本系统的操作步骤，还能够引入其他更多的冷原子实验步骤和分析方法的自动化实现。
附图说明
图1为本发明实例的自动化数据采集与分析系统结构示意图；
图2为本发明实例的时序控制系统软件功能示意图。
附图标记说明：
1、时序控制系统硬件；2、计算机；3、网络通信接口；201、时序控制系统软件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
针对本发明需要的冷原子干涉仪器控制设备，设备由时序控制系统硬件、计算机、网络通信接口组成。时序控制系统硬件用于控制运行实验时序，计算机用于运行时序控制系统软件，网络通信接口用于连接计算机与时序控制系统硬件。
下面结合系统结构图对本发明进行详细介绍：
如图1所示，本发明提供一种实现操作便捷、能够自动获取冷原子干涉仪的自动化数据采集与分析系统，该系统包括时序控制系统硬件1、计算机2、网络通信接口3。
所述时序控制系统硬件1，包含用于产生定时触发信号的电路板、输出频率信号的电路板与输出幅度信号的电路板。它被用于控制磁光阱以捕获和控制原子团、控制拉曼激光对原子团作用和控制对原子跃迁概率探测；
所述计算机2，用于运行时序控制系统软件201，控制时序控制系统硬件1进行冷原子干涉实验。由时序控制系统软件201对原子探测光信号进行分析；
所述网络通信接口3，用于连接计算机2与时序控制系统硬件1，用于在时序控制系统硬件1与时序控制系统软件201之间传输数据；
进一步地，所述时序控制系统软件201，包括时序逻辑控制功能、实验配置加载与保存功能、干涉条纹获取功能、干涉条纹数据显示功能、信息提示功能。
进一步地，所述时序逻辑控制功能将实验时序对应的同步信号逻辑转换为字节数据，通过网络通信接口3传输至时序控制系统硬件1，进行冷原子干涉实验；
所述实验配置加载与保存功能以CSV格式将同步信号逻辑记录在文本文件中，文本文件被时序控制系统软件201还原为实验时序；
所述干涉条纹获取功能使用探测光信号幅度计算原子团跃迁概率原子跃迁概率，对原子跃迁概率组成的干涉条纹进行正弦函数拟合，得到若干个干涉条纹的信息；
原子跃迁概率将以CSV格式与干涉实验时序同步记录在储存于计算机2中，可对其进行进一步分析操作；
干涉条纹信息会以独立弹窗形式输出分析结果的图像与初始相位、相位噪声、Allan方差的文子记录数据；
所述干涉条纹数据显示功能以独立小窗口形式显示采集的冷原子干涉探测光信号与原子团跃迁概率；
独立小窗口的坐标显示与用于显示的干涉条纹数据源可由用户自行调整；
所述信息提示功能对实验配置的不合理参数设置的提示。
所述时序控制系统软件中，上述干涉条纹获取功能包含以下步骤：
步骤S1：更改第三束拉曼光的相位，使其以一个固定的值不断递增；
步骤S2：获取发生干涉后的探测光信号幅度数据；
步骤S3：根据探测光幅度数据获取干涉后的原子团中处于F＝1态和F＝2态的原子数，可得到冷原子团的跃迁概率；
步骤S4：对收集到的跃迁概率数据进行正弦函数拟合，获得干涉条纹数据
作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S1中，第三束拉曼光相位的递增，由时序控制系统软件201自动完成；
进一步地，第三束拉曼光的相位与干涉条纹的关系为：
其中，P是原子处于F＝1态或F＝2态的概率，
是第三束拉曼光与第二书拉曼光的相位差。
作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S3中，不需要切换不同软件的与移动实验数据文件，能够在时序控制系统软件内部直接使用步骤S2的探测光信号幅度数据，原子数与跃迁概率会在独立小窗口中同步绘制坐标点；
作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S4的具体步骤为：实验开始并持续运行指定长时间后，时序控制系统软件201将所收集的原子团跃迁概率数据，以360°为周期分段对跃迁概率数据进行正弦函数拟合，获得每一段数据对应的干涉条纹数据。
通过上述描述的实施方法，用户可以在设置好基本的实验参数后，直接观察到实验每一次时序的原子团干涉状态，快速得到最终干涉条纹结果，并根据结果分析实验方案设计的不足与实验设备的缺陷；同时用户能够直接调整实验时序逻辑，改变实验方案，无需在多套控制程序与分析程序之间来回切换。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种冷原子干涉仪的自动化数据采集与分析系统，其特征在于，包括：时序控制系统硬件、计算机、网络通信接口，其中，
所述时序控制系统硬件，包含用于产生定时触发信号的电路板、输出频率信号的电路板与输出幅度信号的电路板，用于控制磁光阱以捕获和控制原子团、控制拉曼激光对原子团作用和控制对原子跃迁概率探测；
所述计算机，用于运行时序控制系统软件，用于控制时序控制系统硬件进行冷原子干涉实验，对原子探测光信号进行分析；
所述网络通信接口，用于连接计算机与时序控制系统硬件；
所述时序控制系统软件包括时序逻辑控制功能模块、实验配置加载与保存功能模块、干涉条纹获取功能模块、干涉条纹数据显示功能模块、信息提示功能模块；
所述时序逻辑控制功能模块，用于将实验时序对应的同步信号逻辑转换为字节数据，通过网络通信接口传输至时序控制系统硬件，进行冷原子干涉实验；
所述实验配置加载与保存功能模块，用于以CSV格式将同步信号逻辑记录在文本文件中，文本文件被时序控制系统软件还原为实验时序；
所述干涉条纹获取功能模块，用于使用探测光信号幅度计算原子团跃迁概率原子跃迁概率，对原子跃迁概率组成的干涉条纹进行正弦函数拟合，得到若干个干涉条纹的信息；
所述干涉条纹数据显示功能模块，用于以独立小窗口形式显示采集的冷原子干涉探测光信号与原子团跃迁概率；
所述信息提示功能模块，用于对实验配置的不合理参数设置的提示；
所述使用探测光信号幅度计算原子团跃迁概率原子跃迁概率，对原子跃迁概率组成的干涉条纹进行正弦函数拟合，得到若干个干涉条纹的信息，包括以下步骤：
S1，更改第三束拉曼光的相位，使其以一个固定的值不断递增；
S2，获取发生干涉后的探测光信号幅度数据；
S3，根据探测光幅度数据获取干涉后的原子团中处于F＝1态和F＝2态的原子数，可得到冷原子团的跃迁概率；
S4，对收集到的跃迁概率数据进行正弦函数拟合，获得干涉条纹数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的第三束拉曼光的相位以一个固定的值不断递增，由时序控制系统软件自动完成。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，第三束拉曼光的相位与干涉条纹的关系为：
其中，P是原子处于F＝1态或F＝2态的概率，
是第三束拉曼光与第二书拉曼光的相位差。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，S3中还包括将原子数与跃迁概率在独立小窗口中同步绘制坐标点。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的对收集到的跃迁概率数据进行正弦函数拟合，获得干涉条纹数据，包括：
实验开始并持续运行指定长时间后，时序控制系统软件将所收集的原子团跃迁概率数据，以360°为周期分段对跃迁概率数据进行正弦函数拟合，获得每一段数据对应的干涉条纹数据。
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112857409A (zh) | 2021-05-28 |
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